Осадження сплаву олово-свинець

1. ЗАПРОВАДЖЕННЯ. 2 1.1 Призначення покриттів. 2 1.2 Вимоги до покрытиям. 3 2. ОСАДЖЕННЯ СПЛАВІВ. 4 3. ОСАДЖЕННЯ СПЛАВУ СВИНЕЦ-ОЛОВО 8 3.1 Загальні відомості. 8 3.2 Електроліти для осадження сплавів свинец-олово. 9 4. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 11.

Призначення покрытий.

В загальну систему заходів щодо захисту металевих виробів, конструкцій і споруд від корозії займають захисні покрытия. Различают захисні покриття на органічної і неорганічної основі. До першої групи відносять лакофарбові, полімерні і пластмасові покриття, до другої групи — металеві, окисные і солоні покриття. Як теоретична основа, і технологія нанесення цих дві групи різна. Крім покриттів, виділені на захисту основного металу від корозії, розрізняють защитно-декоративные покриття. Вони лише повинні захищати основний метал, а й повідомляти поверхні гарний, часто блискучий вид протягом певного періоду експлуатації. Досить широке застосування знаходять износостойкие покриття, призначення яких зводиться до підвищення опірності тертьових поверхонь механічному зносу. Такі покриття часто йдуть на захисту циліндрів двигунів внутрішнього згоряння автомобілів, тракторів, авіаційних моторів та інших подібних агрегатів. Покриття з металів і сплавів повідомляють поверхні виробів певні оптичні, магнітні, антифрикционные та інші фізико-механічні властивості. У електронної і приладобудівної промисловості застосовуються покриття з дорогоцінних металів — під час виробництва напівпровідникових приладів та різноманітних електричних контактів, коли із хімічної стійкістю потрібно повідомити високу електропровідність, низька і сталий перехідний електричне опір і чимало інших властивостей. Вибір виду покриття та її товщини визначається призначенням вироби, матеріалів, із зроблено, умовами експлуатації. У цьому враховуються призначення та властивості покриття, допустимість контактів сопрягаемых металів і економічне целесообразность.

Требования до покрытиям.

В залежність від призначення покриттів, пред’являються різні вимоги. Запропоновані вимоги значною мірою задовольняються при надійної підготовці основного металу, правильному виборі типу електроліту й оптимальнішою концентрації компонентів електроліту, і навіть належному виборі режиму електролізу. Проте, незалежно від призначення, загальним вимогою, якого мають відповідати все покриття, є міцне зчеплення з основою. Іншими вимогами, що висуваються до покрытиям, є дрібна структура осаду, а під час блискучих покриттів, вони мають блищати без полірування. Покриття повинен мати максимально рівномірну товщину в різних ділянках (виступах і поглибленнях), т.к. товщина є важливим характеристикою покриття, визначальна його захисного дії. Покриття повинен мати мінімум пір (навіть мікроскопічних розмірів). Це вимога негаразд істотно при заподіянні анодних покриттів. Анодним є покриття, метал якого має як електронегативний потенціал, ніж метал вироби. У результаті корозії руйнується таке покриття, а чи не метал підкладки. Існують катодні покриття (метал покриття электроположительнее металу основи). Ці покриття захищають суто механічно. Вони повинні бути беспористыми, т.к. коррозионная середовище, проникаючи через пори до основного металу, руйнують його. Катод покриття за наявності пір навіть прискорюють коррозионный процес. Захисні властивості таких покриттів можна підвищити за рахунок многослойности.

ОСАДЖЕННЯ СПЛАВОВ.

Часто у промисловості використовуються покриття, котрі перебувають ні з чистих металів, та якщо з сплавів. Деякі метали взагалі глушаться в чистому вигляді, лише з іншими металами. Электроосажденные сплави часто відрізняються поруч цінних властивостей: підвищеної стійкістю проти корозії, підвищеної твердістю, магнітними, антифрикционными властивостями, приємним зовнішнім виглядом і др.

Попри принципову можливість, встановлену в лабораторних умовах, електролітичного осадження різних сплавів, широке промислове застосування отримали: латунирование, бронзирование, сплави золота, сплави олова, магнітні сплави. Такий стан, очевидно, пов’язано, з одного боку, великий складністю осадження сплавів проти осадженням чистих металів, з іншого — недостатнім вивченням самого механізму процесу осадження сплавов.

Головними чинниками, визначальними принципову можливість осадження двох і більше металів і відносний склад сплаву, є: величини рівноважних потенціалів кожного металу у даному электролите; катодна поляризація кожного металу; відносна концентрація іонів кожного осаждаемого металу, особливо у прикатодном просторі; перенапруження водню на осаждающемся сплаві; режим електролізу — температура, щільність струму, перемішування, його присутність серед розчині колоїдів чи інших ПАВ.

Вплив кожного чинника то, можливо враховано, але надзвичайно складно передбачити ефект від участі одночасного зміни двох чи більше параметров.

У розчинах простих солей лише окремі метали мають близькі значення стандартних рівноважних потенціалів. Звідси виникла потреба максимально зблизити потенціали осаждаемых металлов.

Рівноважний потенціал визначається наступним уравнением:

[pic] где:

Ер — рівноважний потенциал;

Е0 — стандартний потенциал;

R — газова постоянная;

Т — абсолютна температура; n — валентность;

F — число Фарадея; аn+ - активність ионов.

У цьому вся рівнянні величини стандартного потенціалу, газової постійної і кількості Фарадея — це постійні, валентність у цій электролите теж незмінною. Т.к. у цьому рівнянні фігурує абсолютна температура, що його підвищення кілька десятків градусів істотно не змінить величину рівноважного потенціалу. На активність іонів в розчинах простих солей практично неможливо вплинути шляхом зміни концентрації, т.к. збільшення концентрації удесятеро збільшує потенціал на 0,057 У (для одновалентных іонів) чи 0.029 У (для двовалентних іонів). Очевидно, що з зближення потенціалів, стандартні значення яких відрізняється на десяті частки вольта чи вольт, недостатньо звернутися до сильному підвищенню чи зниженню концентрації іонів в электролите. Підвищувати концентрацію іонів в электролите набагато порядків не можна обмеженість розчинності солей, а зменшувати концентрацію іонів шляхом розведення розчину також нельзя.

Єдина можливість зближення рівноважних потенціалів, стандартні значення яких дотримуються на 0,5 (1,0 У, зводиться до зв’язування разряжающихся іонів до комплексів. У цьому більш шляхетний метал пов’язується на більш міцний комплекс і навпаки. Часто вдаються до цианидам лужних металів до зближення рівноважних потенціалів, стандартні значення яких принципово різняться. Т.к. ціанід є сильним отрутою, те було розпочато багато спроб замінити його іншими комплексообразователями, але, здебільшого, невдало. Але є метали, коли той чи обидва осаждаемых металу що неспроможні утворювати міцних ціанистих комплексів, тоді доводиться використовувати інші електроліти. Наприклад, олово осаджується з лужного электролита.

При осадженні сплавів необхідно враховувати як величину різниці рівноважних потенціалів, а й величину поляризації при відповідних плотностях тока.

Крім зближення потенціалів, як рівноважних, і катодних, необхідно піклується про сталість електроліту, про можливість застосування у ньому високих плотностей струму, про нормальний плин анодного процесу, підтримці сталості електроліту та інших показників, характеризуючих процесс.

Катодна поляризація окремих компонентів сплаву часто відіграє серйозну роль з погляду можливості осадження сплаву і кількісного співвідношення їхніх в сплаві. Катодний потенціал включає значення рівноважного потенціалу величину поляризации.

Ек = Ер + (Є = [pic]+ (Е.

Электролитическое осадження сплавів який завжди протікає з теоретичним виходом по току, для обчислення якого треба виходити із електрохімічного еквівалента сплаву. Процес часто супроводжується виділенням водню, який би б'є по виході по току та якість покриття, а й впливає складу сплаву. Це тому, що вирізняється водень перемішує прикатодный шар електроліту і змінює концентрацію іонів осаждаемых металлов.

Якщо равновесные потенціали двох металів досить близькі, але процес розряду іонів з більш электроотрицательным потенціалом супроводжується вищої поляризацією, то виділення металу утруднено. При досить великий різниці потенціалів для іонів металу з більш электроотрицательным потенціалом, але з більшою поляризацією, виділення сплаву полегшується з підвищенням щільності струму. Причому відсотковий вміст металу з більш электроотрицательным потенціалом збільшується в мірі збільшення щільності тока.

Гальванічному покриттю сплавами часто піддаються сильно профільовані вироби. На різних ділянках поверхні цих матеріалів встановлюється різна щільність струму. Тому слід, щоб із зміною щільності струму склад сплаву та її зовнішній вигляд не дуже змінювалися і щоб у ділянках поряд із мінімальної щільністю струму осаджувався сплав потрібного состава.

Ці умови виконуються при достатньої близькості компонентів сплава.

Щодо хімічного складу электроосаждаемых сплавів залежить від співвідношення в электролите, особливо у прикатодном шарі, концентрацій солей осаждающихся металів. Збільшення концентрації солі однієї з металів призводить до збільшення відсоткового складу цього металу. Це збільшення не пропорційно. У окремих випадках збільшення змісту металу у сплаві п’ять — 10% слід збільшити концентрацію солі у кілька разів. За інших випадках навіть незначне підвищення концентрації солі веде до різкого збільшення змісту металу у сплаве.

ОСАДЖЕННЯ СПЛАВУ ОЛОВО-СВИНЕЦ

Загальні сведения.

Оловянно-свинцовые сплави мають світло сірого кольору. Покриття такими сплавами легко паяются і зберігають спроможність до пайку тривалий час (на відміну чистого олова). Такі покриття також гарно забезпечує агломерація деталей. Покриття оловянно-свинцовыми сплавами застосовують за захистом виробів від корозії у морській води та ряд інших агресивних сред.

Сплав то, можливо обложено на досить широких діапазонах по составу.

Найбільшою хімічної стійкістю має сплав із вмістом свинцю і олова по 50%. Оловянно-свинцовые сплави із вмістом олова від 5 до 17% застосовують як антифрикционные, особливо у поєднані із мастилами, де чистий свинець легко розчиняється. Покриття такого складу також виконують роль мастила при штампування деталей з листовий стали.

Значне поширення промисловості отримали сплави з урахуванням свинцю і олова з додаванням легуючих елементів. Ці сплави застосовуються, переважно, до роботи тертьових деталей у важких умовах, зокрема, двигунів внутрішнього згоряння, коли коррозионное вплив палив і трансмісійних мастил за підвищеної температурі впливає на свинец.

Стандартний потенціал олова — 0,136 В.

Стандартний потенціал свинцю — 0,126 В.

Катодні і равновесные потенціали свинцю і олова досить близькі, тому самоосаждаются з розчинів простих солей. Свинець і олово не утворюють ні твердих розчинів, ні хімічних соединений.

Електроліти для осадження сплавів олово-свинец.

Электрооосаждение покриттів сплавом олово — свинець проводять у фторборатных, кремнийфтористых, пирофосфатных, перхлоратных, сульфаматных і феносульфоновых электролитах.

Найширше використовуються фторборатные електроліти. У цих електролітах можна отримати роботу сплави будь-якого складу — від чистого свинцю до чистого олова за допомогою регулювання складу електроліту та режиму электролиза.

У цьому для даного складу електроліту більшої щільності струму відповідає підвищений вміст олова в катодному осаді, т.к. потенціал свинцю кілька шляхетніші потенціалу олова. Вихід сплаву по току близький до теоретичного через високого перенапруги водню на свинець, олові і оловянно — свинцеві сплавах. Олово в електроліти вводять анодним розчиненням. Після приготування електроліти необхідно пропрацювати струмом при катодного щільності струму близько двох А/дм2.

СКЛАД (г/л) ФТОРБОРАТНЫХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ І РЕЖИМИ ЕЛЕКТРОЛІЗУ ПРИ 18 (25.

(З СПЛАВІВ ОЛОВА ЗІ СВИНЦОМ.

|Электр|Pb (BF4)2 |Sn (BF4)2 |HBF4 |H2BO3 |Клей |і, |Sn, % (в| |олит | | | | |столярн|А/дм2 |сплаві) | | | | | | |ый | | | |1 |50 — 60 |5 — 10 |100 — 140 |- |- |1 — 2 |5 — 11 | |2 |100 — 200 |50 — 75 |100 — 200 |15 — 25 |1 — 3 |1 — 3 |5 — 17 | |3 |100 — 120 |30 — 40 |250 — 300 |25 — 40 |1 — 2 |1 — 2 |20 — 25 | |4 |15 — 20 |25 — 30 |250 — 300 |25 — 30 |3 — 5 |1 — 2 |(60 |.

У электролите 1 міститься 1 г/л желатину. У электролите 4 содержится.

0,8 — 1,0 г/л гидрохинона.

Присутність клею чи іншого коллоида в электролите необхідне отримання опадів із мелкокристаллической структурою, і навіть задля забезпечення необхідного змісту олова в осаді. Зі збільшенням змісту клею збільшується зміст олова в сплаві, а із повною відсутністю клею виділяється один свинец.

Фенолсульоновый електроліт застосовують для нанесення прочносцепленных оловянно — свинцевих покриттів на підшипникові сплави, містять олово.

(баббиты і бронзы).

Прирофосфатные електроліти мають вищу рассеивающую здатність, ніж фторборатные, відрізняються простотою виготовлення і неагресивністю. Електроліз ведуть зазвичай при перемішуванні. Зміст олова в покритті збільшується зі збільшенням температури і щільність тока.

Вихід по току (анодный) може становити 100%.

Кремнийфтористые електроліти дуже дешевы.

ЕЛЕКТРОЛІТИ ДЛЯ ОСАДЖЕННЯ СПЛАВІВ СВИНЦЮ З ОЛОВОМ. |Електроліт |Склад, г/л. |t, (З. |і, А/дм2 |Аноди |Sn, % (в | | | | | | |сплаві) | |Фенолсульфон|Фенолульфоновые: |20 — 40 |1 — 2 |Сплав з 10|8 — 12 | |овый |Свинець 100 — 130, | | |% Sn | | | |Олово 25; | | | | | | |Кислота 60 — 90, | | | | | | |Желатин 2 | | | | | |Пирофосфатны|Нитрат свинцю 15 -|(60 |0,5 — 4 |Сплав з 10|1 — 12 | |і |18, | | |% Sn | | | |Пирофосфаты олова 20| | | | | | |- 22, | | | | | | |Пирофосфаты натрію | | | | | | |120. | | | | | |Кремній |Кремнийфториды: |18 — 25 |4 — 5 |Сплав Pb с|16 — 18 | |фтористий |Свинцю 100 — 150, | | |Sn | | | |олова 40 — 60; | | | | | | |Кремнийфтористоводор| | | | | | |одная кислота 60 — | | | | | | |100; | | | | | | |Клей столярний 1 | | | | |.

Бєлєнький М.А., Іванов А. Ф. Электроосаждение металевих покрытий.

Справ. вид. М.: «Металургія», 1985.

Вячеславов П. М. Электролитическое осадження сплавів. Л.:

«Машинобудування», 1986.

Гальванічні покриття у машинобудуванні. Справочник/Под ред. Шлугера.

М.И. М.: «Машинобудування», 1985.

Зальцман Л.Г., Чорна С. М. Супутник гальваника. К.:1989.

Каданер Л. И. Гальваностегия. До: «Техніка», 1964.

Каданер Л.И. Довідник по гальваностегии. До.: «Техніка», 1976.

Кудрявцев В. Т. Электролитические покриття металами. М.: «Хімія», 1979.

Лайнер В.І. Захисні покриття металів. М.: «Машинобудування», 1974.

Лайнер В.І. Сучасна гальванотехника. М.: «Металургія», 1967.

Томашов Н.Д., Чернова Г. П. Корозія і коррозионностойкие сплави. М.:

«Металлиргия», 1973.

Федотьев Н.Б. Бібікова М. М. Вячеславов П.М. Грихиес С.Я.

Электролитические сплави. М.: «Машгиз», 1961.

Ямпольський А.М. Ільїн В. А. Короткий довідник гальванотехника. Л.:

«Машинобудування», 1981.