Реферат: Осаждение сплава олово-свинец

ОГЛАВЛЕНИЕ:

1. ВВЕДЕНИЕ.______________________________________ 2

1.1 Назначениепокрытий.___________________________ 2

1.2 Требованияк покрытиям.________________________ 3

2. ОСАЖДЕНИЕСПЛАВОВ.___________________________ 4

3. ОСАЖДЕНИЕСПЛАВА СВИНЕЦ-ОЛОВО______________ 8

3.1 Общиесведения._______________________________ 8

3.2 Электролитыдля осаждения сплавов свинец-олово. 9

4. СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ___________________________ 11

1. ВВЕДЕНИЕ.

1.1 Назначение покрытий.

В общей системемероприятий по защите металлических изделий, конструкций и сооружений от коррозиизанимают защитные покрытия.Различают защитные покрытия на органической и неорганическойоснове. К первой группе относят лакокрасочные, полимерные и пластмассовыепокрытия, ко второй группе – металлические, окисные и солевые покрытия. Как теоретическаяоснова, так и технология нанесения этих двух групп различна.

Помимо покрытий,предназначенных для защиты основного металла от коррозии, различают защитно-декоративныепокрытия. Они не только должны защищать основной металл, но и сообщать егоповерхности красивый, часто блестящий вид на протяжении определенного периодаэксплуатации.

Довольно широкоеприменение находят износостойкие покрытия, назначение которых сводится кповышению сопротивляемости трущихся поверхностей механическому износу. Такие покрытиячасто используются для защиты цилиндров двигателей внутреннего сгорания автомобилей,тракторов, авиационных моторов и других подобных агрегатов.

Покрытия из металлов исплавов сообщают поверхности изделий определенные оптические, магнитные, антифрикционныеи другие физико-механические свойства. В электронной и приборостроительнойпромышленностях применяются покрытия из драгоценных металлов – при производствеполупроводниковых приборов и различного рода электрических контактов, когда нарядус химической стойкостью требуется сообщить высокую электропроводность, низкое ипостоянное переходное электрическое сопротивление и целый ряд других свойств.

Выбор вида покрытия и еготолщины определяется назначением изделия, материалов, из которого оно сделано,условиями эксплуатации. При этом учитываются назначение и свойства покрытия, допустимостьконтактов сопрягаемых металлов и экономическую целесообразность.

1.2 Требования к покрытиям.

В зависимости отназначения покрытий, к ним предъявляют различные требования. Предъявляемыетребования в значительной степени удовлетворяются при надежной подготовкеосновного металла, правильном выборе типа электролита и оптимальнойконцентрации компонентов электролита, а также надлежащем выборе режима электролиза.Однако, независимо от назначения, общим требованием, которому должны соответствоватьвсе покрытия, является прочное сцепление с основой. Другими требованиями,предъявляемыми к покрытиям, является мелкая структура осадка, а при нанесенииблестящих покрытий, они должны блестеть без полировки. Покрытия должны иметьмаксимально равномерную толщину на различных участках (выступах и углублениях),т.к. толщина является важнейшей характеристикой покрытия, определяющая срок егозащитного действия. Покрытия должны иметь минимум пор (даже микроскопических размеров).Это требование не так существенно при нанесении анодных покрытий. Аноднымявляется покрытие, металл которого имеет более электроотрицательный потенциал,чем металл изделия. В результате коррозии разрушается такое покрытие, а неметалл подложки. Существуют катодные покрытие (металл покрытия электроположительнееметалла основы). Эти покрытия защищают чисто механически. Они должны бытьбеспористыми, т.к. коррозионная среда, проникая через поры к основному металлу,разрушают его. Катодное покрытие при наличии пор даже ускоряют коррозионныйпроцесс. Защитные свойства таких покрытий можно повысить за счет многослойности.

2. ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВОВ.

Часто в промышленностииспользуются покрытия, состоящие не из чистых металлов, а из сплавов. Некоторыеметаллы вообще не осаждаются в чистом виде, а только совместно с другимиметаллами. Электроосажденные сплавы часто отличаются рядом ценных свойств: повышеннойстойкостью против коррозии, повышенной твердостью, магнитными, антифрикционнымисвойствами, приятным внешним видом и др.

Несмотря на принципиальнуювозможность, установленную в лабораторных условиях, электролитическогоосаждения различных сплавов, широкое промышленное применение получили: латунирование,бронзирование, сплавы золота, сплавы олова, магнитные сплавы. Такое положение,по-видимому, связано, с одной стороны, большой сложностью осаждения сплавов посравнению с осаждением чистых металлов, с другой – недостаточным изучениемсамого механизма процесса осаждения сплавов.

Главными факторами,определяющими принципиальную возможность осаждения двух и более металлов иотносительный состав сплава, являются:

1. величины равновесных потенциалов каждого металла в данномэлектролите;

2. катодная поляризация каждого металла;

3. относительная концентрация ионов каждого осаждаемогометалла, особенно в прикатодном пространстве;

4. перенапряжение водорода на осаждающемся сплаве;

5. режим электролиза – температура, плотность тока,перемешивание, наличие в растворе коллоидов или других ПАВ.

Влияние каждого фактораможет быть учтено, но чрезвычайно трудно предвидеть эффект от одновременногоизменения двух или более параметров.

В растворах простых солейлишь немногие металлы имеют близкие значения стандартных равновесных потенциалов.Отсюда возникает необходимость максимально сблизить потенциалы осаждаемых металлов.

Равновесный потенциалопределяется следующим уравнением:

где:

Ер – равновесныйпотенциал;

Е0– стандартныйпотенциал;

R –газовая постоянная;

Т – абсолютнаятемпература;

n – валентность;

F – числоФарадея;

аn+ – активностьионов.

В этом уравнении величиныстандартного потенциала, газовой постоянной и числа Фарадея – это постоянные, валентностьв данной электролите тоже величина постоянная. Т.к. в данном уравнениифигурирует абсолютная температура, то ее повышение на несколько десятковградусов существенно не изменит величину равновесного потенциала. На активностьионов в растворах простых солей практически невозможно повлиять путем измененияконцентрации, т.к. увеличение концентрации в 10 раз увеличивает потенциал на0,057 В (для одновалентных ионов) или на 0.029 В (для двухвалентных ионов). Совершенноочевидно, что для сближения потенциалов, стандартные значения которых отличаетсяна десятые доли вольта или вольт, недостаточно прибегнуть к сильному повышениюили понижению концентрации ионов в электролите. Повышать концентрацию ионов вэлектролите на много порядков нельзя из-за ограниченности растворимости солей,а уменьшать концентрацию ионов путем разбавления раствора тоже нельзя.

Единственная возможностьсближения равновесных потенциалов, стандартные значения которых отличаются на0,5 ¸ 1,0 В,сводится к связыванию разряжающихся ионов в комплексы. При этом болееблагородный металл связывается в более прочный комплекс и наоборот. Частоприбегают к цианидам щелочных металлов для сближения равновесных потенциалов,стандартные значения которых сильно различаются. Т.к. цианид является сильнымядом, то было предпринято много попыток заменить его другими комплексообразователями,но, в большинстве случаев, неудачно. Однако есть металлы, когда один или обаосаждаемых металла не могут образовывать прочных цианистых комплексов, тогдаприходится использовать другие электролиты. Например, олово осаждается изщелочного электролита.

При осаждении сплавовнеобходимо учитывать не только величину разности равновесных потенциалов, но ивеличину поляризации при соответствующих плотностях тока.

Помимо сближенияпотенциалов, как равновесных, так и катодных, необходимо заботится обустойчивости электролита, о возможности применения в нем высоких плотностей тока,о нормальном течении анодного процесса, поддержании постоянства электролита иряде других показателей, характеризующих процесс.

Катодная поляризацияотдельных компонентов сплава часто играет значительную роль с точки зрениявозможности осаждения сплава и количественного соотношения их в сплаве.Катодный потенциал включает значение равновесного потенциала и величину поляризации.

Ек = Ер + DЕ = />+ DЕ

Электролитическоеосаждение сплавов не всегда протекает с теоретическим выходом по току, длявычисления которого необходимо исходить из электрохимического эквивалентасплава. Процесс часто сопровождается выделением водорода, который не толькосказывается на выходе по току и качестве покрытия, но и оказывает влияние насостав сплава. Это происходит потому, что выделяющийся водород перемешиваетприкатодный слой электролита и изменяет концентрацию ионов осаждаемых металлов.

Если равновесныепотенциалы двух металлов достаточно близки, но процесс разряда ионов с болееэлектроотрицательным потенциалом сопровождается более высокой поляризацией, товыделение металла затруднено. При достаточно большой разнице потенциалов дляионов металла с более электроотрицательным потенциалом, но с большей поляризацией,выделение сплава облегчается по мере повышения плотности тока. Причем процентноесодержание металла с более электроотрицательным потенциалом увеличивается помере повышения плотности тока.

Гальваническому покрытиюсплавами часто подвергаются сильно профилированные изделия. На различных участкахповерхности таких изделий устанавливается различная плотность тока. Поэтомунужно, чтобы с изменением плотности тока состав сплава и его внешний вид сильноне менялись и чтобы на участках с минимальной плотностью тока осаждался сплавнужного состава. Эти условия выполняются при достаточной близости компонентовсплава.

Химический составэлектроосаждаемых сплавов зависит от соотношения в электролите, особенно в прикатодномслое, концентраций солей осаждающихся металлов. Увеличение концентрации солиодного из металлов приводит к увеличению процентного состава этого металла. Этоувеличение не пропорционально. В некоторых случаях для увеличения содержанияметалла в сплаве на 5 – 10 % необходимо увеличить концентрацию соли в несколькораз. В других случаях даже незначительное повышение концентрации соли ведет крезкому увеличению содержания металла в сплаве.

/>3. ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ОЛОВО-СВИНЕЦ/>3.1 Общие сведения.

Оловянно-свинцовые сплавыимеют светло серый цвет. Покрытия такими сплавами легко паяются и сохраняютспособность к пайке длительное время (в отличие от чистого олова). Такиепокрытия также хорошо обеспечивает спекание деталей. Покрытия оловянно-свинцовымисплавами применяют для защиты изделий от коррозии в морской воде и ряде другихагрессивных сред.

Сплав может быть осажден ввесьма широких диапазонах по составу. Наибольшей химической стойкостью обладаетсплав с содержанием свинца и олова по 50 %. Оловянно-свинцовые сплавы с содержаниемолова от 5 до 17 % применяют как антифрикционные, особенно в сочетании смаслами, где чистый свинец легко растворяется. Покрытия такого состава такжевыполняют роль смазки при штамповке деталей из листовой стали.

Значительноераспространение в промышленности получили сплавы на основе свинца и олова сдобавлением легирующих элементов. Эти сплавы применяются, в основном, дляработы трущихся деталей в тяжелых условиях, в частности, двигателей внутреннегосгорания, когда коррозионное воздействие топлив и масел при повышенной температуревоздействует на свинец.

Стандартный потенциалолова – 0,136 В.

Стандартный потенциалсвинца – 0,126 В.

Катодные и равновесныепотенциалы свинца и олова довольно близки, поэтому самоосаждаются из растворовпростых солей. Свинец и олово не образуют ни твердых растворов, ни химическихсоединений.

/>3.2 Электролитыдля осаждения сплавов олово-свинец.

Электрооосаждение покрытийсплавом олово — свинец проводится во фторборатных, кремнийфтористых, пирофосфатных,перхлоратных, сульфаматных и феносульфоновых электролитах.

Наиболее широко используютсяфторборатные электролиты. В этих электролитах можно получить сплавы любого состава– от чистого свинца до чистого олова путем регулирования состава электролита ирежима электролиза. При этом для данного состава электролита большей плотноститока соответствует повышенное содержание олова в катодном осадке, т.к. потенциалсвинца несколько благороднее потенциала олова. Выход сплава по току близок ктеоретическому из-за высокого перенапряжения водорода на свинце, олове и оловянно- свинцовые сплавах. Олово в электролиты вводят анодным растворением. Послеприготовления электролиты необходимо проработать током при катодной плотноститока около 2 А/дм2.

СОСТАВ (г/л)ФТОРБОРАТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ПРИ 18 ¸25 °ССПЛАВОВ ОЛОВА СО СВИНЦОМ.

Электролит

Pb(BF4)2

Sn(BF4)2

HBF4

H2BO3

Клей столярный

i, А/дм2

Sn, % (в сплаве) 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

В электролите 1 содержится1 г/л желатина. В электролите 4 содержится 0,8 – 1,0 г/л гидрохинона.

Присутствие клея илидругого коллоида в электролите необходимо для получения осадков с мелкокристаллическойструктурой, а также для обеспечения необходимого содержания олова в осадке. Сувеличением содержания клея увеличивается содержание олова в сплаве, а приполном отсутствии клея выделяется один свинец.

Фенолсульоновый электролитприменяют для нанесения прочносцепленных оловянно — свинцовых покрытий на подшипниковыесплавы, содержащие олово (баббиты и бронзы).

Прирофосфатные электролитыимеют более высокую рассеивающую способность, чем фторборатные, отличаютсяпростотой приготовления и неагрессивностью. Электролиз ведут обычно при перемешивании.Содержание олова в покрытии увеличивается при увеличении температуры иплотности тока. Выход по току (анодный) может достигать 100%.

Кремнийфтористыеэлектролиты очень дешевы.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВОВ СВИНЦА С ОЛОВОМ.

Электролит Состав, г/л. t, °С.

i, А/дм2

Аноды Sn, % (в сплаве) Фенолсульфоновый

Фенолульфоновые:

Свинец 100 – 130,

Олово 25;

Кислота 60 – 90,

Желатин 2

20 – 40 1 – 2 Сплав с 10 % Sn 8 – 12 Пирофосфатный

Нитрат свинца 15 – 18,