Электроосаждение сплава Sn-Sb из сульфатных электролитов с органическими добавками

• Автор: Фурсова, Наталья Юрьевна
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Основные закономерности совместного разряда ионов металлов при электроосаждении сплавов
1.2. Зависимость состава сплава от режима электролиза и состава электролита
1.3. Влияние поверхностно-активных веществ на электроосаждение металлов и сплавов
1.4. Блестящие и выравнивающие покрытия
1.5. Электролиты для электроосаждения сплава олово-сурьма
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Приготовление сульфатных электролитов для осаждения сплавов 8п-8Ь
2.2. Подготовка поверхности образцов
2.3. Химический анализ осадков сплава 8п-8Ь
2.4. Анализ состава электролита
2.4.1. Определение содержания сурьмы
2.4.2. Определение содержания олова (II)
2.4.3. Определение содержания серной кислоты
2.4.4. Определение содержания формалина
2.4.5. Определение содержания бутиндиола
2.4.6. Определение содержания кумарина
2.5. Определение выхода по току сплава 8п-8Ь
2.6. Измерение поляризационных кривых
2.7. Измерение дифференциальной емкости
2.8. Определение выравнивающей способности электролитов
2.9. Определение рассеивающей способности электролитов
2.10. Определение пористости
2.11. Определение микротвердости покрытий
2.12. Определение внутренних напряжений
2.13. Определение переходного электрического сопротивления
2.14. Определение паяемости
2.15. Рештенофазовый анализ осадков сплава 8п-8Ь
2.16. Расчет потенциалов ионизации органических веществ
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Выбор орг анических веществ для элекхроосаждения сплава 8п-8Ь из сульфатных электролитов
3.2. Влияние концентрации компонентов электролита на внешний вид
покрытий, состав сплава и выход по току
3.3. Катодная поляризация в электролитах для электроосаждения олова,
сурьмы и сплава 8п-8Ь
3.4. Исследование кинетики процесса электроосаждения сплава 8п-8Ь из сульфатных электролитов с органическими добавками
3.5. Выравнивающая (микрорассеивающая) и рассеивающая способности сульфатных электролитов
3.6. Физико-химические свойства осадков сплава 8п-8Ь
3.7. Исследование анодного процесса. Химическая и электрохимическая стабильность сульфатных электролитов
3.8. Состав сульфатных электролитов и режимы электроосаждения блестящих покрытий сплава 8п-8Ь
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Покрытия электролитическими сплавами приобретают все большее значение в различных отраслях техники, так как они имеют ряд преимуществ перед покрытиями чистыми металлами. Совместное гальваническое осаждение двух и более металлов позволяет получать покрытия, сочетающие полезные свойства индивидуальных металлов, а также обладающие уникальными эксплуатационными характеристиками. За счет образования сплавов покрытия могут приобретать более высокую коррозионную стойкость к агрессивным средам, полупроводниковые, антифрикционные, магнитные и другие свойства.
Одним из существенных элементов в современных технологиях изготовления деталей радиоэлектронного оборудования являются блестящие покрытия сплавами на основе олова, которые обеспечивают хорошую паяемоеть изделий с бескислотными флюсами, необходимую антикоррозионную защиту, несут ряд других специальных функций в процессе изготовления деталей и при их дальнейшей эксплуатации.
Блестящие покрытия сплавами олова выгодно отличаются от матовых покрытий: дольше сохраняют способность к пайке (свыше 18 месяцев), не нуждаются в окраске, менее пористы, соответственно более коррозионно устойчивы, значительно мснсе подвержены иглообразованию. Наряду с вышеописанными преимуществами блестящие покрытия не нуждаются в операции оплавления, обязательной для матовых покрытий.
Электролитический сплав $п-8Ь, содержащий 5-10 мае. % сурьмы предотвращает переход олова из белой модификации в серую, обеспечивает- способность к пайке в течение длительного времени хранения деталей. Кроме того, этот сплав обладает повышенными антифрикционными свойствами и более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с чистым оловом. Сплав олово-сурьма с содержанием сурьмы свыше 10 мае. % имеет лучшие механические свойства, чем оловянные покрытия и может использоваться для замены олова.
Для осаждения сплава 8п-8Ь предложено ограниченное количество электролитов, отсутствуют данные об электролитах для получения блестящих покрытий сплавами с невысоким содержанием сурьмы. Предложенные хлорид-фторидные, сульфат-фторидиые, борфтористоводородиые электролиты имеют те или иные существенные недостатки, среди которых можно отметить токсичность и коррозион ную агрессивность

SnClr2H20 - 50,
SbCl5 - 10,
NaF - 30,
NH4HF2
В электролит входили две специальные органические добавки: Inbrd W.S. - 2 г/л и Dispersai - 1 мл/л, t = 65 °С, ік = 1-4 А/Дм2.
I.W. Cuthbertson /116/ исследовал хлорид-фторидиый электролит и установил, что с повышением содержания сурьмы в электролите, содержание ее в осадке увеличивается до 28-30 мае. %, а затем остается постоянным. Автор не дает объяснения подобной зависимости, но отмечает, что сплав получается блестящим непосредственно из ванны и склонен к растрескиванию. В работе также отмечается нецелесообразность применения оловянных анодов из-за возможности контактного выделения на них сурьмы.
F. Zowerheim и H. Formait /117/ получили патент на процесс электроосаждения сплава Sn-Sh, содержащий 0,2-0,5 % сурьмы. Осаждение проводили из станнатиого электролита с добавкой соли пятивалентной сурьмы при температуре 70-90 °С и плотности тока 1,3-2,6 А/дм2. Олово, легированное сурьмой в таком малом количестве не переходит в серую модификацию после 6 месяцев выдержки при температуре 400 °С, в то время как оловяиированные покрытия разрушаются при таких условиях в течение 24 часов.
Сооеаждение олова с сурьмой можно производить из сульфашо-хлоридного или сульфатно-фторидного электролита с добавкой столярного клея и технического фенола, а также электролитов на основе фторидов металлов с добавкой фтористого аммония.
Кудрявцев с сотрудниками /118/ разработал для получения сплава Sn-Sb, борфго-ристоводородный электролит. Для осаждения сплава олово-сурьма с содержанием сурьмы 7 мае. % рекомендован электролит следующего состава, (г/л) : Sn(BF4)2 - 145, SbF3 -0,72, HBF4cbo6 - 87, C6I(S03H)QH - 0,25 M, (1-нафтол - 1, желатин - 1. Температура 20-25 °С. Плотность тока 1-4 А/дм2.
В результате исследования установлено, что содержание сурьмы в сплаве увеличивается с повышением концентрации ее в электролите и при повышении температуры электролита. Однако покрытия с содержанием сурьмы более 7 % из борфтористоводо-родных электролитов не получаются вследствие гидролиза соли сурьмы в растворе, С повышением температуры качество осадков сплава ухудшается.