щавелевокислый электролит для осаждения сплава медь-олово
| Классы МПК: | C25D3/58 содержащих более 50% по массе меди |
| Автор(ы): | Виноградов Станислав Николаевич (RU), Глебов Максим Владимирович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2012-05-03 публикация патента:
20.07.2013 |
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения защитно-декоративных покрытий. Электролит для нанесения сплава медь-олово содержит компоненты при следующем соотношении, г/л: сульфат меди пяти-водный 20-25, сульфат олова 3-10, аммоний щавелевокислый 45-55, ацетат натрия 10-20, желатин 0,1-0,5, ванилин 0,1-0,5, метиленовый синий 5·10 -5-1·10-3 моль/л, вода до 1 л. Техническим результатом изобретения является повышение блеска, улучшение его экологических свойств и увеличение стабильности электролита. 2 табл.
Формула изобретения
Щавелевокислый электролит для осаждения сплава медь-олово, содержащий сульфат меди пятиводный, сульфат олова, аммоний щавелевокислый, желатин и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ацетат натрия, ванилин, метиленовый синий при следующем соотношении компонентов, г/л:
| сульфат меди пятиводный | 20-25 |
| сульфат олова | 3-10 |
| аммоний щавелевокислый | 45-55 |
| ацетат натрия | 10-20 |
| желатин | 0,1-0,5 |
| ванилин | 0,1-0,5 |
| метиленовый синий, моль/л | 5·10-5 -1·10-3 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к гальваническому осаждению покрытий сплавом медь-олово с содержанием олова 5-35% и может быть применено для осаждения защитно-декоративных, коррозионно-стойких покрытий, а также в качестве подслоя.
Известны цианидные, сульфатные, станнатно-цианидные, пирофосфатные, щавелевокислые электролиты для осаждения сплава медь-олово [1-4].
Недостатками известных способов являются: высокая экологическая опасность, высокая концентрация компонентов, работа при повышенной температуре, низкая стабильность.
Наиболее близким по характеристикам осаждаемого покрытия является щавелевокислый электролит, имеющий следующий состав электролита, г/л: сульфат меди 20-25, сульфат олова 3-10, аммоний щавелевокислый 45-55, борная кислота 15-25, желатин 0,1-0,2, триэтаноламин 0,3-0,5, вода до 1 л [3].
Однако щавелевокислый электролит отличается низким качеством покрытия, повышенным содержанием веществ трудно разлагаемых в сточных водах (борная кислота) и необходимостью частой корректировки в результате частичного окисления олова.
Техническим результатом предлагаемого электролита является осаждение защитно-декоративных, износостойких с низким значением переходного электросопротивления зеркально блестящих покрытий сплавом медь-олово. Исчезает необходимость частой корректировки электролита, повышается экологическая безопасность электролита.
Это достигается тем, что щавелевокислый электролит для осаждения сплава медь-олово, содержащий сульфат меди пятиводный, сульфат олова, желатин и воду согласно предложенному изобретению, дополнительно содержит метиленовый синий, ванилин, ацетат натрия при следующем соотношении компонентов, г/л: сульфат меди пятиводный 20-25; сульфат олова 3-10; аммоний щавелевокислый 45-55; ацетат натрия 10-20; желатин 0,1-0,5, ванилин 0,1-0,5; метиленовый синий 5·10-5-1·10-3 моль/л; вода до 1 л.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый электролит отличается от известного введением новых компонентов, а именно ацетата натрия, ванилина, метиленового синего.
В таблице 1 приведена зависимость изменения концентрации Sn(IV) от концентрации метиленового синего.
| Таблица 1 | ||||||
| Зависимость изменения концентрации Sn(IV) от концентрации метиленового синего | ||||||
| Концентрация добавки, моль/л | Q, А·ч/л | 0 | 1 | 5 | 10 | 14 |
| 0 (добавка не вводилась) | C Sn(IV), моль/л | 0,02 | 0,02 | 0,06 | 0,09 | 0,1 |
| 5·10 -5 | CSn(IV) моль/л | 0 | 0,012 | 0,035 | 0,038 | 0,038 |
| 2,5·10-4 | CSn(IV) моль/л | 0 | 0,005 | 0,0076 | 0,0076 | 0,0075 |
| 5·10-4 | CSn(IV) моль/л | 0 | 0,002 | 0 | 0 | 0,002 |
| 1·10-3 | CSn(IV) моль/л | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Важно отметить, что метиленовый синий в процессе осаждения сплава не расходуется, так как добавка регенерируется на катоде. Из таблицы 1 видно, что с увеличением добавки скорость окисления Sn(II) уменьшается и при Сдоб =10-4 моль/л процесс окисления двухвалентного олова не происходит. Следовательно, оптимальной концентрацией добавки Сдоб=10-4 моль/л. Другой особенностью добавки является то, что при ее наличии в электролите покрытия получаются более блестящими, чем в электролите прототипа.
Применение ванилина в качестве блескообразователя обеспечивает зеркальный блеск на плотности тока 0,5 А/дм2.
Таким образом, применение электролита позволяет увеличить стабильность электролита, повысить декоративные свойства покрытия, а также улучшить его экологические свойства.
Электролит готовят следующим образом.
В емкости растворяют 55 г аммония щавелевокислого в воде при температуре 60°C, добавляют 0,2 г желатина в виде раствора в теплой воде, 20 г сульфата меди и 15 г ацетата натрия при интенсивном перемешивании. Затем вводят 5·10-4 моль/л метиленового синего, 0,1 г ванилина. Сульфат олова вводится в количестве 6 г и интенсивно перемешивается. Затем объем полученного раствора доводят до 1 литра и охлаждают до комнатной температуры. Требуемое значение pH=5 корректируют при помощи щавелевой кислоты или раствора аммиака.
Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л:
| сульфат меди пятиводный | 20 |
| сульфат олова | 6 |
| аммоний щавелевокислый | 55 |
| ацетат натрия | 15 |
| ванилин | 0,1 |
| метиленовый синий, моль/л | 5·10 -4 |
| вода | до 1 л |
| температура, 20°C катодная плотность тока, А/дм3 | 0,2-0,7 |
Примеры с различными значениями концентраций заявляемого электролита приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| Примеры состава щавелевокислого электролита сплава медь-олово | ||||
| Состав электролита | Номер электролита | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 (прототип) | |
| сульфат меди пяти-водный | 20 | 20 | 20 | 23 |
| сульфат олова | 3 | 6 | 10 | 5 |
| аммоний щавелевокислый | 55 | 55 | 55 | 50 |
| борная кислота | - | - | - | 20 |
| ацетат натрия | 15 | 15 | 15 | - |
| желатин | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,15 |
| ванилин | 0,1 | 0,1 | 0,1 | - |
| метиленовый синий, моль/л | 5·10 -4 | 5·10 -4 | 5·10 -4 | - |
| триэтаноламин | - | - | - | 0,4 |
Сплав медь-олово наносили на медь или медные сплавы. Качество полученных покрытий сплавом медь-олово оценивали по внешнему виду в соответствие с требованиями ГОСТа 9.301-86. Для определения стабильности электролита провели ряд циклов выработки электролита. Оказалось, что если ввести в щавелевокислый электролит метиленовый синий, то он становится более стабильным по сравнению с прототипом. При прохождении 30 А·ч в электролите не наблюдались изменения внешнего вида покрытия. Электролит не содержит веществ, создающих повышенную экологическую опасность.
Таким образом, предлагаемый электролит позволяет получить покрытия сплавом медь-олово, качество которых соответствует требованиям указанных выше стандартов и в процессе эксплуатации электролита не проходит необратимых изменений, нарушающих его стабильность. Дополнительным преимуществом электролита по сравнению с прототипом является более высокая экологическая безопасность, лучший внешний вид покрытий, включает в себя меньшую концентрацию компонентов, что уменьшает его стоимость.
Источники информации:
1. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах / Под ред. М.А.Шлугера. - М.; Машиностроение, 1985.
2. В.В.Бондарь, В.В.Гриница, В.Н.Павлов. Электроосаждение двойных сплавов. (Итоги науки и техники), 1979, 16, 329 с.
3. Патент РФ, 17.09.1997 20.05.1999, Лукомский Ю.Я., Кунина О.Л., Электролит бронзирования, патент России № 2130513 97115437/02.
4. Электролитическое осаждение сплавов / Под ред. В.А.Аверикина. - М.: Машгиз, 1961.
Класс C25D3/58 содержащих более 50% по массе меди