электролит для осаждения сплава золото-бор
| Классы МПК: | C25D3/62 содержащих более 50% по массе золота |
| Автор(ы): | Балакай Владимир Иьич (RU), Арзуманова Анна Валерьевна (RU), Курнакова Наталья Юрьевна (RU), Балакай Илья Владимирович (RU), Балакай Ксения Владимировна (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2008-03-19 публикация патента:
27.02.2009 |
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях промышленности, где необходимо применение материалов с низкими переходными электрическими сопротивлениями. Электролит содержит, г/л: золотохлористоводородная кислота (в пересчете на металл) 8-12; калий железистосинеродистый 150-200; калий сернокислый 40-50; поташ 40-50; соль анионного полиэдрического бората общей формулы MzC nBmHx, где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12-1,0-2,1. Технический результат: уменьшение переходного электрического сопротивления. 2 табл.
Формула изобретения
Электролит для осаждения сплава золото-бор, содержащий золотохлористоводородную кислоту, калий железистосинеродистый, калий сернокислый, поташ и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит соль анионного полиэдрического бората при следующем соотношении компонентов, г/л:
| золотохлористоводородная кислота | |
| (в пересчете на металл) | 8-12 |
| калий железистосинеродистый | 150-200 |
| калий сернокислый | 40-50 |
| поташ | 40-50 |
| соль анионного полиэдрического бората общей формулы | |
| МzСn ВmНх, где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0, 2, | |
| m=3, 9, 10,12, x=8, 10,12 | 1,0-2,1 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению сплава золото-бор, с целью применения их в различных отраслях промышленности в качестве материала, обладающего низкими переходными электрическими сопротивлениями.
В промышленности появилась необходимость уменьшения переходных электрических сопротивлений различных материалов на основе золота.
Уменьшение электрических характеристик материалов на основе золота можно достигнуть за счет легирования их металлами и (или) неметаллами.
Известны электролиты для нанесения сплавов на основе золота с медью, серебром, кобальтом с целью получения покрытий, обладающих низкими переходными электрическими сопротивлениями, следующего состава, г/л:
1) дицианоаурат калия 8-16, сульфат кобальта 0,5-2, однозамещенный цитрат калия 60-100, гидрат пиперазина 4-10, температура электролита 25-30°С, катодная плотность тока 0,6-0,9 А/дм 2;
2) дицианоаурат калия (в пересчете на металл) 8-10, дицианоаргентат калия (в пересчете на металл) 0,8-1,2, калий цианистый 15-25, температура электролита 28-32°С, катодная плотность тока 0,8-1 А/дм2. (Электроосаждение металлических покрытий. Справочник / М.А.Беленький, А.Ф.Иванов. - Металлургия, 1985. - 288 с.).
Однако покрытия, осажденные из данных электролитов, имеют недостаточные переходные электрические сопротивления.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится электролит для осаждения сплава золото-медь следующего состава, г/л:
| золотохлористоводородная | |
| кислота (в пересчете на металл) | 8-12 |
| медь сернокислая (в пересчете на металл) | 10-12 |
| калий железистосинеродистый | 150-200 |
| калий сернокислый | 40-50 |
| поташ | 40-50 |
Режимы электролиза: рН 9,0-9,5, температура 18-30°С, катодная плотность тока 0,1-0,25 А/дм 2 (Балакай В.И., Кудрявцева И.Д., Сербиновская Н.М., Курнакова Н.Ю. Электроосаждение сплава золото-медь для слаботочных скользящих контактов. - Изв. вузов Сев.-Кав. регион. Техн. науки. - 2005. - Спец. вып.: Проблемы трибоэлектрохимии. - С.80-84). Однако покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточные переходные электрические сопротивления.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение переходного электрического сопротивления.
Поставленная задача достигается тем, что в состав электролита, содержащий золотохлористоводородную кислоту (в пересчете на металл), калий железистосинеродистый, калий сернокислый, поташ, дополнительно вводят соль анионного полиэдрического бората общей формулой M z Cn Вm Н х (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0,2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12) при следующем соотношении компонентов, г/л:
| золотохлористоводородная | |
| кислота (в пересчете на металл) | 8-12 |
| калий железистосинеродистый | 150-200 |
| калий сернокислый | 40-50 |
| поташ | 40-50 |
| соль анионного полиэдрического бората | |
| общей формулы Mz, Сn Вm Нх (где М - натрий, калий или | |
| аммоний, z=l, n=0,2, m=3,9, 10, 12, х=8, 10, 12) | 1-2,1 |
Режимы электролиза: рН 9,0-9,5, температура 18-30°С, катодная плотность тока 0,1-0,25 А/дм 2.
Наличие боросодержащей добавки в электролите позволяет электроосаждать сплав золото-бор с низкими переходными электрическими сопротивлениями.
Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В горячей воде отдельно растворяли поташ и железистосинеродистый калий, сливали их вместе, а в полученную смесь вводили золотохлористоводородную кислоту. После кипячения в течение 15 мин на газовой горелке отфильтровывали осадок гидроокиси железа, к фильтру приливали раствор сернокислого калия и продолжали кипячение в термостате, залитом силиконовым маслом (температура масла 170-180°С), при постоянном перемешивании в течение 6-8 ч. После кипячения раствор фильтровали, рН доводили до заданного значения концентрированной соляной кислотой или раствором гидроксида натрия и вводили боросодержащую добавку.
Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике описанной выше. А значения переходных электрических сопротивлений покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2 соответственно.
Сплав золото-медь по прототипу осаждали из электролита по (Балакай В.И., Кудрявцева И.Д., Сербиновская Н.М., Курнакова Н.Ю. Электроосаждение сплава золото-медь для слаботочных скользящих контактов. - Изв. вузов Сев.-Кав. регион. Техн. науки. - 2005. - Спец. вып.: Проблемы трибоэлектрохимии. - С.80-84).
Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства сплава золото-бор, из предлагаемого электролита и по прототипу золото-медь, осажденных при температуре 18-30°С, приведены в табл.2.
Граничные концентрации компонентов электролита выбраны по следующим соображениям:
1) увеличение содержания золотохлористоводородной кислоты в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и увеличению переходного электрического сопротивления;
2) уменьшение содержания золотохлористоводородной кислоты в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и увеличению переходного электрического сопротивления;
| Таблица 1 - Составы электролитов и режимы электролиза | ||||||
| Состав электролитов и режимы электролиза | Концентрация компонентов, г/л | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | прот | |
| золотохлористоводородная кислота (в пересчете на металл) | 6 | 8 | 10 | 12 | 15 | 10 |
| медь сернокислая (в пересчете на металл) | - | - | - | - | - | 12 |
| калий железистосинеродистый | 120 | 150 | 175 | 200 | 250 | 175 |
| калий сернокислый | 30 | 40 | 45 | 50 | 60 | 45 |
| поташ | 30 | 40 | 45 | 50 | 60 | 45 |
| Соль анионного полиэдрического бората общей формулы M z Сn Вm Н x (где М - натрий, калий или аммоний, z=1, n=0,2, m=3, 9, 10, 12, x=8, 10, 12) | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,1 | 3,0 | - |
| рН электролита | 8,5 | 9,0 | 9,2 | 9,5 | 10,0 | 9,2 |
| Температура, °С | 16 | 18 | 25 | 30 | 35 | 25 |
| Катодная плотность тока, А/дм 2 | 0,05 | 0,1 | 0,15 | 0,25 | 0,3 | 0,15 |
4) уменьшение содержания калия железистосинеродистого ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к ухудшению качества покрытия и увеличению переходного электрического сопротивления;
5) увеличение содержания калия сернокислого выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и увеличению переходного электрического сопротивления;
6) уменьшение содержания калия сернокислого Б ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и увеличению переходного электрического сопротивления;
7) увеличение содержания поташа выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и увеличению переходного электрического сопротивления;
8) уменьшение содержания поташа ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытия и увеличению переходного электрического сопротивления;
9) увеличение содержания соли анионного полиэдрического бората выше верхнего заявляемого предела приводит к увеличению переходного электрического сопротивления;
10) уменьшение содержания соли анионного полиэдрического бората ниже нижнего заявляемого предела приводит к увеличению переходного электрического сопротивления.
| Таблица 2 - Физико-механические свойства покрытий и электролитов | ||||||
| Характеристики электролита и сплава золото-бор и сплава по прототипу золото-медь | Электролиты | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | прот | |
| Переходное электрическое сопротивление ×103, Ом (при силе тока 50 мА и нагрузке 0,2 Н) | 4,6 | 2,9 | 2,8 | 3,0 | 6,7 | 17 |
| Удельное электрическое сопротивление, Ом·м | 0,051 | 0,037 | 0,039 | 0,043 | 0,077 | 0,16 |
| Сцепление с основной из стали, меди и ее сплавов | Удовлетворяет ГОСТ 9.302-84 | |||||
| Содержание бора, мас.% | 0,4 | 0,6 | 1,1 | 1,8 | 2,1 | - |
| Содержание меди в сплаве, мас.% | - | - | - | - | - | 18 |
| Стабильность, % | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Скорость осаждения, мкм/ч | 1,7 | 3,4 | 5,1 | 6,8 | 10,2 | 5,1 |
Как видно из табл.2, переходное электрическое сопротивление сплава золото-бор, осажденного из заявляемого электролита, меньше переходного электрического сопротивления сплава золото-медь, осажденного по прототипу, в 5,7-6,1 раз при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.
Это позволяет расширить область применения сплава золото-бор в качестве материала, обладающего низкими переходными электрическими сопротивлениями, в машиностроении.