Потребность в гальванических покрытиях возникает, когда поверхность детали нуждается в специальных свойствах. Не всегда гальванические покрытия чистым металлом могут удовлетворить эти требования.
Применяемые ранее для пайки покрытия оловом в процессе эксплуатации показали себя не лучшим образом: со временем на поверхности появлялись нитевидные кристаллы, которые в условиях насыщенных электромонтажных схем могли вызвать короткое замыкание.
В результате исследований получено, что уменьшить скорость роста кристаллов на поверхности олова может добавка в покрытии олова небольшого количества висмута (0,2 – 1,8%), т.е. покрытие олово-висмут. Висмут позволяет предотвратить переход белой модификации олова в серую и снижает вероятность иглообразования. Поэтому покрытия сплавом олово-висмут (99,8) рекомендуется в качестве защитных для деталей, подлежащих пайке.
Особенности процесса осаждения сплава олово-висмут в нашем обучающем курсе.
Условием совместного осаждения металлов (в частности олова и висмута) является равенство их потенциалов осаждения, сближение которых необходимо осуществить, подбирая состав электролита и режим осаждения. У висмута и олова стандартные потенциалы близки, поэтому сплав олово-висмут можно получать, изменяя концентрации металлов олова и висмута в растворах простых солей.
Электролиты для осаждения олова бывают кислые и щелочные. Так как висмут в щелочных растворах разлагается, для осаждения сплава олово-висмут применяют сульфатные электролиты состава:
Покрытие сплавом олово-висмут.
SnSO4 – 40-60 г/л Bi(NO3)3 – 0,5 -1,5 г/л
H2SO4 – 100-120 г/л
NaCl – 0,2 — 0,8 г/л
Добавка ОС-20 – 2-5 г/л
Трилон Б – 3-5 г/л
Температура +15 – 250
СДК = 1-2 А/дм2
Завешивать деталь надо под током с толчком 2-4 А/дм2.
Аноды из олова, их необходимо поместить в чехлы из хлориновой ткани. Анодная плотность тока должна быть в 2 раза меньше катодной, а в отсутствии тока аноды следует вынимать из электролита олово-висмут, во избежание контактного осаждения висмута. После приготовления электролита для осаждения сплава олово-висмут требуется проработка током при плотности 0,5-1 А/дм2.
Некачественное покрытие олово-висмут (шероховатое) может осаждаться, если в электролите присутствуют механические примеси, при этом электролит олово-висмут следует отфильтровать. Если покрытие олово-висмут серое, с темными пятнами – возможно накопление 4-х валентного олова, которое следует осадить пирофосфатом калия (4,5 г/л на 1 г 4-х валентного олова).
Заметно ухудшает качество покрытия олово-висмут наличие в электролите олово-висмут примесей хлора (0,1–0,2 г/л), которые могут попасть при обработке подслоя меди перед покрытием олово-висмут. Поэтому при декапировании подслоя меди перед покрытием олово-висмут следует исключить применение соляной кислоты.
В целом электролит олово-висмут прост в приготовлении и эксплуатации, но требует регулярного анализа и чистоты. Анализ электролита олово-висмут следует проводить не реже 1 раза в неделю.
На опыте замечено, что выдержка покрытий при температуре 2000С в течение 1-9 часов значительно подавляет образование нитевидных кристаллов, поэтому после нанесения покрытия олово-висмут рекомендуется термообработка.
Для получения блестящих покрытий олово-висмут в электролит вводят блескообразователи: 0,6 г/л фурфурола с 20 г/л формалина и 0,7 г/л камфоры. Покрытие олово-висмут получается плотное и блестящее. Такой электролит для сплава олово-висмут имеет высокую рассеивающую способность и обладает выравнивающим эффектом.
Блестящее покрытие сплавом олово-висмут более декоративно и коррозионностойко, но имеет один недостаток – гораздо хуже паяется, так как органические добавки из электролита экстрагируются в покрытие олово-висмут и препятствуют растекаемости припоя.
Для повышения адгезии и коррозионной стойкости поверхности деталей с покрытием олово-висмут при нанесении покрытия олово-висмут на сплавы алюминия и стали необходимо предварительно нанести подслой никеля и меди (см. «Анализ причин нестабильности адгезии покрытия ХимНМОВи к поверхности деталей из алюминиевых сплавов.») Кроме того, растекаемость припоя по покрытию олово-висмут, нанесенному на медный подслой значительно выше, чем по покрытию олово-висмут, нанесенному на никелевый подслой.
При работе с электролитом олово-висмут необходимо соблюдать требования безопасности – работать в спецодежде и перчатках. Ванна олово-висмут должна иметь бортовую вентиляцию.
Нижн. Новгород Время
Как влияет на пайку блескообразующие добавки в составе электролита олово-висмут?
Уважаемый коллега!
Наличие блескообразующей добавки в электролите олово-висмут благоприятно влияет на внешний вид покрытия: осадки получаются мелкокристаллические, блестящие, коррозионностойкие. В процессе покрытия появляется возможность повысить рабочую плотность тока, хотя при этом снижается катодный выход по току, а содержание висмута в покрытии возрастает. В результате паяемость покрытия резко ухудшается. Следовательно, приходится выбирать, что нужно: надежная пайка или красивое покрытие.
Королева Г.В.
Добрый день! Подскажите, пожалуйста, вероятную причину серого налета на покрытии олово-висмут. Электролит сернокислый, ванна в анализе, плотность тока 1-1,5А/дм2. Покрытие сначала ложится светлое, но ближе к концу заданного времени появляется темно-серый налет, который легко снимается механически (после протирки ветошью детали становятся светлыми). Заранее благодарю за консультацию.
Здравствуйте, Ирина!
Серый налет на покрытии может появляться из-за присутствия в электролите 4-х валентного олова Sn2+, которое может накапливаться в растворе, при этом электролит мутнеет, если ванна находится в открытом состоянии (без доступа воздуха раствор остается прозрачным неограниченно долго).
SnSO4 + H2CO3 = H2SnO3 + CO2 (1)
(из воздуха)
Выпадает желтый коллоидный осадок, который, включаясь в покрытие, приводит к ухудшению паяемости.
Для полной очистки электролита следует использовать коагулянты, например, пирофосфат калия, который переводит коллоидный осадок метаоловянной кислоты в нерастворимый комплекс, и легко декантируется.
2H2SnO3 + K4P2O7 = Sn2P2O7 + 4 KOH (2)
Sn2P2O7 + K4P2O7 = 2 K6 [Sn(P2O7)2] (3)
Количество пирофосфата калия, необходимого для удаления четырехвалентного олова легко рассчитать по реакциям (2) и (3).
На 1г Sn4+ необходимо добавить 2,5 г калия пирофосфорнокислого. Содержание Sn2+ и Sn4+ в электролите определяется на основании анализов, которые необходимо проводить 2 раза в месяц.
Успехов Вам!
Королева Г.В.
Добрый день, Галина! Большое спасибо за подробную консультацию по очистке электролита олово-висмут. Разрешите задать Вам еще несколько вопросов по этой теме? Дело в том, что в нашем случае неполадки возникали постепенно. Сначала покрытие пошло серое. При добавлении клея мездрового и препарата ОС-20 незначительное время покрытие было изумительным. Затем при наращивании толщин 9-12мкм (т.е. при выдержке деталей в электролите 30-50мин.), ближе к концу требуемого времени, детали стали обрастать темным губчатым осадком, который легко смывался водой при промывке. Далее губчатый осадок начал оседать с самого начала процесса. Отсюда вытекают мои вопросы:
1. До каких концентраций может накапливаться олово (IV)? Есть ли какое-то критическое значение, при котором качество покрытия заметно ухудшается?
2. Влияет ли добавление клея мездрового и ОС-20 на «активность» олова (IV)?
3. Может ли образоваться метаоловянная кислота при местных перегревах электролита? У нас при снижении температуры электролит прогревается пропусканием горячей воды через погружной змеевик.
4. Можно ли избавиться от олова (IV) длительной проработкой электролита?
5. Имеет ли смысл применять антиоксидант ЦКН-32 (2-4г/л) в качестве вещества препятствующего окислению олова (IV)?
Уважаемая Ирина!
Причины некачественного покрытия в вашем случае могут быть следующие:
1. Перегрев электролита. Повышение температуры выше 250С способствует более быстрому окислению ионов 2-х валентного олова и органических добавок, что вызывает ухудшение качества покрытий.
2. Наличие вредных добавок: 4-х валентного олова, которого может быть не более 2 г/л; хлор-иона, которого в ванне должно быть не более 0,1-0,2 г/л.
Хлор может появиться в электролите, если вы декапируете перед покрытием детали в солянке. Этого делать нельзя! Применяйте серную кислоту, тогда хлора не будет.
Проработкой электролита от этих безобразий вам не избавится. Можно, конечно, почистить активированным углем, но очень много хлопот. У вас ванна большая? Поменяйте электролит, учтите при эксплуатации все замечания, и у вас процесс наладится на века.
P.S. Блескообразователями не увлекайтесь, они ухудшают пайку, хотя покрытие получается очень красивое.
Еще раз огромное спасибо!!!!!
Здравствуйте! Подскажите пожалуйста, какие факторы могут повлиять на пайку по олово-висмуту (деталь алюминиевая, сложнопрофильная, с подслоями никеля и меди). Олово по покрытию просто скатывается, не растекается. Заранее спасибо.
Яна!
Вопрос паяемости покрытия олово-висмут весьма актуальный. На пайку влияет все: состав электролита, режим осаждения, толщина покрытия, припой, режим пайки и даже конструктивные особенности детали.
Технологи — гальваники стараются получить красивое и блестящее покрытие, но для пайки это как раз и не требуется. Чем больше в составе электролита блескообразователей и прочей органики, тем хуже поверхность будет облуживаться.
В некоторой степени на качество пайки влияет срок покрытия, т.е. то время, что деталь пролежала на складе до облуживания. Лучше ее облудить сразу, пусть дожидается монтажа облуженная. И еще, следите за содержанием висмута в составе покрытия, он улучшает паяемость.
Яна! Вопросы пайки и работы электролита активно обсуждались в комментариях на блоге ранее, посмотрите, пожалуйста, может для себя найдете еще что-то новое.
Желаю Вам успехов!
Королева Г.В.
Спасибо большое за ответ! Я обязательно посмотрю в блоге. Дело в том, что в моем случае: электролит по результатам анализов соответствует стандарту, режимы все выдержаны (правда, после никелирования детали проходили термообработку 1 час в термопечи при 200 градусах), деталь с новым покрытием пролежала не в цеховой атмосфере 1 ночь. На утро — не паяется. При пайке тоже вроде бы все соответствует. Грешат на покрытие.
Не влияет ли на покрытие хлор, содержащийся в поваренной соли, добавляемой в электролит?
Здравствуйте, Илья!
Добавка хлорида натрия в электролите в малых количествах позволяет связать висмут в хлоридный комплекс, тем самым сместить потенциал осаждения висмута в катодную область.
Но содержание хлор-иона в электролите более 0,7% уже нежелательно.
Всего Вам доброго!
Королева Г.В.
Здравствуйте. Подскажите пожайлуста твердость покрытия олово-висмут. Нигде не могу найти. Спасибо.
Здравствуйте, Алексей!
Покрытие олово-висмут, согласно ГОСТ 9.303-84, предназначено как защитное под пайку, поэтому его твердость мы не замеряли.
Королева Галина Владимировна.
Здравствуйте Галина. Подскажите пожайлуста существует ли технология нанесения химического покрытия оловом выводов обеспечивающего хорошую паяемость. В настояшее время мы примениям покрытие ХимН и иммерсионное золото, но рост цен на золото вынуждает искать альтернативу, Электрохимический способ на не подхотит.
Здравствуйте, Алексей!
Существует метод оловянирования без применения источника тока, который основан на контактном осаждении олова и позволяет осаждать покрытие толщиной не более 1 мкм на поверхность деталей из металлов и сплавов менее электроотрицательных, чем олово, т.е. из меди, латуни, бронзы.
С уважением, Королева Галина Владимировна.
Здравствуйте! Подскажите пожалуйста в чем проблема? Есть у нас на предприятии корпусные детали с большим количеством глухих резьбовых отверстий (М2 , М3, М4) из сплава Д16 ГОСТ 4784-97. На данные детали наносится покрытие Н3.О-Ви(99,8)6 Детали после механообработки проходят контроль ОТК и признаются годными, а после гальваники при монтаже выявляются проваленные резьбовые отверстия. Возможно ли затравить до такой степени? и какие режимы и растворы должны применяться?
Здравствуйте!
ГОСТ9.303-84 допускает в некоторых случаях непрокрытие глухих отверстий и резьбовых соединений. По согласованию с конструктором Вы можете закрывать отверстия заглушкой в процессе покрытия. Подтравливание неизбежно при обработке в щелочи и осветлении в азотной кислоте. Без проведения этих операций не будет качественного покрытия.
Если непрокрытие недопустимо – придется технологу вместе с рабочим продумать схему подготовки детали перед покрытием, более тщательно обезжиривать, прочищая вручную каждое отверстие и заглушку ставить перед операцией травления, а потом демонтировать и аккуратно осветлять в азотной кислоте.
Королева Галина Владимировна.
Здравствуйте, Галина! Такая проблема- изготовили на заводе кольцо для обжима детали, которая является проводником тока высокого напряжения, на кольце появилось статическое напряжение! Мне посоветовали снять его покрытием сплава олово-висмут! Есть ли смысл такого процесса и не разрушиться ли покрытие при минус 30-35С?!
Спасибо, Вам!
Здравствуйте, Константин!
Покрытие олово-висмут электропроводно и может эксплуатироваться при температуре минус 30-35 С.
С уважением, Королева Галина Владимировна.
Галина, спасибо за ответ!
Здравствуйте Галина! Очень прошу помочь в следующей проблеме! Производство у нас радиотехническое, поэтому покрытие олово-висмутом используется очень часто. Я сравнительно недавно пришел работать. С того времени как я работаю электролит не был поменен. Он уже сильно был загрязнен различными примесями, и я решил составить новый электролит. Электролит довольно простой: Олово сернокислое 40-60 г/л; Кислота серная 100-110г/л; Висмут сернокислый 08-1,5 г/л; Натрий хлористый 0,3-0,8 г/л; и после замены электролита уже пару месяцев ни как не могу ввести его в рабочее состояние. Покрытие в ванне-колоколе неравномерное, в углублениях не прокрывается, на навесках образуются кристалу блестящего металла по всей поверхности. Проблема в том что мы не можем сделать качественный анализ. но возможно Вы по неполадкам сможете сказать в чем проблема. Заранее благодарю!!!
С уважением Моисеенко Игорь!!
Здравствуйте, Игорь!
Особенностью ванн колокольного типа является необходимость в повышенном содержании серной кислоты – до 140 г/л, что повышает электропроводность электролита. И еще для повышения смачиваемости добавляют ОС-20 в количестве 2 — 5 г/л. Надеюсь, эта коррекция Вам поможет.
Желаю удачи!
Королева Галина Владимировна.
Спасибо за совет, буду пробовать!!!
Здравствуйте, Галина Владимировна! Скажите, пожалуйста, почему под покрытие олово-висмут по меди или стали ни в одном ГОСТе не заложен подслой химического никеля, а только гальванический?
Здравствуйте Ирина!
ГОСТ 9.303-84 «ЕСЗКС. Покрытия …» допускает заменять электрохимический никелевый подслой на химический относительно покрытия Н.Зл по меди (см. сноску 10), но в отраслевой документации, как правило, ее распространяют и на остальные покрытия.
С уважением, Королева Галина Владимировна.
Здравствуйте, Галина Владимировна!
Проконсулируйте пожалуйста, имеет ли смысл заменить покрытие свинец-олово-цинк на олово-висмут, если свинец работает в при температуре и используется такая его характеристика как эластичность (мягкость)?
Здравствуйте, Оксана!
Выбор покрытия – это прерогатива конструктора, технолог только решает возможность нанесения. Конечно, олово-висмут – более экономичное и менее трудозатратное покрытие, но, безусловно, не такое пластичное, как сплав свинец-олово-цинк.
Так что окончательное решение принимает конструктор.
С уважением, Королева Галина Владимировна.
Здравствуйте.Подскажите пожалуйста,отчего при прессовании детали АГ-4 с контактом (покрытие олово-висмут)олово с контакта как бы расплавляется и остаётся впрессованной в деталь.
Здравствуйте, Марина!
При разработке конструкции деталей из полимерного материала (в частности АГ-4) с последующей металлизацией необходимо учитывать все особенности процесса нанесения покрытия, и в первую очередь то, что детали с нанесенным покрытием (тем более диэлектрики) не должны подвергаться механическим воздействиям, тем более с нагревом!!! Конструкция должна предусматривать наличие «гнезд» для последующего монтажа металлизированных (или металлических) вкладышей. Контакты, как правило, впаиваются уже в готовый металлизированный корпус.
С уважением, Королева Галина Владимировна.
Добрый день! Подскажите, пожалуйста, как сказывается на покрытии превышение NaCl? И еще один вопросик, почему только на некоторых деталях после покрытия в ванне колокольного типа образуются какие-то наросты, напоминают шлам. Заметны только при увеличении, снимаются легко, но из-за большого объема производства каждую деталь не пересмотришь.
Здравствуйте, Владимир!
1. Превышение хлористого натрия на 0,1 – 0,2 г заметно ухудшает качество покрытия, поэтому активацию перед покрытием олово-висмут во избежание попадания ионов хлора в электролит следует проводить в растворе серной кислоты, а не в соляной.
2. Покрытие в ваннах колокольного типа требует несколько повышенного (до 140 г/л) содержания в электролите серной кислоты для увеличения электропроводности электролита.
3. Шероховатое покрытие может осаждаться, если в электролите присутствуют механические примеси, при этом электролит следует отфильтровать.
4. Шлам в ванне образуется, как правило, из-за накопления в электролите 4-х валентного олова, но при этом покрытие олово-висмут получается серое, с темными пятнами.
Насколько я поняла, темных пятен у Вас нет, но, если это похоже – то 4-х валентное олово
осаждается пирофосфатом калия (4,5 г/л на 1 г 4-х валентного олова), после чего электролит фильтруется.
5. Для лучшей смачиваемости в электролит добавляют ОС-20 (2 – 5 г/л), надеюсь, что Вы ее используете.
Удачи!
С уважением, Королева Галина Владимировна.
Покрываем латунные детали олово-висмутом с подслоем никеля,как начинаешь покрывать оловом покрытие начинать пузыриться,в чем может быть причина?
Здравствуйте, Евгения!
Перед никелированием нанесите подслой меди из пирофосфатного электролита (1 – 1,5 мкм) и все проблемы исчезнут. Дело в том, что при подготовке латуни на поверхность проступает цинк, который не позволяет получить качественную адгезию никелевого покрытия, а следовательно, и сплавом олово-висмут.
С уважением, Королева Галина Владимировна.
добрый день!подскажите пожалуйста.мы покрываем латунную проволоку олово-свинцом (60) с подслоем никель 3мкм. При развальцовке готовых изделий покрытие просто слезает.техпроцесс покрытия соблюдаем.в чем могут быть причины, что нет адгезии?
Здравствуйте, Александра!
Причина отслоения никеля в следующем:
при травлении латуни медь растравливается и на поверхности образуется слой цинка, на который никель не осаждается.
Самое простое – положить 1 мкм меди из пирофосфатного электролита, после чего осаждать никель и сплав олово-свинец.
С уважением, Королева Галина Владимировна.
Добрый день Галина!!! Подскажите!!! Произвели замену электролита олово -висмут ,но покрытие идёт тёмно-серого цвета , и что характерно что аноды тоже серым цветом покрываються. Заранее спасибо!!!
Здравствуйте, Игорь!
Ответ был выслан на Ваш на e-mail.
С уважением, Королева Галина Владимировна.