Осаждение сплава олово-висмут.

Потребность в гальванических покрытиях возникает, когда поверхность детали нуждается в специальных свойствах. Не всегда гальванические покрытия чистым металлом могут удовлетворить эти требования.Плата с покрытием оловом

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.

New!

Похожие публикации:

Запись опубликована в рубрике В помощь технологам. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

38 комментариев: Осаждение сплава олово-висмут.

  1. indil_first говорит:

    Как влияет на пайку блескообразующие добавки в составе электролита олово-висмут?

    • Koroleva говорит:

      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.

  2. Ирина Титова говорит:

    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.

    • Koroleva говорит:

      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.

  3. Ирина говорит:

    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)?

    • Koroleva говорит:

      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.

  4. Ирина Титова говорит:

    Еще раз огромное спасибо!!!!!

  5. Яна говорит:

    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.

    • Koroleva говорит:

      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.

  6. Яна говорит:

    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.

  7. Илья говорит:

    Не влияет ли на покрытие хлор, содержащийся в поваренной соли, добавляемой в электролит?

    • Koroleva говорит:

      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.

  8. Алексей говорит:

    Здравствуйте. Подскажите пожайлуста твердость покрытия олово-висмут. Нигде не могу найти. Спасибо.

    • Koroleva говорит:

      Здравствуйте, Алексей!
      Покрытие олово-висмут, согласно ГОСТ 9.303-84, предназначено как защитное под пайку, поэтому его твердость мы не замеряли.
      Королева Галина Владимировна.

  9. алексей говорит:

    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.

    • Koroleva говорит:

      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.

  10. Петр говорит:

    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?

    • Koroleva говорит:

      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.

  11. Константин говорит:

    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!

    • Koroleva говорит:

      Здравствуйте, Константин!
      Покрытие олово-висмут электропроводно и может эксплуатироваться при температуре минус 30-35 С.
      С уважением, Королева Галина Владимировна.

  12. Константин говорит:

    Галина, спасибо за ответ!

  13. Моисеенко Игорь говорит:

    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!!

    • Koroleva говорит:

      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.

      • Моисеенко Игорь говорит:

        Спасибо за совет, буду пробовать!!!

  14. Ирина говорит:

    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?

    • Koroleva говорит:

      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.

  15. Оксана говорит:

    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)?

    • Koroleva говорит:

      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.

  16. Марина говорит:

    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.

    • Koroleva говорит:

      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.

  17. Владимир говорит:

    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.

    • Koroleva говорит:

      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.

  18. Евгения говорит:

    Покрываем латунные детали олово-висмутом с подслоем никеля,как начинаешь покрывать оловом покрытие начинать пузыриться,в чем может быть причина?

    • Koroleva говорит:

      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.

  19. Александра говорит:

    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?

    • Koroleva говорит:

      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.

  20. Игорь говорит:

    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!!!

    • Koroleva говорит:

      Здравствуйте, Игорь!
      Ответ был выслан на Ваш на e-mail.
      С уважением, Королева Галина Владимировна.