ЖЕЛЕЗНЕНИЕ

3. Материалы для приготовления электролитов

кислоты), включить вентиляцию и подогреть раствор до Температуры не более 30-40 С, Количество кислоты следует брать на 10-15 % больше расчетного для компенсации потерь при травлении (унос с испарениями веитиляцией);

загрузить в раствор кислоты приготовленную стружку в несколько приемов и травить до прекращения выделения пузьртьков водорода. В конце травлении в ванне дс11жен быть из быток стружкн. При комнатной температуре процесс травления продеи-жаегся 1-3 дня, а при нагревании до 40-50 С заканчивается за Б-6 ч;

перекачать электролит в отстойный бак на 12-18 ч для отстаивания и добавить неболынос количество HQ (0,2-0,3 г/л);

перелить электролит из отстойного бака через фильтр в ванну осаждения железа, долить водой до заданного уровня, и[)оверить ареометром плотность. После приготтвления электролит необходимо проработать при высокой объемной плотности тока (~2 А/л) в течение 3-5 ч и при повышенной кислотности (2-3 г/л).

Хлористый электро.тит можно готовить также восстановлением хлоркою железа до хлористого.

Растворяется FeClj-OHaO в дистиллированной или очищенной каким-либо способом воде. Раствор имеет свемо-коричпевый цвет. В нею добавляют НС1 в количестве 10-15 г/л, подогревают до 80-90 C и прорабатывают током (10-15 А/дм) в течение 30- 40 ч при соотношении 5а : 5 = 1 ; 2 Проработкой Fe* восстанавливается до Fe * водородом, интенсивно выде-;и1Ющиыся на катоде. После прора-

ботки током электролит приобретает светло-зеленый цвет.

Потребное количество FeClj-eHjO (А), необходимого для приготовления 1 л раствора FeCl2-4H20 заданной концентрации (В), следует определять по следующей формуле:

А = 1,36В,

где 1,36 - коэффициент, учитывающий процентное содержанке Fe в соединениях хлористого и хлорного железа.

Свежеприготовленный электролит при нормальной концентрации HCI 0,8-1,5 г/л имеет светло-зеленый цвет. На воздухе он окисляется н желтеет вследствие образования в нем Fe-. Осадки Fe в таком электролите получаются некачественные.

Каждому значению рН электролита соответствует определенное значение концентрации НС1, которую определяют по табл. 4.

4. Зависимость рН от концентрации HCI

(г.л)

Концентрация НС1 в элегчтролнтс содержанием FeCIaMHjO. г.л

Глава

ОЛОВЯНИРОВАНИЕ И СВИНЦЕВАНИЕ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

О ПРОЦЕССЕ ОЛОВЯНИРОВАНИЯ

Олово-серебрисю-белый, мягкий металл плотностью 7,28 г/см, плавящийся при температуре 232 С. Оно отличается значительной химической стойкостью; окисляется под действие.ч влажного воздуха, слабо реагирует с разбавленными растворами H2SO4, НС1 и HNO3, ие растворяется в крепкой HNO3. Концентрированные растворы щелочей при нагревании растворяют Sn с образованием станнатов. Сернистые соединения на Sn почти не действуют.

Стандартный потенциал Sn -0,136 В, и по отношению к железу Sn является более электроположительным, hostosiv в условиях атмосферной коррозии оно электрохимически не защищает железо от коррозии. В присутствии органических веществ, содержащихся в пищевых продуктах, потенциал Sn становится более отрицательным, и в этих условиях оно надежнее защищает сталь 01 коррозии.

Продукты коррозии Sn почти бе.з-вредны Для человека, поэтому Sn применяется для защиты консервной тары и других изделий, связанных с хранением, приготовлением и транспортированием пищевых продуктов.

Прн низких температурах Sii переходит в другую модификацию, называемую серым олооом, и рассыпается в порошок. Это явление, известное под названием атовянной чумы, необходимо учитывать прн иснатьзовании Sn для покрытия деталей.

Оловянные покрытия чрезвычайно пластичны и легко выдерживаю! вальцовку, штамповку и вытяжку. Детали, подвергнутые оловяниретван 1И), легко паяются. Однако эта способное 1ь к пайке ухудшается по мере увели1е-ния срока хранения деталей на cK/ia;ie, Легко паяются с помощью бес ;ислог-

ных флюсов лишь атовянированные детали со сроком хранения не более 10-15 сут. Через 2-3 недели хранения деталей пайка осуществляется уже с большим трудом. В целях улучшения условий пайки вместо покрытий Sn часто применяют сплавы Sn-РЬ с содержанием Sn от 18 до 60 %. По аналогии с оловянно-свинцовыми припоями покрытия нз сплавов олова называю! также ПОС (ПОС-18, ПОС-.ЗО, ПОС-40, ПОС-СО) в зависимости от количества Sn в сплаве.

Сплавы Sn лучше, чем чистое Sr, сохраняют способность к пайке посте хранения. Особую стабильность проявляют сплавы олова с висмутом при содержании последнего 0,3-5.о. Сплавы Sn-Bi обеспечивают способность к пайке после годичного хранения в складских условиях.

Электрохимическое оловяиирование в водном растворе позволяет наносить покрытие любой заданной тапщины с незначительными потерями Sn. Электрохимическое оловяиирование производится как в кислых, так и в щелочных растворах. В качестве кислых электролитов применяют растворы солей Sn иа основе H2SO4, НС1, HBFj, фeнoлcyJIьфoнoвoй кислот, в качестве щелочных - станнатные и пирофосфатные.

С кислых электролитах Sn находится в виде Sn+. В отсутствие ПАВ из этих электролитов Sn выделяется без заметной поляризации. В связи с этим осадки, выделяющиеся из кислых растворов без специальных органических добавок, получаются крупнозернистыми и уже при небольшой толщине слоя становятся рыхлыми. Плотные, компактные мелкозернистые осадки Sn с отиосите.тьно равномерным распределением по толщине можно получать нз кислых электролитов только в присутствии определенных op.ia-иических веществ, знащтельно повышающих катодную поляризащид.

Допустимы! верхи и ! (ipeiC.I К(1Т0Д-

П0Г1 ПЛОТНОСТИ тока в кислом электролите выше, чем в щелочно.м. Выход металла по Toi;y Слизок к 100 %, что объясняется вьсоким перенапряжением водорода на Sn.

В щелочном электролите Sn присутствует в виде комплексных иопов 8,1* и Sn +.

Плотные, мелкозернистые осадки на катоде получаются тол1жо при вое-стаиовлс!1ИИ Sn** из станнатных растворов. Процесс протекает при зна-4HTi.,iijH0ft катодной поляризации, которая возрастает !ipH потт!Л4енин концентрации Sn и температуры и при ув1;личении концеиграции шелочи.

Щ лочные электролиты yдoвлeтвt рИ1ельно работают только при тем перагуре электролиза не ниже 65-75С. Понижение температуры приводит к снижению выхода 1 еталла по току, пассивированию анодов и снижению качества осадка. Это обстоятельство, а также большая поляризуемость катода обеспечивают высокую рассеивающую способность станнатных электратитов.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ ОЛОВЯНИРОВАНИЯ

Кислые электролиты. Наиболее широкое применение в промышленности получил сернокислый электролит. Составы кислых электролитов оловяни-рования приведены в табл. 1,

Крупное достижение в области электролитического о.товянирования - создание электролитов для электроосаждения блестящих Sn гальванопокрытий. Наиболее удовлетворительные результаты достигнуты при разработке сернокислых электролитов с нескольки1 и блескообразователями.

Осадки хорошего качества получаются в тех случаях, когда в электролите одновременно присутствуют добавки двух или трех ПАВ.

Хороши1 блескообразующим свойством обладают электролиты, содержащие Р-нафтол, жстатину и л-то-лунднн. Получены блестящие осадки Sn в неподвижном электролите при со-держап1.и 5-10 г л л-толуидина ири = 2+5 Л д 2 и / = 15+25 С. При . ремешиванш! в электролите допустимый предел птотиостп тока уве и-чивзется до 15-20 Л д.г

Добавление к электролиту частично окисленных л-татуидина и о-толуиди-на или анилина способствует появлению зеркального блеска осадков 5и. Было установлено, что ири одновремш-ном присутствии в элек1р<.лнте р-нафтола, желатины и л-толуидина резко усиливается их адсорбция в области значений потенциалов, соответствующих выдслет;ию Sn.

Блескообразующими добавками к сернокислому электролиту оловяни-рования могут служить также различные смолы, получаемые прн сухой перегонке древесины.

Для электроосаждения блестящих атовянпых покрытии необходима периодическая очистка электролитов с помощью угля и постоянная нли п риодическая фильтрация электролитов, поскольку в результате окисления нонов Sn-* образуется шлам. Нерастворимый осадок, содержащий Sn+, является почти коллоидным, и дтя полной очистки электролита необходимо пользоваться специальными коагуляторами. Допустимо загрязнение электролита следующими примесями (г/л): Ni или Zn до 4, Си до 0,3, Fe до 1,0 и сг 0,3, Прн наличии примесей в указанных концентрациях покрытия теряют блеск.

Существует несколько способов приготовления сернокислого электролита оловянирования.

Наиболее простой и экономичный способ состоит в растворении в теплой воде прн непрерывном перемешивании рассчитанного количества соли SnS04.

К раствору ShSGj, чтобы предупредить гидролиз, сразу же добавляют HijSGj из расчета 20-25 г,л и декантируют его в рабочую ванну, куда затем добав.тяют остальное количество H2SO4, остальные компоненты и воду до необходилюго уровня.

Фенол п.ш крезол вводят в виде смеси со столярным клеем. Столярньш клей предварительно выдерживают в воде в течение суток для набухания. Затем с neio сливают воду и растворяют в горячей воде. Раствор клея смешивают с фенолом или крезолом и полученную эмульсию вливают при непрерывном перемешивании в ванну.

Электролит прорабатывают током в течение 3-4 ч при ( = 1+1,5 А/дм*.

Электролитический способ приготов-дсиия электролита предусматривает

1. Состав САрнокнслых элсктро.тиjob о.товянироваинЛ {г,л) и ре.кнмы остидения

* Прн интенсивном перемеш1)ва.4ИИ.

получение SnSOi путем анодного растворения металлического Sn в HjSOj. Для этого ванну заполняют раствором, содержащим 75-100 г/л SnS04. На анодные штанги завешивают пластины из чистого Sn, а на катодные - Свинцовые или медные полосы, которые погружают в пористые керамические сосуды, являющиеся диафрагмами. Эти сосуды наполняют тем же раствором кислоты. Во время электролиза на катодах выделяется только водород, так как диафрагмы препятствуют проникновеиню нопов о.г10ва к катодам.

Прп растворении Sn поддерживают плотность тока иа анодах 2-3 А/дм, а на катодах 20-30 Д/дм. За кажды11 ампер-час в раствор переходит с анодов 2 г Sn. Для накопления в электролите 50 г/л SnSOj, что соответствует 28 г металлического Sn, потребуется пропустить на каждый литр электролита 14 А-ч количества электричества.

После накопления в растворе необходимого количества SnSOj 1 ова в Hcio вводит смесь ф i ола п и к[)е-зола со етотярным клеем, приг гов-дени)10, как указа!!и пьиде

Корректировка электролита, на основании данных анализа, сводится к периодическому пополнению его 8п, HjSOj и коллоидными добавками. Последние вводят из расчета 1 г/л ([те-нача или крезола и 0,1 г/л клея на каждые 10 А-ч/л количества электричества.

Основные неполадки, которые вст1)е-чаются при эксплуатации электролитов сернокислого оловянирования, и способы их устраи&шя приведены в таб.т 2.

Щелочные (стандартные) электролиты. Состав и режим работ!.! щелочных электролитов оловянирования приведены в таб.1. 3.

Станиатные электролиты обычно готовят Непосредственным растворением SnClj в щелочи.

Другой способ приготовления заключается в том, что мста.тлнческое Sn анодно растворяется в щелочи требуемой концентрации с применением пористой диафрагмы, внутри которо ! находятся с альиие катоды. В а 1 лит В]!0дят также окис штелн (HjOi, K.SC), !1ти нар ду с оловянными анодами поязешивают стальиыч

2. Неполадки прн оловяннрованнн в кислых электролитах

Неполадки

Темные покрытия

Покрытия крупнокрнста.!-лнчсские, 110 краям дсн-

ДРНТЫ

Образование в ванне нерастворимого осадка На анодах наблюдается сильное га..овыделен1е. Поверхность и>: покрыта черным налетом Шероховатость осадка

Пористые осадки

Пр1!Чина неполадок

алнчие L электролите меди

Недостаток в электролите фенола или крезола и клея

Недостаток H1SO4

Пассивирование анодов из-за наличия в них npi -месе1> РЬ

Загрязнение электролита шламом нлн механически ми примесями Недостаток в электролит( SnSO,- большая катоднау плотность тока

С особ устраненнч

Проработать электролит г.осто

яниым током Ч-4 Адм

Добавить вещества из расчета

Т г л фонола и 0,1 г/л клея н

каждый 10 А- ч/л

Добавить HjSO, Н-, оснсв.вш

данных анализа

Чаще вынимать и очищать анс

от корки и шлама или сменить

аноды

Отфильтровать алектролнт

Повысить концентрацию Sn: снизить катодную плотность

аиоды для окисления в станнат образующегося станнита.

Вредной примесью в станнатном электролите является Sn *. Присутствие в электролите даже незначительного количества станнита приводит к образованию на катоде губчатого осадка, так как ионы Sn(OH)J- восстанавливаются на катоде при небольшой поляризации и, следовательно, преимутцествешю перед ионами Sn(OH)-i . Поскольку концентрация ионов Sn(OH)- очень мала, уже вскоре после начала электролиза разряд их протекает на предельном токе диффузии. Вследствие этого на выступаи>-Щнх участках или по всей поверхности катода образуются микродендриты, па которых продолжает выпадать осадок в виде рыхлой массы. Кроме того.

в присутствии станнита раствор загрязняется взвесями SnO илн тоико-дисперсного металлического Sn в зависимости от содержания щелочи-

Чтобы Sn переходило в раствор только в виде Sn+ как в период приготовления электролита, так и прн эксплуатации готовой ваины, необходимо сразу же запассивнровать все аноды и все время поддерживать их в таком состоянии. Запассивироваи-ные аноды имекэт золотисто-желт ьнт цвет. Для пассивирования анодов необходимо в нагретый до 70-80 С раствор поместить 2-3 анода и дать на ванну такой ток, чтобы анодная плотность тока были равна 3-4 А/дм. Прн этом на анодах начинается заметное выделение кислорода, и они в течение 1-3 мин приобретают золо-

3. Составы щелочных тлектролнтов оловянирования (г л) и режимы осаждения

Л? электролита

4. Неполадки при оловяиировании в щелочныл электролитах

Неполадки

Причина неполадок

Темное покрытии

Губчатые покрытия

Аноды снстематнческн чернеют, особенно по краям: содержание оло-Бв в электро.чнте уиень-шается

Электролит стал муг кым; на дно ванны выпал осадок: на анодах появляется бслы/1 налет

Малый иыход по ток>. обн;:ьное газовыделеннс

Наличие небольших количеств Sn+ в злектро лнте

Ичбыток щелочн Повышенная катодная плотность тока

В электролит перешло значительное количество Sn+ Е ре:1ультате денассивапни анодов

Повышенная ;1Нодкая

лоткость тока, в ре-:(ультате чего вместо растворсння Sn частично идет процесс разряда ионов

Недостаток щелочи Темпе ратура электро-шта выше 80 С

Избыток щелочи Недостаток солей олоВг)

Способ устранения

Добавить перегидроль нз расчета 0,2- Г,3 мл л; проработать ванну при нормальном режиме па случайных катодах

Нейтрализовать избыток щелочи ук-

С>СН0Й КНСЛОТО!!

Снизить катодную плотность тока Запассивнровать аноды н следить за гем, чтобы напряя-.сннс к BKi-e не понижалось ниже 3,Ei -В; добавить п электролит иерегидроль из расчета 0,J -( мл/л либо 10% р;1створд перекиси водородй нз расчета I - 3 мл л или прор1тботать электролит на сл>-ча£1ных катодах с олопянными и стальными анодами с соотношением их площадей 5 : 3

Снизить анодную плотность тока лутем завешнвгнин добавочных пассивпро-нанных анодов. Почернови1ие аиоды выгрузить из ванны, зачистить стальной щеткой н cHOBii запассивнровать

Доб.вить щелочь по д:нным анализа Снизить температуру алектролнта и НС допускать нгреваиня его выше 75-80 °С

Нейтрализовать избытоь, щелочи добавленном уксусной кислоты I [овыснть концентрацию Na2Sn(OH)e в электролите путем электролитического растворения олсвз илн другим способом

тисто-желтый цвет. После этого их выгружают из вацпы, завешивают другие аноды и пассивируют их. Kor/ia все аноды запассивированы, их завешивают в ванну н устанавливают нормальный анодный режим (1 - 2 AyW). За 1 А-ч в раствор переходит с анодов 0,7-0.8 г Sn.

Во избежание депассивацни анодов необходимо следить, чтобы напряж ние на ванне было не менее 3,5-4 В.

Корректирование щелочных электролитов сводится к добавлению щелочи и Sn по данным анализа и изредка перегидроля или !0 *о-ной HjOa-Систематически нужно доливать воду в ваину до нужного объема.

Основные неполадки, которые вст[1е-чаются прн эксплуатации электролитов щелочного лужения, и способы их устранения приведены в табл. 4

Борфтор истоводородные электр о-лнты. Эти электролиты содержат оловянную соль борфтор нет оводородной кислоты, свободную HBF, Н3ВО3 или цеско1ько органических ПАВ, без

которых нельзя получить осадки олова хорошего качества (табл. 5).

Борфтористоводородные электролиты используются при температуре 20- 40 С. Они позволяют применять более высокие плотности тока, чем сернокислые электролиты. Максимально допустимая плотность тока при покрытии деталей в стационарных ваннах 10-12 Л/дм2.

Аноды во всех случаях должны быть из чистого Sn. Анодная плотность тока примерно равна катодной. Выходы по току на катоде и на аноде при плотностях тока 4-5 Л/дм составляют 95-95%.

Для предупреждения окисления Sn+ н накопления Sn* в электролит ЛЬ 3 рекомендуется добавлять 3-5 мл i гидразина.

При оловянировании движущейся стальной полосы нлп ленты верхние допустимые пределы плотностей ока на катоде могут быть увеличены в 1,5-2 раза. Для покрытия проволоки при скорости ее движения 155 м мпа