Электролит олово висмут кислый корректировка

Покрытие олово-висмут

Методика анализа электролита для осаждения сплава олово-висмут

1.Определение и назначение.

Настоящая инструкция предназначена для анализа электролита нанесения сплава олово-висмут следующего состава:

1.1 Состав электролита для получения сплава олово-висмут №1:

• Олово сернокислое – 40 – 80 г/л
• Серная кислота — 100 – 160 г/л
• Висмут азотнокислый – 0,3 – 0,6 г/л
• Натрий хлористый — 0,3 – 0,8 г/л
• Препарат ОС-20 – 4-5 г/л

1.2 Состав электролита для получения сплава олово-висмут №2:

• Олово сернокислое – 40 – 60 г/л
• Серная кислота — 100 – 140 г/л
• Висмут азотнокислый – 0,4 – 0,8 г/л
• Натрий хлористый — 0,3 – 0,8 г/л
• Препарат ОС-20 – 4-5 г/л
• Добавка ДДДМ – 3-5 г/л

2. Требования техники безопасности при проведении химических анализов.

2.1 Наибольшую опасность представляют:

2.1.1 Повышенное содержание вредных паров в воздухе рабочей зоны.

2.1.2 Обращение с химическими веществами.

2.1.3 Повышенное напряжение в электрической цепи оборудования.

2.1.6 Повышенная температура поверхностей нагревательного оборудования.

2.2Источники опасности:

2.2.1 Электролиты, содержащие концентрированные растворы кислот и щелочей

2.2.2 Электрооборудование (контрольно-измерительная аппаратура, сушильные шкафы, электроплитки), находящееся под напряжением;

2.2.3 Растворы кислот, щелочей, солей и органических веществ, используемых при проведении анализов.

2.3. Для обеспечения безопасности работающих необходимо:

2.3.1 Работы с электролитами и концентрированными растворами кислот, щелочей проводить в вытяжном шкафу;

2.3.2. Использовать индивидуальные средства защиты (халат, очки, перчатки)

2.3.3. При производстве работ соблюдать «Инструкцию по охране труда для лаборантов химической лаборатории участка гальваники и очистных сооружений».

3.Оборудование

3.1 Шкаф вытяжной заводского изготовления

3.2 Посуда мерная лабораторная ГОСТ1770 — 74 Е

3.3 Колбы конические емкостью 250мл ГОСТ 10394 -72

3.4 Весы лабораторные ГОСТ 24104-80Е

4. Реактивы и материалы

4.1 Натрий щавелевокислый,насыщенный раствор ГОСТ 5839-77

4.2 Метиловый красный, 0,2% спиртовой раствор ГОСТ 5853-51

4.3 Спирт этиловый ГОСТ 18300-72

4.4 Калий йодистый, 20% раствор ГОСТ 4232-74

4.5 Натрий фтористый, 4% раствор ГОСТ 4463-76

4.6 Тиомочевина, 10% раствор ГОСТ 6344-73

4.7 Висмут металлический ТУ 6-09-366-74

4.8 Ксиленовый оранжевый 0,5% спиртовой раствор ТУ 6-09-1509-78

4.9 Натрий двууглекислый ГОСТ 5100-85

4.10 Кислота винная, 20% раствор ГОСТ 5817-77

4.11 Кислота соляная (ρ 1,19), разбавленная в соотношении 1:1 ГОСТ 3118-77

4.12 Натрий уксуснокислый ГОСТ 199-78

4.13 Трилон Б, 0,1% раствор ГОСТ 10652-73

5. Методы анализа.

5.1 Определение содержания закисного сернокислого олова трилонометрическим методом.

5.1.1 Сущность метода

Метод основан на титровании сернокислого олова раствором трилона Б в присутствии индикатора ксиленового оранжевого

5.1.2 Ход анализа

В коническую колбу налить 5мл соляной кислоты, 2мл раствора винной кислоты, 20-30мл воды, 1,5-2,0г двууглекислого натрия, перемешать и прибавить 2мл испытуемого раствора, добавить 2-3 капли ксиленового оранжевого и медленно при перемешивании приливать раствор уксуснокислого натрия до перехода жёлтой окраски раствора в ярко малиновую (величина рН 2-3), затем оттитровать двухвалентное олово 0,1Н раствором трилона Б до устойчивой жёлтой окраски.

5.1.3 Расчет:

• Н – содержание закисного сернокислого олова, г/л
• а – объём 0,1 Н раствора трилона Б, израсходованный на титрование, мл;
• Т – титр 0,1 Н раствора трилона Б по олову (теоретический титр 0,00593), г/мл;
• m – объём электролита, взятый на анализ, мл.
• 1,81 – поправочный коэффициент Соли Мора

5.2 Определение свободной серной кислоты.

5.2.1Сущность метода.

Метод основан на титровании свободной серной кислоты щёлочью. Олово при этом связывается в комплекс щавелевокислым натрием.

5.2.2 Ход анализа

К 5мл электролита прибавить 20мл раствора щавелевокислого натрия и отстоять 10-15мин.

Затем к раствору прилить 50мл воды, 3-4 капли метилового красного и титровать 0,5 Н раствором едкого натра до перехода окраски из розовой в жёлтую.

Если окраска индикатора в процессе титрования исчезнет, прилить ещё 3-5 капель метилового красного и продолжать титрование.

5.2.3 Расчет:

• а – количество 0,5н едкого натра, пошедшее на титрование, мл;
• 0,0245 – количество серной кислоты, соответствующее 1мл 0,5н едкого натра, мл;
• К – поправочный коэффициент к нормальности едкого натра.

5.3 Определение висмута (визуальный метод).

5.3.1Сущность метода.

Метод основан на образовании комплексных соединений висмута с мочевиной, окрашенных в жёлтый цвет.

5.3.2 Ход анализа

В мерную колбу ёмкостью 50мл поместить 5мл электролита, долить водой до метки, перемешать.

Отобрать в мерный цилиндр с притёртой пробкой ёмк. 50мл 5мл раствора. Прилить 15мл соляной кислоты, разбавленной 1:1, 5мл

10%-ного раствора тиомочевины, 5мл раствора йодистого калия, 3мл раствора фтористого натрия (после каждого прибавления раствор перемешивать), долить водой до 50мл, закрыть цилиндр пробкой и вновь перемешать.

Окраску раствора в этом цилиндре сравнить с окраской раствора в другом цилиндре, который содержит те же количества воды, соляной кислоты, тиомочевины, йодистого калия , фтористого натрия и к которому по каплям из бюретки при перемешивании добавлять стандартный раствор висмута (см. п.4.4) до получения окраски одинаковой с окраской анализируемого раствора.

5.3.3 Расчет:

• а — количество стандартного раствора висмута, израсходованное на уравнивание окраски, мл;
• с – содержание висмута в 1мл стандартного раствора, г;
• 2,321 – коэффициент пересчета с висмута на азотнокислый висмут.

5.3.4 Приготовление стандартного раствора висмута.

Навеску висмута 0,1000г, взятую на аналитических весах, растворить в 50мл азотной кислоты при нагревании до полного растворения висмута.

Раствор охладить, перелить в мерную колбу ёмкостью 1000мл, долить водой до метки и перемешать.

1мл стандартного раствора содержит 0,0001г висмута.

Источник

Оловянирование и его электролиты

В основном оловянирование применяется для получения белой жести в консервной промышленности, а также в радиоэлектронике для покрытия деталей, подлежащих пайке.

Олово является ковким и легкоплавким металлом серебристобелого цвета. При сгибании прутка чистого олова ясно слышен характерный треск, происходящий из-за разрыва кристаллов олова по плоскостям спайности. Температура плавления олова -232 °С, плотность — 7,28 г/см 3 , но при низких температурах олово легко переходит в так называемое серое олово с плотностью 5,75 г/см 3 , увеличиваясь в объеме и рассыпаясь при этом в порошок. Это явление носит название «оловянной чумы». После оплавления серое олово снова переходит в металлическое состояние. Олово в химических соединениях может быть двух- и четырехвалентным. В зависимости от валентности электрохимический эквивалент олова составляет соответственно 2,216 и 1,108 г/А-ч. Атомная масса около 118,7, стандартный потенциал олова — (-0,14) В. Под действием воздуха и влаги олово не окисляется; не действует на олово и крепкая азотная кислота. Лишь крепкие растворы щелочей растворяют олово с образованием станнатов. В гальванической паре олово-железо последнее является анодом, и, следовательно, оловянное покрытие не может служить надежной защитой от электролитической коррозии.

Электролиты и режимы осаждения

Гальваническое осаждение олова может производиться как из кислых, так и из щелочных электролитов. Растворимые аноды из олова можно отливать по требуемым размерам непосредственно в цехе оловянные, так как температура плавления олова невелика (232 °С).

Кислые электролиты имеют выход, по току близкий 100 %, хорошую рассеивающую способность, возможность применения высоких плотностей тока, допустимость больших колебаний в количественном составе компонентов и хорошее качество покрытий в условиях длительной эксплуатации электролита без замены. Кроме того, электрохимический эквивалент олова в кислых электролитах в два раза больше, чем в щелочных, и, следовательно, при равных условиях осаждение олова происходит вдвое быстрее. Кислые электролиты не требуют подогрева, и выделение вредных газов в них весьма незначительно. Поэтому основное количество деталей покрывают в кислых электролитах.

Из кислых электролитов известны: сернокислые, солянокислые и борфтористоводородные или кремнефтористоводородные. Наибольшее применение получил простой и устойчивый в работе сернокислый электролит. Для приготовления электролита необходимы следующие компоненты:

1. Сернокислое олово SnSO₄ — белый порошок, растворимость в воде — до 190 г/л;
2. Сернокислый натрий Na₂SO₄*10Н₂O — белая кристаллическая масса, растворимость в воде — более 400 г/л;
3. Серная кислота H₂SO₄ техническая — вязкая жидкость желтоватого оттенка;
4. Фенол С₆Н₅OН (карболовая кислота), технический — 50%-ная, красная кристаллическая масса или жидкость с характерным запахом, допускается фенол заменять на крезол технический.

При наличии всех компонентов составление электролита не представляет затруднений. В воду приливают расчетное количество серной кислоты и растворяют в полученном растворе сернокислое олово. В случае использования фенола его следует предварительно смешать с равным объемом серной кислоты и оставить на сутки при периодическом помешивании. Корректировку сернокислого электролита сернокислым оловом и серной кислотой производят на основании химического анализа, а добавки фенола вводят, исходя из внешнего вида покрытий. Затем объем электролита доводят водой до заданного, и тщательно перемешивают. В результате получают электролит следующего состава (г/л) и режима работы:

• сернокислое олово — 25-50;
• серная кислота — 50-100;
• препарат ОС-20 — 20-50;
• температура, °С — 15-30;
• плотность тока, А/дм 2 — 1,0-2,0;
• выход по току, % — 90-95.

При эксплуатации электролит перемешивают сжатым воздухом. Для получения зеркально-блестящих покрытий из сернокислого электролита имеются различные добавки.

Для лужения поверхностей под последующую пайку из кислых электролитов производственное применение имеет также солянокислый электролит. Для приготовления электролита нужно иметь следующие компоненты:

1. Двухлористое олово SnCl₂*2H₂O — белый кристаллический порошок;
2. Фтористый натрий NaF — белые кристаллы, малорастворим в воде;
3. Соляная кислота HCl, техническая — бесцветная жидкость с острым запахом.

При составлении электролита фтористый натрий образует на дне ванны белый студенистый осадок, находящийся в ней постоянно и являющийся буфером для сохранения низкой концентрации соляной кислоты. Корректировку электролита по составу производят, главным образом, по содержанию свободной соляной кислоты. Добавки желатины вводят, исходя из внешнего вида осажденного олова. Состав полученного электролита (г/л) и режим работы следующие:

• двухлористое олово — 30-5,0;
• фтористый натрий — 30-70;
• соляная кислота (свободная) — 2,0-4,0;
• желатина — 1,0-2,0;
• температура, °С — 15-40;
• плотность тока, А/дм 2 — 1,0-2,0;
• выход по току, % — 95.

Солянокислый электролит обладает всеми качествами сернокислого, но неустойчив в эксплуатации и требует частых корректировок кислотой. Электролит необходимо перемешивать во время осаждения.

Кроме указанных электролитов, известен также борфтористоводородный электролит. Он позволяет пользоваться более высокими плотностями тока и дает покрытия хорошего качества. Для приготовления электролита необходимо иметь следующие компоненты:

1. Фтористоводородная кислота HF (плавиковая кислота) 40%-ная — бесцветная подвижная жидкость, плотность — 0,98 г/см 3 ; все операции с ней следует производить под тягой и в резиновых перчатках;
2. Борная кислота Н₃ВO₃ — белые чешуйчатые кристаллы, растворимость в воде при 20 °С — до 40 г/л.

Для получения борфтористоводородной кислоты к расчетному количеству сухой борной кислоты постепенно приливают (при непрерывном перемешивании) требуемое количество 40%-ной фтористоводородной кислоты. При этой операции нельзя применять какую-либо стеклянную тару. Ванна, в которой производят растворение, должна быть футерована полиэтиленом или пентапластом так же, как и весло для перемешивания. Кроме того, реакция образования борфтористоводородной кислоты идет с большим выделением теплоты. Поэтому смешивание кислот производят очень осторожно и малыми дозами.

Приготовление борфтористоводородной кислоты выполняют в избытке против количества, необходимого по расчету для образования борфтористоводородного олова, так как в электролите должна присутствовать свободная борфтористоводородная кислота. Затем хлористое олово растворяют в воде и осаждают его раствором кальцинированной соды. Полученный осадок растворяют приготовленной заранее борфтористоводородной кислотой для расчета количества борфтористоводородного олова. Желатину добавляют после введения всех компонентов. Состав полученного электролита (г/л) и режим работы следующие:

• борфтористоводородное олово — 180-200;
• борфтористоводородная кислота (свободная) — 45-60;
• борная кислота — 25-30;
• столярный клей — 3,0-5,0;
• температура, °С — 25-30;
• плотность тока, А/дм 2 — 4,0-5,0;
• выход по току, % — 95.

Способность к пайке у луженых деталей снижается с течением времени и уже спустя несколько суток после осаждения они плохо паяются. Кроме того, через некоторое время наблюдается образование нитевидных кристаллов на отдельных участках деталей. Это явление для деталей радиоэлектронной промышленности приводит к короткому замыканию электрического тока на отдельных участках и, следовательно, к выходу приборов из строя. Для устранения этих явлений покрытие непосредственно после осаждения подвергают оплавлению, погружая детали на несколько секунд в глицерин, хлопковое или касторовое масло.

Для расчета скорости осаждения олова из кислых электролитов можно использовать данные табл. 5.14.

Для деталей, не относящихся к пищевой промышленности, существует другой способ устранения указанных явлений. Он заключается в том, что в сернокислый электролит лужения вводят добавки азотнокислого висмута, который входит в состав сплава в количестве 2-3 %. Для электролита приняты следующий состав (г/л) и режим работы:

• сернокислое олово — 40-60;
• серная кислота — 100-110;
• сернокислый висмут — 0,5-1,5;
• хлористый натрий — 0,3-0,8;
• препарат ОС-20 (или фенол) — 5-8;
• температура, °С — 18-30;
• плотность тока, А/дм 2 — 0,5.

Таблица 5.14. Скорость осаждения олова (мкм/ч).

Источник

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.

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 – 25 0
СД_К = 1-2 А/дм 2

Завешивать деталь надо под током с толчком 2-4 А/дм 2 .

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/дм 2 .

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 200 0 С 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.

Источник