Олово как анодное покрытие

Анод олова

Анодом является электрод, на который от источника питания подаётся положительный заряд. В производстве он используется на участках гальванического покрытия металлических поверхностей.

Когда в гальванической ванне находится оловянный анод, под действием постоянного тока на нём происходит реакция окисления и растворение олова, которое затем переходит на поверхность обрабатываемых деталей.

Уход за анодом

Через определённое время работы анод олова покрывается чёрным шламом и становится шероховатым. Налёт необходимо периодически удалять стальной щёткой, а дно ванны при этом очищать от шламового осадка. Если на электрод, который погружен в щелочной электролит, не поступает электрический ток, пассивная плёнка начинает растворяться.

Поэтому, если в работе наступает перерыв с отключением электроэнергии, анод следует переместить из электролита в ёмкость с водой. Загружать гальванизирующий элемент обратно необходимо после того, как включена подача электрического напряжения.

Сейчас аноды из олова широко применяются при изготовлении печатных плат для радиоэлектронной промышленности. Благодаря их использованию значительно повышается коррозийная стойкость рабочих блоков.

Нанесение гальванического покрытия

Во время гальванической обработки изделий при повышении плотности тока на электроде появляется характерная плёнка золотистого оттенка. Благодаря этому увеличивается анодный потенциал, который способствует переходу олова в раствор электролита. При этом образование станнита заканчивается, и возникает новая форма станната. Для растворения оловянного анода нужны следующие условия:

• низкая плотность тока;
• образование станнитов;
• отсутствие пассирования;
• постоянный электролиз.

Чтобы на металлические детали нанести слой гальванического лужения, их подвешивают на катодную штангу. На другой штанге находятся оловянные аноды, которые выполнены в форме продолговатых пластин. Во время процесса лужения в ёмкость периодически подливается серная кислота.

Источник

Оловянные аноды: преимущества и сфера применения

Оловянные аноды используются в металлургической области в качестве материала для создания защитного слоя. Покрытое оловом изделие приобретает такие качественные характеристики, как надежность и долговечность. Производятся аноды оловянные с применением способа литья либо горячего или холодного катания. Эти изделия могут иметь сферическую или полусферическую форму, а также изготавливаться в виде пластин (листов).

Область применения

Благодаря тому, что олово прочно соединяется с основным материалом, образуя его верхний слой, оловянные аноды часто используются в целях создания защиты металла от коррозии. Сферы потребления этой продукции цветного металлопроката – металлургическая промышленность и радиоэлектроника (выпуск печатных плат). В металлургии слой олова наносится на поверхность изделий из металла с помощью электрохимического способа.

Большая популярность анодов из олова обусловлена их выгодной ценой по сравнению с другой подобной продукцией из других металлов и сплавов. Для обеспечения более стойкого антикоррозийного покрытия металлические изделия обрабатывают глицерином.

Оловянные аноды: преимущества

Оловянный сплав выгодно отличается тем, что крайне медленно вступает в реакцию с различными кислотами, среди которых соляная, серная и азотная. Лишь при нагревании олово способно раствориться в этих химических растворах. Еще один факт говорит в пользу оловянных анодов: они являются безопасными для человека, так как даже при повышенной температуре не выделяются токсичные вещества. Это позволяет использовать защитный оловянный слой на пищевых упаковках, устойчивый к воздействию органических кислот.

Дополнительное покрытие жести для выпуска консервных банок также создается с использованием оловянных анодов. Оно отличается пластичностью и способно выдерживать механические деформации.

Среди других преимуществ оловянных анодов и то, что изделия, которые обрабатываются с их применением, приобретают привлекательный внешний вид. Металлические предметы, покрытые оловом, часто используются в качестве декоративных элементов интерьера.

Источник

Применение олова для нанесения покрытий

В статье рассматриваются различные способы нанесения покрытий из олова. Особое внимание уделяется горячему лужению и гальваническому методу, для которых описаны особенности технологического процесса, приведены достоинства и недостатки.

Олово (Sn, Stannum) – относительно мягкий металл (твёрдость по Бриннелю НВ – 100-200 МПа) белого цвета с низкой температурой плавления (+232°С), широко применяется для покрытия металлических полуфабрикатов и готовых изделий с целью придать их поверхности определённые свойства. В силу своих физико-химических характеристик олово покрывает металл однородным, ровным и прочным защитным слоем. Процесс нанесения оловянного покрытия называется «лужение», а слой олова – «полуда». Толщина слоя определяется условиями эксплуатации изделия. Чаще всего лужению подвергаются детали из стали, меди, алюминия, а также из их сплавов.

Способы нанесения покрытий из олова

Оловянные покрытия сегодня в основном наносятся двумя методами, каждый из которых имеет ряд достоинств и недостатков. Один из них – это горячее металлопокрытие с погружением изделия в расплав олова. Во втором случае используется гальваническое (электролитическое) осаждение олова на поверхность детали, где в качестве исходного сырья применяются оловянные аноды с высокой химической чистотой. Существуют еще несколько механических и химических способов покрытия оловом (лужение натиранием, металлизация напылением, диффузионный метод и т.п.), которые в современных условиях имеют ограниченное применение из-за их сложности и низкой производительности.

Горячее лужение

Метод горячего металлопокрытия, или «метод погружения», заключается в том, что готовые детали, металлические листы или ленты, опускают в ванну (камеру) с расплавленным чистым оловом марок О1 и О2, которое слоем осаждается на их поверхности. Перед началом лужения полуфабрикаты подвергаются предварительной подготовке, их зачищают, обезжиривают в горячем водном растворе кальцинированной соды (Na₂CO) и протравливают в 25 % растворе соляной кислоты (HCl). Цель подготовительных процедур – получить идеально чистую поверхность металла. На заключительном этапе подготовки выполняется флюсование. Изделия помещают в лудильную жидкость (активный флюс) с определённым химическим составом, основой которого обычно является хлористый цинк (ZnCl₂). Его задача – защитить поверхность металла от окисления в процессе лужения. После этого, смоченное во флюсе изделие целиком погружают в расплавленное олово. Рабочая температура расплава составляет около 270-300°С, которая не позволяет олову окислиться, и вместе с тем, обеспечивает ему текучесть, комфортную для лужения. Время нахождения детали в расплаве зависит от того, какую толщину оловянного слоя требуется получить. Извлеченное из лудильной ванны изделие, уже покрытое слоем олова, отжимают (обтирают) и сушат, после чего оно готово к консервации и упаковке, или к повторному лужению.

Достоинства и недостатки горячего лужения

Ключевое преимущество метода горячего металлопокрытия – быстрота процесса. В числе его достоинств можно назвать высокую плотность и толщину покрытия до 25 мкм, качественное заполнение стыков и полостей деталей сложного профиля, повышающее коррозионную стойкость изделий. Недостатки – большой расход олова, что делает этот метод дорогостоящим, а также трудоёмкость процесса, включающего в себя ряд операций, которые должен выполнять вручную рабочий с соответствующим опытом. Ещё один минус – не достаточно равномерное распределение оловянного слоя в разных частях изделия.

Гальванический метод

Гальванический (электрохимический) метод лужения получил наибольшее распространение в современной металлургической промышленности. В основе технологии лежит электролиз – физико-химический процесс, который заключается в выделении, переносе и осаждении составных частей растворенных веществ с размещенного в электролите положительно заряженного электрода (анода), на отрицательно заряженный электрод (катод) под воздействием электрического тока. В роли исходного сырья здесь выступает оловянный анод марки О1, содержащий не менее 99,9% чистого олова. Катодом является обрабатываемое изделие, металлический лист или лента. В качестве электролитов используют концентрированные водные растворы кислот или щелочей, содержащие соли олова.

Для справки
Химическая чистота оловянного анода обусловлена требованиями ГОСТ 860-75, в соответствии с которыми количество примесей в исходном сырье не должно превышать 0,1 процента от его общего объема. Плотность олова в анодах составляет около 7,29 г/см 3 . Используемые для лужения оловянные аноды могут иметь разные формы. Помимо традиционных плоских, можно заказать оловянный анод в виде сферы или шара. Как правило, аноды нестандартной формы используются для лужения деталей сложного профиля.

Технология гальванического лужения

Перед началом гальванического лужения подбирают оловянные аноды необходимого размера. Площадь анода должна быть, как минимум, вдвое больше площади поверхности защищаемого изделия. Затем определяется состав электролита, который может быть приготовлен из разных химикатов и добавок, иметь разную концентрацию. В целом электролиты для гальванического лужения делятся на два основных типа: кислые и щелочные.

Кислые электролиты выбирают для покрытия оловом несложных деталей, поскольку они обладают низкой рассеивающей способностью, но в несколько раз быстрее щелочных работают на «осаждение» олова, что позволяет экономить электроэнергию и удешевляет итоговый продукт. Щелочной (станнатный) электролит, содержащий заданное количество станната натрия (Na₂SnO₃) и свободной щелочи (NaOH), напротив, обладает высокой рассеивающей способностью, поэтому его обычно используют для лужения изделий сложных форм. В состав кислых электролитов входят соли олова в виде двухвалентных ионных соединений, а в состав щелочных электролитов – в виде четырехвалентных.

Следующим этапом гальванического лужения является подготовка поверхности защищаемого изделия, которое очищается от окислов и обезжиривается. После этого в оловянную ванну с определенным типом электролита погружается оловянный анод и защищаемое оловом изделие. К аноду подключается проводник от источника постоянного тока с положительным зарядом, а к изделию (катоду) – с отрицательным. При подаче напряжения на аноде начинается реакция окисления, олово растворяется в электролите и, подчиняясь законам Фарадея, оседает на поверхности катода – изделия. Толщина оловянного покрытия регулируется длительностью процесса и силой тока.

Достоинства и недостатки гальванического метода лужения

Главным преимуществом гальванического способа лужения является высокая эффективность технологии, позволяющая при минимальном расходе олова получать однородное и равномерное покрытие необходимой толщины по всей поверхности обрабатываемого изделия. Возможность регулировать толщину покрытия позволяет задавать ей любой размер, вплоть до сверхмалых величин от 1 мкм. Экономия олова при гальваническом способе лужения, в сравнении с горячим методом, может достигать 50 процентов.

К безусловным плюсам также относят высокую скорость формирования оловянного слоя, что обуславливает высокую производительность. Важно отметить и тот факт, что оловянные аноды растворяются в электролите равномерно, с максимально возможным полезным использованием их ресурса. В числе недостатков гальванического метода лужения оловом можно назвать несколько более пористое покрытие, чем то, которое получается при горячем лужении, а также необходимость в наличии специального оборудования и квалифицированного рабочего персонала.

Свойства и задачи оловянных покрытий

Главным образом покрытия из олова используют для защиты деталей от питтинговой коррозии, которая возникает под воздействием органических кислот и солей. Кроме того, оловянное покрытие хорошо противостоит химическому воздействию серосодержащих соединений, присутствующих в пластмассах и резине. Оловянное покрытие обладает высокой адгезией к базовому металлу, не разрушается при механической деформации деталей (изгибе, штамповке, вальцовке, вытяжке, свинчивании), устойчиво к влиянию высоких и низких температур.

Области использования изделий с оловянными покрытиями

Рисунок 1. Лужение медного провода.

Поскольку соли олова не токсичны, оно является основным покрытием металлических аппаратов, посуды и тары в пищевой промышленности. В частности, олово применяют для производства, так называемой, «белой» жести, используемой для производства консервных банок. Оловом покрывают внутренние поверхности посуды из меди (например, джезвы для кофе) и чугуна, котлы для варки пищи на предприятиях общественного питания, крюки для подвешивания туш животных, полуфабрикатов и готовой продукции на мясокомбинатах. Оловянное покрытие наносят на медные кабели для защиты от воздействия серы в резиновой изоляции, на трущиеся поверхности деталей машин и механизмов, где оно выступает в роли легко прирабатывающегося слоя, а также используют для решения множества традиционных и специальных задач в десятках отраслей промышленности.

Рисунок 2. Печатная плата.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Источник

Нанесение оловянных покрытий.

Олово – мягкий металл серебристо-белого цвета. В атмосферных условиях даже в присутствии влаги олово окисляется медленно. Разбавленные растворы минеральных солей при комнатной температуре практически не растворяют олова.

В концентрированных растворах соляной и серной кислот олово при нагревании легко растворяется. В щелочах олово неустойчиво и при кипячении растворяется с образованием станнатов. С органическими кислотами олово образует комплексные соединения, при этом потенциал олова становится отрицательнее железа, т.е. олово становится анодным покрытием. Это обстоятельство, а также безвредность олова позволяют широко его использовать в пищевой промышленности для защиты внутренней поверхности консервной тары от коррозии.

Оловянное покрытие на поверхности консервной тары.

Оловянные покрытия наносят на детали из стали, меди, алюминия, цинка. Их защитные свойства на стальных деталях в атмосферных условиях надежны только при отсутствии пор.

Оловянное покрытие для защиты от коррозии.

Оловянные покрытия можно нанести:

• • горячим способом;
  • методом контактного осаждения;
  • методом гальванического осаждения.

Горячий способ прост в исполнении, но не позволяет получать равномерного по толщине покрытия.

Контактный способ применяется для деталей, изготовленных из металлов или сплавов менее электроотрицательных, чем олово, то есть из меди, латуни, бронзы.

Рекомендуется раствор состава, г/л:

Олово двухлористое 10 – 20

Тиомочевина 80 – 90

Натрий хлористый 75 – 90

Кислота соляная (1,19 см 3 /л) 15 – 17

Режим работы: температура 55 – 65°С, время осаждения 25 – 30 минут.

Толщина получаемого покрытия около 1 мкм. При этом не требуется контролировать время нанесения покрытия. Скорость осаждения снижается по мере перекрытия медной основы, пока процесс не прекратиться полностью. Толщина осадка определяется составом раствора и режимом процесса и должна быть практически одинаковой на всех участках, контактирующих с раствором.

Недостатком контактного метода нанесения оловянного покрытия является малая толщина осадка.

Только электрохимический способ позволяет получать покрытия заданной толщины практически на любом материале (на некоторых с предварительным подслоем).

Наиболее распространенный состав сернокислого электролита для нанесения оловянного покрытия, г/л:

Сернокислое олово 40 – 50

Серная кислота 50 – 80

Сернокислый натрий 30 – 50

Препарат ОС-20 2 – 5

Температура 15 – 20°С, плотность тока 1 – 2 А/дм 2 .

Для оловянных покрытий, полученных электрохимическим способом характерен самопроизвольный рост нитевидных кристаллов олова (см.«Осаждение сплавов олова»), длина которых достигает5 мм, что приводит к коротким замыканиям при эксплуатации электротехнической аппаратуры.

Избежать образование нитевидных кристаллов можно различными методами:

• нанесением перед оловянированием тонкого подслоя никеля (см. «Никелирование»);
• оплавлением оловянных покрытий;
• применением оловянных сплавов (см. «Осаждение сплава олово-висмут»).

Нанесение олова контактным способом также исключает иглообразование, хотя при этом способе покрытие получается толщиной не более 1 мкм.

Этот процесс наиболее часто применяется в технологии изготовления печатных плат.

Похожие публикации:

7 комментариев: Нанесение оловянных покрытий.

Здравствуйте Галина Владимировна!
Какие преимущества и недостатки гальванического нанесения олова на медную поверхность над горячим нанесением?

В интернете я нашел следующее:
Преимущества гальванического нанесения олова:
1. Можно наносить в 10-ки раз меньший слой олова, что приводит к значительной экономии дорогого металла.
2. Гальваническое покрытие не образует пор — т.е. оно сплошное и если соединить с преимуществом №1 это подтверждает целесообразность данной экономии.
3. Незначительное отклонение толщины покрытия по всей линейной поверхности.

Преимущества горячего нанесения:
1. Простота технологии и оборудования.

2. Мое мнение (теоретическое) — прав ли я?
Покрытие нанесенное горячим способом является более стойким к механическим воздействиям, не отслаивается от подложки благодаря большому диффузионному (адгезионному) слою.

Если я не прав, тогда в чем преимущество горячего наложении олова над гальваническим? Горячее наложение лужение используется на многих предприятиях, однако простота технологии не может конкурировать с экономичностью в условиях рынка…

С уважением, Александр А.

Хотелось бы узнать ваше мнение.
Какова возможная стойкость олова к полиморфным превращениям на медной жиле при длительном хранении в условиях крайнего севера? Медь предотвращает полиморфизм олова, но как она может подействовать на оловянное покрытие…?

С уважением, Александр А.

Здравствуйте, Александр!
Области применения горячего способа нанесения олова и гальванического разные: на медную проволоку или листы гораздо проще и экономичнее нанести олово горячим способом, а детали сложной конфигурации необходимо покрывать гальванически, чтобы получить одинаковую толщину по всей поверхности.
Относительно полиморфизма установлено, что наибольшая скорость превращения белого олова в серый порошок при температуре минус 48С. При температуре минус 30С олово может находиться без изменения много лет.
К сожалению, данные наблюдений фазового перехода олова противоречивы, и поэтому до сих пор конструктора и технологи не имеют конкретных данных при проектировании, изготовлении и эксплуатации РЭА.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Здравствуйте, Галина Владимировна! Скажите, пожалуйста, по каким причинам может не растворятся сернокислое олово в дистиллированной воде? У меня на участке уже давно работает ванна оловенирования, электролит разводим периодически и раньше с такими проблемами не сталкивались. Пробовал растворить в теплой воде, в концентрированной серной кислоте, в разбавленной серной кислоте, но положительного результата не добился. Поставщик уверяет, что «Сернокислое олово свежее (август 2013)».

Здравствуйте, Игорь!
Олово сернокислое имеет очень маленькую растворимость, поэтому при приготовлении электролита олово-висмут в ванну сначала вливают расчетное количество серной кислоты, затем маленькими порциями при постоянном помешивании добавляют сернокислое олово. Нужно иметь терпение и делать все очень тщательно, тогда все получится.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Здравствуйте Галина Владимировна! Подскажите пожалуйста, какие лучше использовать аноды для ванны щелочного лужения?
У нас на предприятии используется ванна щелочного лужения на основе четыреххлористого олова и щелочи, используем никелевые аноды, но с ними возникают некоторые трудности (они расстворяются и ванна начинает шламить, и их тяжело чистить). В литературе читала, что лучше применять нерастворимые стальные аноды из нержавейки.

С уважением, Надежда.

Здравствуйте, Надежда!
При использовании щелочного электролита лужения состава:
Натрия станнат — 50-100 г/л
Натр едкий — 10-15 г/л
Натрий уксуснокислый — 15-25 г/л
Температура = 60-80°С
Плотность тока = 0,5-2 А/дм2
Применяют оловянные аноды, но предварительно их пассивируют при повышенном значении анодной плотности тока (в 2-3 раза больше рабочей) в течение 5 -10 мин. При этом на них образуется пленка желтовато-золотистого цвета. Обработанные таким образом аноды растворяются с образованием только четырехвалентных ионов олова. После формирования пленки анодная плотность тока может быть снижена. При нахождении анодов в электролите без тока пассивная пленка растворяется, поэтому при перерывах в работе аноды необходимо выгружать и помещать в ванну с водой. Загрузку и выгрузку анодов надо производить под током.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Источник