НПП Электрохимия
Гальванические покрытия и механообработка

elhim.ekb@yandex.ru

8-912-044-66-44

8-922-162-66-44

Механизм и технологический процесс осаждения сплава олово-никель

1. Что такое сплав олово-никель?


Сплав олово-никель имеет серебристо-серый цвет с розоватым оттенком, блестящий. Его отличают:
• Исключительная коррозионная стойкость. На рисунке 1 приведена фотография образцоов электроконтактов из алюминия с различными покрытиями сплавами олова. После нагрева до 300о С цвет олово-никелевого покрытия (третий слева) не изменился, в то время как олово-свинец (первый) и белая бронза (второй) окислились. Олово-никель является анодом к меди, защищая ее электрохимически. А вот на сталь без подслоев его наносить не рекомендуется, ввиду большой пористости даже при значительных толщинах.


korr_stoykost_olovo-nikelya_2

Рисунок 1 - Образцы электроконтактов из алюминия с покрытиями сплавами олова (слева направо): олово-свинец 60, белая бронза, олово-никель.

 

• Полная устойчивость в концентрированной азотной кислоте. Наряду с этим олово-никелевое покрытие хорошо выдерживает воздействие разбавленных серной и соляной кислот, хлористого натрия, 100% влажности, масел.
• Устойчивость в серосодержащей промышленной атмосфере. Сплав олово-никель может заменить серебро в этих условиях, если требуется стабилизация переходного сопротивления.
• Повышенная, относительно других сплавов олова, износостойкость и твердость. Sn-Ni в несколько раз более износостоек и эластичен, чем чистый гальванический никель.
• Высокая пластичность.


В Европе сплав олово-никель активно используют взамен олово-висмута при пайке и при повышенных требованиях к механической прочности. В ювелирном производстве Sn-Ni является разделительным слоем между покрываемым изделием и драгоценными металлами благодаря свойству покрытия препятствовать их диффузии в себя и затем в покрываемое изделие. Применяют сплав и для защиты арматуры неразъемных контактов, запрессованных в пластмассу.


Процесс электролитического осаждения оловянно-никелевого сплава полностью не изучен, но получил значительное промышленное применение.


2. Кинетика процесса осаждения сплава олово-никель, состав и свойства осадков.


Разность стандартных потенциалов между оловом и никелем составляет 0,1В. Совместное их осаждение на катоде возможно, если электролит содержит лиганды, образующие стабильные анионные комплексы с оловом. Это смещает потенциал олова в более отрицательную область, уменьшая разность потенциалов между ним и никелем. На рисунке 2 представлены катодные поляризационные кривые осаждения сплава и индивидуальных металлов из галогенидных электролитов. Никель начинает осаждаться при потенциалах ниже -0,35 В, олово - ниже -0,30 В. Восстановление ионов олова происходит при низкой поляризации.




Рисунок 2 - Катодные поляризационные кривые на медном электроде из раствора с анионным лигандом: 1 - никель, 2 - олово, 3 - сплав олово-никель, при температуре 70о С и рН = 3.


Поляризационная кривая при совместном осаждении олова и никеля смещена в сторону более положительных потенциалов (рисунок 1, кривая 3), что подтверждает образование сплава и бинарных соединений.


Осаждению сплава способствует эффект деполяризации при совместном восстановлении ионов обоих металлов вследствие образования химических соединений NiSn2 и Ni3Sn2, что является энергетически выгодным процессом. Все вышесказанное подтверждает рентгено-фазовый анализ.


На рисунке 3 приведены рентгенограммы сплава олово-никель и индивидуальных металлов.



Рисунок 3 - Рентгенограммы электроосажденных покрытий никель (1), олово (2) и сплав олово-никель (3).


Анализ рентгенограмм показывает, что большинство наблюдаемых дифракционных пиков соответствуют основным компонентам покрытий. Наличие отражения от меди связано с тем, что сигнал от подложки проходит через поры в покрытии. Кроме того, было обнаружено, что сплав содержит интерметаллические фазы Ni3Sn4 и NiSn2.


С точки зрения элементного состава в сплаве содержится примерно 60% олова.

Температура электролита и pH являются ключевыми факторами, определяющими ход осаждения сплава и его финишные свойства.


При pH=2 при температуре 50° C осаждение сплава Sn–Ni (рисунок 4) начинается при потенциале -0,22 В и сопровождается интенсивным выделением водорода.




Рисунок  4 - Катдные поляризационные кривые на медном электроде в галогенидном растворе при осаждении сплава олово-никель. рН = 2 и 3. T = 50° C.

Повышение pH до 3 при 50о С приводит к сдвигу потенциала сплавообразования в более электроотрицательную область, около –0,30 В. При этом обеспечивается рост однородных блестящих покрытий Sn – Ni серого цвета с плотноупакованной структурой без дендритов.


Повышение температуры до 70
о C при pH = 3 снижает катодную поляризацию, в результате чего сплав Sn – Ni начинает осаждаться даже при напряжении –0,25 В (рисунок 2).


Выход по току при осаждении сплава при различных температуре и рН приведен в таблице 1.


Таблица 1 - Зависимость ВТ при осаждении сплава олово-никель от температуры и рН.

Процесс

Выход по току

рН = 2

рН = 3

50о С

70о С

50о С

70о С

Никелирование

56,97

64,54

93,61

78,54

Олово

82,77

81,83

78,51

77,87

Олово-никель

72,84

80,68

81,39

74,71


Микроизображения олово-никелевого покрытия и индивидуальных металлов приведены на рисунке 5.




Рисунок 5 - Электронные микроизображения покрытий: а - олово-никель, б - олово, в - никель. T = 50°C, i = 1 А/дм2, pH=3.

Повышение плотности тока выше 1,0 А / дм2 приводит к растрескиванию покрытий.