Электроосаждение сплава палладий-медь из аммиачнотрилонатного электролита тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат технических наук Гуляева, Наталья Александровна

• Гуляева, Наталья Александровна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гуляева, Наталья Александровна

Введение.-.

Глава 1. Литературный обзор.

§1.1.Закономерности осаждения сплавов гальваническим способом.

§1.2.Применение нестационарного электролиза в гальванотехнике.

§1.3.Электроосаждение палладия и меди из различных электролитов

§1.3.1. Электролиты для осаждения палладия.

§1.3.2. Электролиты для осаждения меди.

§1.3.3. Анализ электролитов для осаждения сплавов палладия и выбор направления ¿сслёдова]р(ия.

•'• ' . 4 'А •

Глава 2.Методика исследований.

§2.1 .Методы исследования технологических и кинетических закономерностей электроосаждения сплава палладий-медь.

§2.2.Методы исследования физико-механических свойств покрытий.

§2.3.Исследование комплексообразования ионов металлов.

§2.4.Приготовление электролитов, анализ сплавов и электролитов.

Глава 3.Экспериментальные результаты и их обсуждение.

§3.1. Исследование влияния различных факторов на процесс электроосаждения сплава палладий-медь.

§3.1.1. Изучение электроосаждения сплава палладий-медь на постоянном токе.

§3.1.2.Изучение электроосаждения сплава палладий-медь в переменном магнитном поле.

§3.1.3.Исследование электроосаждения сплава на импульсном токе.

§3.1.4.Изучение влияния вибрации катода на процесс электроосаждения сплава палладий-медь.

§3.1.5. Сравнительная характеристика режимов электроосаждения сплава.

§3.2. Исследование комплексообразования ионов меди в аммиачнотрилонатном растворе.

§3.3.Исследование кинетических закономерностей электроосаждения сплава палладий-медь.

§3.3.1.Изучение кинетики осаждения сплава на постоянном токе.

§3.3.2. Изучение кинетики осаждения сплава в переменном магнитном поле.

§3.3.3. Изучение кинетики осаждения сплава при использовании импульсного тока.

§3.3.4. Изучение кинетики осаждения сплава при использовании вибрации катода.

§3.3.5.Сравнительная характеристика кинетических закономерностей при электроосаждении сплава с использованием различных режимов электролиза.

§3.4.Физико-механические свойства сплава палладий-медь.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электроосаждение сплава палладий-медь из аммиачнотрилонатного электролита»

Правительственной комиссией по научно-технической политике (1996 г.) выделен ряд приоритетных направлений развития науки и техники. Получение новых материалов и сплавов со специальными свойствами занимает одно из ведущих мест [1;2].

Для покрытия электрических контактов, разъемов, выводов плат печатного монтажа широко применяют палладий. Палладиевые покрытия не тускнеют на воздухе, они в 3-5 раз тверже серебряных и золотых покрытий, значительно выше их износостойкость, приближающаяся к износостойкости родиевых покрытий, а также они обладают низким значением переходного электросопротивления. Необходимость снижения расхода дорогостоящего металла и получения покрытий с улучшенными физико-механическими свойствами привели к разработке сплавов на основе палладия. Особенно широкое распространение получил сплав палладий-никель. Однако, в ряде случаев сплав палладий-никель не удовлетворяет требованиям радиоэлектронной аппаратуры по переходному электросопротивлению. Предлагаемое гальваническое покрытие сплавом палладий медь позволяет снизить значение переходного электросопротивления при сохранении высокой износостойкости и низких значений внутренних напряжений.

Для электроосаждения сплава палладий-медь в промышленности используют электролит с фосфатным комплексом палладия и пирофосфатным комплексом меди. Но из этого электролита получаются матовые осадки с крупнозернистой структурой [3].

Применение в качестве комплексообразователей аммиака и трилона Б ведет к возможности получения блестящих, хорошо сцепленных с основой покрытий. Покрытие с равномерным распределением меди в составе сплава можно получить благодаря использованию нестационарного электролиза. Использование нестационарного электролиза позволяет снизить значение переходного электросопротивления и расширить диапазон плотностей тока при которых получаются блестящие осадки хорошего качества.

Целью работы является получение износостойкого покрытия сплавом палладий-медь с низким значением переходного электросопротивления из нетоксичного, стабильного электролита. Изучение влияния на состав и переходное электросопротивление сплава палладий-медь нестационарных режимов электролиза (вибрации катода, импульсного тока, магнитного поля).

На защиту выносятся: результаты исследований по составу электролита и режимам осаждения сплава палладий- медь данные по изучению влияния нестационарного электролиза на состав и качество покрытия сплавом палладий-медь результаты исследования кинетических закономерностей электроосаждения палладия, меди и их сплава из аммиачнотрилонатного электролита при использовании постоянного тока и нестационарного электролиза (переменного магнитного поля, импульсного тока, вибрации катода). результаты изучения комплексообразования меди в аммиачнотри-лонатном растворе. результаты изучения структурных и физико-механических свойств гальванических покрытий сплавом палладий-медь.

По результатам выполнения исследований опубликовано 5 работ.

Заключение диссертации по теме «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», Гуляева, Наталья Александровна

ВЫВОДЫ

1. Исследован процесс электроосаждения сплава палладий-медь из амми-ачнотрилонатного электролита. Показано, что из такого электролита осаждаются полублестящие покрытия с разным содержанием меди в сплаве.

2. Установлено, что существует линейная зависимость логарифма отношения содержания компонентов в сплаве от логарифма отношения концентраций ионов металлов в электролите.

3. Изучен процесс комплексообразования ионов меди в аммиачнотрило-натном электролите. Показано, что палладий и медь в электролите образуют разнолигандные аммиачнотрилонатные комплексы.

4. Изучены кинетические закономерности раздельного и совместного электроосаждения палладия и меди в аммиачнотрилонатном электролите. Показано, что при совместном осаждении палладий в сплав разряжается со сверхполяризацией, а медь с деполяризацией.

5. Используя метод многофакторного планирования эксперимента определены оптимальные состав электролита и режим электроосаждения сплава палладий- медь на постоянном токе.

6. Исследовано влияние вибрации катода, переменного магнитного поля и импульсного тока на процесс электроосаждения палладия, меди и их сплава.

7. Установлено, что нестационарный электролиз значительно снижает диффузионные ограничения, повышает предельную плотность тока при электроосаждении палладия, меди и сплава палладий-медь.

8. Показано, что электроосаждение палладия, меди и сплава палладий-медь на нестационарном электролизе увеличивает диапазон плотности тока получения блестящих покрытий. Так, плотность тока осаждения

108 сплава палладий-медь при электроосаждении в переменном магнитном поле, на импульсном токе и с использованием вибрации катода увели

2 2 2 чивается соответственно до 1,5 А/дм ; 3 А/дм ;4 А/дм

9. Установлено, что максимальное снижение переходного электросопротивления покрытия сплавом палладий-медь достигается при использовании импульсного тока. Так, переходное электросопротивление покрытия, осажденного при использовании импульсного тока и измеренное при нагрузке на контакт 1Н, составляет 2,8шОм, что на 0,5 шОм ниже чем у покрытия полученного на постоянном токе.

10. Изучены структура и физико-механические свойства гальванического покрытия сплавом палладий-медь. Выяснено, что сплав палладий-медь с содержанием меди до 30% представляет собой твердый раствор меди в палладии. Сплав обладает более высоким значением микротвердости и износостойкости по сравнению с чистым палладием. Покрытия блестящие , в зависимости от содержания меди в сплаве цвет покрытия изменяется oi? белого до желтого.

И. Для промышленного использования разработан технологический процесс электроосаждения сплава палладий-медь на постоянном токе и при нестационарном электролизе. Технологический процесс успешно прошел опытно-промышленную проверку в О.А.О. "Электромеханика".

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гуляева, Наталья Александровна, 2000 год

1. Приказ Миннауки РФ от 03.11.97 №105В. "Об организации работ по выполнению поручения правительства РФ от 25 июля 1997г №БВ-П8-40ПР "О принципах формирования и реализации НИОКР в рамках федеральных целевых программ."

2. В.С.Черномырдин Указ от 21 июля 1996г №2728п-П8 и от 21 июля 1996г №2727п-П8

3. Виноградов С.Н. Электроосаждение сплавов палладия. Из во Саратов -ского университета 1978.

4. Гамбург Ю.Д. Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов. -М.: Янус -К , 1997. 283-285 е., ил.

5. Кабанов Б.Н., Астахов И.И., Киселева И.Г. Кинетика сложных электрохимических реакций М.: Наука, 1981.- 200 с.

6. Карбасов Б.Г., Исаев H.H., БодягинаМ.М. О механизме электролитического сплавообразования // Электрохимия-1986.-т.ХХП.Вып 3,- С.427.

7. Перелыгин Ю.П. Электроосаждение, свойства и область применения индия и его двойных сплавов. -Пенза: Из-во Пенз. политех, ин-та. 1993.84 е.; с ил.

8. Нагиев Т.М. Химическое сопряжение: Сопряженные реакции окисленияперекисью водорода. М.: Наука, 1989. - 216 с.

9. Садаков Г.А. Теория метастабильного состояния электрохимических процессов в гальванотехнике// Гальванотехника и обработка поверхности1993-т.2, №4- СИ.

10. Ротинян A.JI., Молоткова E.H. Катодная поляризация при образовании сплава железо кобальт и причины деполяризации и сверхполяризации// ЖПХ.- 1959,- т 32, №11.- С. 2502-2507.

11. Бек Р.Ю., Цупак Т.Е., Шураева Л.И., Косолапов Г.В. Влияние комплексообразования на массоперенос в растворах, содержащих комплексы кадмия с ионами хлора // Электрохимия,- 1987 .-т. 23. Вып. 12.-С. 1618.

12. Бек Р.Ю., Цупак Т.Е., Шураева Л.И. Комплексообразование как способ регулирования массопереноса в процессах катодного выделения металлов // Гальванотехника и обработка поверхности.- 1992.-т. 1. №1-2,- С.5-9.

13. Давыдов А.Д., Энгельгард Г.Р. // Электрохимия. 1988. - 24, №1 - с. 3.

14. Энгельгард Г.Р., Давыдов А.Д. // Электрохимия 1988. - 24, №4. -С. 538.

15. Сухотин A.M. Справочник по электрохимии. Л.: Химия, 1981. - 488 е., с ил.

16. Ваграмян А.Т., Жамагорцянц М.А. Электроосаждение металлов и инги-бирующая адсорбция. М.: Наука, 1969. - 198 с.

17. Краснов К.С., Воробьев Н.К., Годнев И.Н., Васильева В.Н., Васильев В.П., Киселева В.Л., Белоногов К.Н., Гостикин В.П. Физическая химия т.2. М.: Высш. шк., 1995. - 319 е.: с ил.

18. Хотянович С.И. Электроосаждение металлов платиновой группы. -Вильнюс.: Мокслас, 1976. -149 с.

19. Виноградов С.Н. Исследование электроосаждения некоторых сплавовпалладия и их свойств. Дис. докт. техн. наук. - Пенза, 1981. -403 с.

20. Фрумкин А.Н., Багоцкий B.C., Иофа З.А., Кабанов Б.Н. Кинетика электродных процессов. -М.: Из-во МГУ. 1952.- 319 с.

21. Ваграмян А.Т. Закономерности совместного восстановления ионов металлов // Электролитическое осаждение сплавов. М.: Машгиз, 1961. - С. 3.30.

22. Каншева М.К., Каншев В.К. Статистическая оценка параметров двойногослоя на стационарном ртутном электроде в присутствии лаурилсульфата натрия // Электрохимия,- 1986.- т. 12,- С. 854.

23. Луст Э.И. Пальм У.В. Анализ строения двойного электрического слоя намодельной поликристаллической поверхности висмута // Электрохимия.-1986.-т. 12,- С. 565.

24. Антропов ЛИ.// Физ. химия. 1951. -№25. - С. 1495.

25. Нечаев Е.А., Куприн В.П. Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер, Электрохимия. М., 1989. - №29. -93 е.

26. Вахидов P.C. Термодинамика электроосаждения сплавов: Сб.науч.тр. Уфимского авиационного института, 1974.- Вып. 65- 3-9 с.

27. Городынский A.B. Вольтамперометрия: Кинетика стационарного электролиза. Киев: Наук, думка. 1978. -212с.

28. Горбунова K.M., Полукарпов Ю.М. // Итоги науки. Электрохимия. Электроосаждение металлов и сплавов. М.: ВИНИТИ.- 1966,- Вып. 1.- С.59.

29. Березин Н.Б., Гудин Н.В., Сагдеев К.А. Электроосаждение сплава никельфосфор из фосфорнокислых электролитов импульсным током //Гальванотехника и обработка поверхности. 1994,- т.З , №4 - С. 18.

30. Котзия Ф., Коллия С., Спиреллис Н. Электроосаждение никеля в импульсном режиме // Гальванотехника и обработка поверхности. 1993,-т.2 , №6- С. 16.

31. Костин H.A., Демиденко А.Б., Сливец Д.П., Бондарь К.И. Повышение защитной способности цинковых покрытий, полученных импульсным электролизом // Защита металлов. 1991. - т.27,№2- С. 300.

32. Лишанский Г.Я, Качанова Н.П., Разнорович Т.В., Гришин И.А. Гальваническое осаждение хрома в импульсных режимах тока // Защита металлов. 1990. -Т.26 ,№1- С. 154.

33. Шибаев В.В., Гуляева Т.В., Шимченок Л.А., Сиулина H.A. Исследованиевлияния импульсной лазерной термической обработки на коррозионные свойства магниевого сплава ВМД10 // Защита металлов. 1990. - т.26 , №5- С. 783.

34. Коллия С., Котзия Ф., Спиреллис Н. Электроосаждение блестящих никелевых покрытий с использованием реверсивного импульсного тока // Гальванотехника и обработка поверхности. 1992.-Т.1 ,№5-6- С. 23.

35. Костин H.A. Перспективы развития импульсного электролиза в гальванотехнике.Перспективы развития импульсного электролиза в гальванотехнике // Гальванотехника и обработка поверхности.-1992.- т.1, №1-2- С.16.

36. Костин H.A., Кублановский B.C., Заблудовский В.А. Импульсный электролиз. -Киев: Наук, думка, 1989. 168 с.

37. Заблудовский В.А., Костин H.A. Получение микрослоистых гальванических покрытий программными режимами импульсного электролиза // Электрохимия. 1987. - т.23, №6. - С.734-739.

38. Гинберг A.M., Иванов А.Ф., Кравченко Л.Л. Справочник гальванотехника.

39. М.: Металлургия, 1987. -735 е.

40. Рыбалко A.B., Галанин С.И, БобановаЖ.И. // Электронная обработка металлов. 1988. - №4 - С.21 -------------

41. Кузнецова Т.М., Атанасянц А.Г., Галанин С.И., Рыбалко A.B. // Электрохимия. 1989. -25, №7 - С.989.

42. Рыбалко A.B., Галанин С.И. //Электронная обработка материалов. 1990.- №4 с.З.

43. Рыбалко A.B., Бобанова Ж.И. Катодные процессы в условиях подачи токаимпульсами с крутыми передними фронтами // Гальванотехника и обработка поверхности,- 1993,- т.2, №5-С.13

44. Ваграмян А.Т., Соловьева З.А. Методы исследования электроосаждения металлов. -М.: Изд. АНСССР, 1960. 446 с.

45. Рыбалко A.B., Галанин С.И., // Электронная обработка материалов. -1991. -№2 С.4.

46. Рыбалко A.B., Галанин С.И., Дискусар А.И. // Электронная обработка материалов. 1992. - №5 - С.4.

47. Замурников В.М., Костин H.A. Новые, аспекты повышения скорости осаждения гальванопокрытий при импульсном электролизе // Гальванотехника и образование поверхностей. 1994 - т.З , №2- С.34.

48. Лейснер П., Иенсен А.Х., Моллер П. Применение импульсного режима нанесения гальванопокрытий для планирования срока службы изделий // Гальванотехника и обработка поверхности. 1994 .- т.З , №3- С.22.

49. Rasmussen J. Sur/Fin '92. Atlanta 22-25 June 1992.

50. Коломбини К. Использование импульсных источников тока при анодировании // Гальванотехника и обработка поверхности. 1992 - т.1, №3-4— С. 76.

51. Джундубаева Ф.М., Вячеславов П.М., Буркарт Г.К. // Защита металлов.1982 .-т. 18 , №3- С.427.

52. Букарт Г.К. Физико-механические свойства сплава палладий-индий, полученного из аммиакатно-сульфосалицилатного электролита // Гальванотехника и обработка металлов. 1994 - т.З. №5-6 - С.63.

53. Юзикис П., Диджюлис С., Гонтаж Р. Электроосаждение магнитного сплава палладий-кобальт из этилендиаминового электролита // Гальванотехника и обработка поверхности. 1993 .- т.2 , №4— С.41.

54. Виноградов С.Н., Стариков В.Н. Электроосаждение сплава палладий-медьиз аммиачно-трилонатного электролита // Гальванотехника и обработка поверхности. 1998,- т. 6 , №2

55. Гак Е.З, Крылов B.C. Влияние магнитного поля на электро- и массопере-нос при течении электролита в узких межэлектродных промежутках // Электрохимия. 1986,- Вып. 6 ,т.22 - С.829.

56. Филимоненко В.Н., Гак Е.З., Усов В.В.// В сб.: Тезисы докл. XI Рижскогосовещания по магнитной гидродинамике. Т11 Саласпилс: И-т физики АН Латв. ССР- 1984-С. 195.

57. Мальцева Г.Н. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пенза, 1987.

58. Буланов М.И., Калинин И.П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа.- Издание 3-е. Л.: Химия, 1972,- 407 с.

59. Гинзбург С.И., Езерская H.A., Прокофьева И.В. Аналитическая химия платиновых металлов. М.:Наука, 1972.- 613 с.123 . Ф.И. Котик. Ускоренный контроль электролитов, растворов и расплавов. М.гМашиностроение, 1978,- 108 с.

60. Ахумов С.И., Розен Б.Я. О соотношенияи между составами раствора и осадка при осаждении двухкомпонентного сплава.-ДАН СССР.-1956.-т.109, №6,- С.1149-1151.

61. Дятлова Н.М., Темкина В .Я., Колпакова И.Д. Комплеконы., М.: Химия, 1970,-416 с.130 .Савицкий Е.М., Полякова В.П., Тылкина М.А. Сплавы палладия .М.: Наука. 1967.-210 с.

62. Мельников П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностр. М.Машиностроение 1991.- 163 с.

63. Саутин С.Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии , М.: Химия, 1975,- 47 с.

64. Яворский Б.М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике.-М.: Наука. 1989 с.576

65. Электрохимия .- 1966,- т.2, №10,- С. 1138-1143.148 .A.C. №379678 СССР . Электролит для электролитического осаждения сплава медь-цинк / Андрющенко Ф.К., Орехова В.В., Мозговая А.Г. В Бил.изоб. 1973,-№20.

66. Городынский A.B., Кублановский B.C., Литовченко К.И. Связь кинетики электродных процессов с параметрами комплексообразования. // Пятое Всесоюзное совещание по электрохимии: Тез. докл. АН СССР. М.:1975,- С.151-153.

67. Электролит стабилен в работе, позволяет получать блестящие и полублестящие мелкокристаллические покрытия сплавом палладий-медь с содержанием меди до 30% при плотности тока 50-100 А/м2