Что такое лужение, олово и висмут?
Лужение — процесс нанесения тонкого слоя металлического олова на поверхность изделия для придания ему необходимых характеристик (электропроводность, коррозионная стойкость, паяемость и др.).
Олово — мягкий металл серебристо-белого цвета. Плотность 7,28 г/см3, температура плавления 232°С, атомная масса 118,7 г/моль. В атмосферных условиях, даже в присутствии влаги, олово окисляется медленно. Разбавленные растворы минеральных кислот при комнатной температуре практически не растворяют олово, оно растворяется в концентрированных серной и соляной кислотах при нагревании. В растворах едкой щелочи олово неустойчиво и при нагревании растворяется с образованием станнатов. С органическими кислотами олово образует комплексные соединения, причем потенциал олова становится более отрицательным, чем потенциал железа, т.е. олово становится анодным покрытием
Чисто оловянные покрытия просты в получении, но имеют ряд существенных недостатков:
• При хранении оловянных покрытий характерен рост на их поверхности нитевидных кристаллов, длина которых может достигать величины 5-10 мм (рисунок 4). Нитевидные кристаллы вызывают короткие замыкания при эксплуатации плотно расположенной электрорадиотехнической аппаратуры. Причины возникновения подобных несовершенств покрытия еще недостаточно изучены. Установлено, что на образование усов в значительной степени влияет материал катода. Основной причиной считается наличие внутренних напряжений сжатия в покрытии, которые возникают под влиянием осаждения некоторых примесей, инородных включений, диффузии компонентов основы в покрытие, напряжений в материале основы. На оловянном покрытии, нанесенном на латунь, медь и цинк нитевидные кристаллы появляются чаще и растут быстрее, чем на стальной основе. Применение никелевого подслоя тормозит этот процесс.
Олово является полиморфным металлом. В обычных условиях оно существует в виде β-модификации (белое олово), устойчивой выше 13,2 °C. При низких температурах белое олово переходит в другую аллотропную модификацию (серое олово). Переход сопровождается увеличением удельного объема, что приводит к разрушению оловянного покрытия. Это явление получило название «оловянная чума»
Общие сведения об электрокристаллизации сплавов.
Процессы гальванического осаждения оловянно-свинцовых сплавов известны с 1921 года, Впервые они были применены в морских торпедах, затем их стали наносить на сепараторы подшипников с целью уменьшения трения. Сегодня их также применяют в электротехнической и электронной продукции для защиты контактов. Отдельно олово-свинец используется в качестве металлорезиста при производстве печатных плат.
Принципиальная возможность соосаждения металлов определяется из уравнения Нернста. Необходимо, чтобы их потенциалы восстановления оказались близки:
E10 +(RT/zF)lna1 + η1 = E20 + (RT/zF)lna2 + η2
где:
E10, E20 - стандартные потенциалы соосаждаемых металлов;
a1, a2 - активности ионов металлов в растворе;
η1, η2 - перенапряжение;
z1, z2 - степени окисления ионов;
R - универсальная газовая постоянная;
Т - температура раствора;
F - число Фарадея.
При электроосаждении сплавов возможны явления деполяризации и сверхполяризации:
· Деполяризация — ускорение разряда ионов, т.е. облегчение сплавообразования. Возникает за счет взаимодействии компонентов сплава при формировании кристаллической решетки твердого раствора или химического соединения. Облегчение сплавообразования достигается снижением парциальной молярной энергии образования компонентов покрытия.
· Сверхполяризация — соответственно, замедление разряда ионов и затруднение сплавообразования.
· Таким образом, процесс соосаждения олова и свинца облегчается тремя факторами:
· Близостью стандартных потенциалов: -0,126 и -0,136 В.
· Высоким перенапряжением выделения водорода на обоих металлах.
· Явлением деполяризации.
Поэтому осаждение оловянно-свинцовых сплавов возможно из сильных кислотных растворов без комплексообразователей, с высоким выходом по току, в блестящем и матовом исполнении.
Физико-химические свойства сплава зависят от его процентного состава. Если состав сплава зависит от плотности тока, то на рельефной поверхности, вследствие неравномерного распределения тока, осадки сплава будут различными по составу, структуре и другим свойствам. Поэтому важно, чтобы в процессе осаждения реальная площадь катода не изменялась, например, за счет огрубления или образования дендритов.
2. Виды сплавов олова со свинцом.
Олово-свинцовые сплавы могут существовать в широком диапазоне концентраций, однако на практике применяют три основных вида:
- Высокосвинцовистые сплавы Sn-Pb(7) с содержанием 7% Sn и 93% Pb. Используются в качестве покрытий для топливных баков, различных подшипников и систем трения. В антифрикционном исполнении также применяются с добавлением 2% Cu. Всегда матовые.
- Эвтетктические сплавы или сплавы вблизи точки эвтектики Sn-Pb(63), с содержанием 63% Sn и 37% Pb. Обладают самой низкой температурой плавления, что делает их наиболее пригодными для пайки. Иногда применяются для защиты контактов.
Низкосвинцовистые сплавы Sn-Pb(5-15) с содержанием 95-85% Sn и 5-15% Pb. В основном используются как покрытия, стабилизирующие переходное сопротивление и защищающие токоведущие части от окисления. Данное покрытие пришло на замену более дорогого чистого олова, склонного, кроме прочего, к росту "усов" при хранении.