ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ И СТРУКТУРЫ ОЛОВО - НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ
Березина Н.Н., Спиридонов Б.А., Литвинов Ю.В., Ермилин В.Н.
Воронежский государственный технический университет
394026 Воронеж, Московский пр., 14.
Федеральное государственное унитарное предприятие
Научно-конструкторско-технологическое бюро «Феррит»
394066 Воронеж, Московский пр., 179
Факс (0732) 43-77-02,
Ранее проведенными исследованиями нами было установлено, что введение во фторидно-хлоридный электролит органической добавки ОС-20 позволяет снизить внутренние напряжения, уменьшить трещиноватость и пористость, а также увеличить коррозионную устойчивость покрытий олово-никель.
В данной работе представлены результаты исследований по влиянию добавки ОС-20 на катодную поляризацию при выделении сплава Sn-Ni, его состав и структуру.
Электроосаждение сплава Sn-Ni проводили на медную основу из электролитов, содержащих (г/л): хлорид олова 20-40, хлорид никеля – 200, фторид аммония – 60 и ОС-20 -5,0.
Температура электролита 50 0С; pH 4,0-4,5; катодная плотность тока ik = 1 – 4 А/дм2; продолжительность электролиза τэл = 5-10 мин.
Катодную поляризацию изучали потенциодинамическим методом (2 мВ/с) на потенциостате П-5827М. Парциальные токи определяли разложением суммарного тока с учетом данных о выходе по току олова, никеля и водорода. Исследование фазового состава и структуры проводили рентгеноструктурным и электронно-микроскопическим методами.
Поляризационными исследованиями установлено, что с увеличением в электролите SnCl2 от 20 до 40 г/л наблюдается деполяризация и при ik = 2 A/дм2 составляет 0,1 В. Из анализа парциальных зависимостей i = f(E) установлено, что доля тока, идущего на выделение олова, в ~1,7 раза больше, чем на выделение никеля, что объясняет обогащение сплава оловом. Например, в сплаве, осажденном из электролита с концентрацией 40 г/л SnCl2, содержится 72,2 % олова, а из электролита с меньшей концентрацией – 20 г/л SnCl2 – содержание олова снижается до 55,1 % при одинаковых условиях электролиза.( ik = 0,5 А/дм2).
Рентгеноструктурными исследованиями установлено, что электролитически осажденный из электролита без добавки ОС-20 сплав Sn-Ni , содержащий 65 % олова и 35 % никеля, представляет собой однофазное интерметаллическое соединение NiSn, что соответствует литературным данным. Структура такого типа подобна структуре арсенида никеля, т.е. его элементарная кристаллическая решетка является тригональной призмой с параметрами a = 4,15 Ǻ, с = 5,12 Ǻ, с/а = 1,23. Из анализа электронограмм также следует, что из электролита без ОС-20 осаждается однофазный сплав с размером зерна 10-20 нм, т.е. фазовый состав покрытий не зависит от толщины осадка и может быть охарактеризован как однородный.
Введение в электролит с содержанием 20 г/л SnCl2 5 г/л ОС-20 приводит к изменению фазового состава сплавов Sn-Ni. Все покрытия в качестве одной из фаз содержат соединение Ni48Sn52, а в их поверхностном слое формируется фаза чистого олова.
Например, в осадках, содержащих 46,4 % никеля и 53,6 % олова, формируются 4 фазы – Sn, Ni48Sn52, Ni4Sn и NiSnF6.
При увеличении концентрации SnCl2 до 40 г/л обогащение сплава оловом приводит к заметным изменениям в фазовом составе покрытий – исчезают фазы, богатые никелем, но одновременно появляется новая фаза Ni3Sn4 с содержанием никеля ~ 34 %, имеющая тетрагональную решетку с параметрами а = 5,11 Ǻ и в = 4,88 Ǻ.
При отжиге покрытий Sn-Ni (350 °С в течение 15 мин) обнаружены существенные изменения фазового состава сплава. В покрытиях, полученных из электролита без ОС-20, исчезает фаза NiSn, и появляются две новые фазы – Ni3Sn4 и Ni3Sn2. Покрытия, осажденные из электролита, содержащего 20 г/л CuCl2 и ОС-20, состоят из двух фаз Ni4Sn и Ni48SN52.
Анализ электронограмм отожженных осадков выявил общую закономерность - исчезновение текстуры и увеличение размера зерна. Например, для покрытий, осажденных из электролита без ОС-20, размер зерна увеличился до 40-50 нм, а из электролита с этой добавкой – до 100-120 нм.
Анализ электронограмм показывает, что произошли изменения и в фазовом составе покрытий. Фаза NiSn в покрытиях из электролита без ОС-20 заменена двумя фазами – Ni48Sn52 и Ni3Sn2, а в сплавах, полученных из электролита с концентрацией SnCl2 40 г/л и добавкой ОС-20, образовалась только одна фаза - Ni48Sn52.
Следует отметить, что после отжига изменяется и внешний вид покрытий, осажденных из электролитов с ОС-20, - из серебристо-белых они превращаются в зеркально-блестящие.
На основании полученных данных определен оптимальный состав электролита и режим электролиза для получения качественных Sn-Ni -покрытий.
