Сплав олова и свинца

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ: «СПЛАВ ОЛОВА И СВИНЦА»

МИНСК 2008



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СПЛАВЕ

ДИАГРАММА ПЛАВКОСТИ СИСТЕМЫ СВИНЕЦ-ОЛОВО

ПОКРЫТИЯ СПЛАВОМ ОЛОВО - СВИНЕЦ

ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ СПЛАВОМ ОЛОВО-СВИНЕЦ (ПОС-60)

ОСВЕТЛЕНИЕ И ОПЛАВЛЕНИЕ ПОКРЫТИЯ ОЛОВО-СВИНЕЦ

ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ОЛОВО - СВИНЕЦ

ПРИМЕНЕНИЕ СПЛАВА

УДАЛЕНИЕ ОЛОВЯННЫХ И СВИСЦОВЫХ ПОКРЫТИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Сплавы - макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже - металлов и неметаллов) с характерными металлическими свойствами. В более широком смысле сплавы - любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорганических соединений и т. д. Многие сплавы были известны в глубокой древности и уже тогда имели обширное практическое применение. Техническое значение металлических сплавов объясняется тем, что многие их свойства (прочность, твердость, электрическое сопротивление) гораздо выше, чем у составляющих их чистых металлов.

Называют сплавы исходя из названия элемента, содержащегося в них в наибольшем количестве. Элементы, вводимые в сплав для улучшения их свойств, называют легирующими, а сам процесс - легированием.

По характеру металла-основы различают черные сплавы (основа - Fe), цветные сплавы (основа - цветные металлы), сплавы редких металлов, сплавы радиоактивных металлов. По числу компонентов сплавы делят на двойные, тройные и т. д.; по структуре - на гомогенные (однородные) и гетерогенные (смеси), состоящие из нескольких фаз; по характерным свойствам - на тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозиоиностойкие, сплавы со специальными свойствами и др. По технологии производства выделяют литейные (для изготовления деталей методом литья) и деформируемые (подвергаемые ковке, штамповке, прокатке, прессованию и др. видам обработки давлением).

Структура и получение. Физико-химической основой создания сплавов являются диаграмма состав-свойство и диаграмма состояния соответствующих систем, позволяющие определять свойства сплава в условиях их термической обработки. Диаграммы состояния строят на основании экспериментальных данных или расчетным путем с использованием различных термодинамических моделей. В настоящее время в той или иной степени диаграммы состояния известны для большинства имеющих практическое значение двойных и тройных систем.

Сплавы в кристаллическом состоянии представляют собой поли-кристаллические тела, состоящие из большого числа мелких (10 --³ -10 --⁷ м), различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллов, называемых кристаллитами или зернами. Фазы кристаллических сплавов представляют собой твердые растворы или химические соединения двух или более металлов.

Максимальное, количество равновесных фаз в сплавах определяется числом составляющих его компонентов. Форма, размеры и характер взаимного расположения фаз в сплаве характеризуют его структуру. Различают макроструктуру (строение сплава, видимое невооруженным глазом или при увеличении в 30-40 раз) и микроструктуру {строение сплава, наблюдаемое с помощью светового или электронного микроскопа с увеличением в 100 тыс. раз). Макроструктуру обычно исследуют по излому и на специальных макрошлифах. Кристаллические сплавы имеют зернистый (кристалличический) излом. По нему судят о размерах зерна, условиях выплавки и кристаллизации, термической обработке и свойствах сплава. Микроструктура показывает взаимное расположение фаз, их форму и размеры. Для изучения микроструктуры из сплава изготовляют микрошлиф, т. е. небольшой образец, одну из плоскостей которого тщательно шлифуют, полируют и подвергают травлению. По микроструктуре можно оценить величину некоторых механических свойств сплава./1/



ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СПЛАВЕ

Оловянно-свинцовые сплавы имеют светло серый цвет. Покрытия такими сплавами легко паяются и сохраняют способность к пайке длительное время (в отличие от чистого олова). Такие покрытия также хорошо обеспечивает спекание деталей. Покрытия оловянно-свинцовыми сплавами применяют для защиты изделий от коррозии в морской воде и ряде других агрессивных сред.

Сплав может быть осажден в весьма широких диапазонах по составу. Наибольшей химической стойкостью обладает сплав с содержанием свинца и олова по 50 %. Оловянно-свинцовые сплавы с содержанием олова от 5 до 17 % применяют как антифрикционные, особенно в сочетании с маслами, где чистый свинец легко растворяется. Покрытия такого состава также выполняют роль смазки при штамповке деталей из листовой стали./2/

Значительное распространение в промышленности получили сплавы на основе свинца и олова с добавлением легирующих элементов. Эти сплавы применяются, в основном, для работы трущихся деталей в тяжелых условиях, в частности, двигателей внутреннего сгорания, когда коррозионное воздействие топлив и масел при повышенной температуре воздействует на свинец.

Стандартный потенциал олова - 0,136 В.

Стандартный потенциал свинца - 0,126 В.

Катодные и равновесные потенциалы свинца и олова довольно близки, поэтому самоосаждаются из растворов простых солей. Свинец и олово не образуют ни твердых растворов, ни химических соединений.

ДИАГРАММА ПЛАВКОСТИ СИСТЕМЫ СВИНЕЦ-ОЛОВО

Область I отвечает жидкому раствору; области II и III - твердым растворам. В участках. Заштрихованных нодами, система состоит из двух фаз. Лля выяснения возможных превращений в системе растворим равновесные состояния. Через которые проходят при охлаждении два различных раствора.

По мере отвода теплоты от жидкого раствора, исходное состояние которого характеризуется фигуративной точкой k, температура понижается и фигуративная точка опускается. Точка l отвечает предельному охлаждению выделяется твердый раствор, состав которого меняется по линии солидуса со; состав равновесного с ним жидкого раствора меняется по линии ликвидуса са . Таким образом, например, фигуративной точке всей системы m отвечают точки m^// и m^/ равновесных жидкого и твердого растворов. В момент достижения температуры. Которой отвечает точка n, система состоит из жидкого раствора а и твердого раствора о.

Жидкий раствор а. как показывает диаграмма, может находиться в равновесии одновременно с двумя твердыми растворами о и р.

ПОКРЫТИЯ СПЛАВОМ ОЛОВО-СВИНЕЦ

Свинцовые покрытия применяют для защиты металлических изделий от воздействия серной кислоты, сернистых газов и других сернистых соединений. При взаимодействии свинцовых покрытий с серной кислотой или ее солями на поверхности деталей образуется пленка сернокислого свинца, которая защищает металл от дальнейшего разрушения. Другие кислоты (органические и неорганические) реагируют со свинцовыми покрытиями, а в присутствии щелочей покрытия разрушаются.

На воздухе окисляется только поверхность покрытий (без проникновения вглубь). В дистиллированной воде они ведут себя хуже, чем в технической, что объясняется образованием пленки из углекислого свинца за счет растворенной в воде углекислоты. Механическая прочность освинцованных железных изделий значительно выше свинцовых, так как свинец мягче железа.

Свинцеванию подвергают изделия из стали, чугуна, меди, алюминия и их сплавов. В целях надежной защиты деталей от коррозии применяют непористые свинцовые покрытия толщиной 70--150 мкм. Чаще свинец используют в сплавах с другими металлами. Так, например, сплавы свинца с оловом или висмутом применяют для улучшения паяемости; с медью и оловом -- для покрытия вкладышей, работающих на трение; с серебром -- для улучшения износостойкости; с золотом -- для придания своеобразных декоративных оттенков; с иридием или таллием -- для повышения допустимых давлений и скоростей скольжения и т. д.

Составы электролитов и режимы свинцевания. Для получения свинцовых покрытий большой толщины применяют триполифосфатный электролит (в г/л):

Na₅Р₃0₇ ........................... 100-150

РЬ (в виде металла) ....... 15-20

Трилон Б ………………..30-40

Желатина ........................0,1-0,3

Режим электролиза: температура электролита 50--60°С, i_К = 0,5 - 0,8 А/дм², i_а = 0,15 А/дм², аноды - из свинца; n_к = 70-100%. Покрытия получают светлыми и с мелкокристаллической структурой любой толщины.

С увеличением температуры электролита предельный ток снижается, а равновесный потенциал катода несколько сдвигается в сторону положительных значений. При введении в электролит трилона Б и желатины и прочих равных условиях кривая катодной поляризации сдвигается в сторону отрицательных значений. Сдерживающим фактором в общем электрохимическом процессе свинцевания с использованием полифосфатного электролита является анодный процесс, так как происходит значительная пассивация, что приводит к частой механической очистке поверхности анода от пассивной пленки или удалению ее в растворах азотной кислоты.

Наряду с приведенным составом применяют борфтористоводородный электролит (в г/л):

2РЬСО_э*РЬ(ОН)₂.......... 200-250

НF……......................... 50-60

Н_эВО_э............................ 20-25

Клей столярный .......... 0,2

Режим электролиза: температура электролита 15--25°С, i_к = 1,0-

1,5 А/дм², аноды -- из свинца. Из такого электролита получают непористые покрытия толщиной > 100 мкм. При повышении концентрации Н₃В0₃ увеличивается стабильность электролита и исключается возможность образования шлама из фтористого свинца.

Для свинцевания применяют и сульфаматный электролит (в г/л):

Сульфамат свинца ........................................... 50 -- 150

Сульфамииовая кислота (свободная) ............ 50-100

Клей столярный …………………………......... 1 -- 1,5

Режим электролиза: температура электролита 15 --25°С, рН = 1 - 1,5, i_К = 1,5 - 2 А/дм², аноды -- из свинца; необходимо перемешивание электролита. Стальные детали перед свинцеванием в таком электролите следует меднить или никелировать.

Независимо от состава электролита свинцовые аноды не должны содержать сурьму, медь, серебро. Последние вызывают шероховатость покрытия. Незначительное содержание Вi, Sn и Zn не оказывает влияния на качество свинцовых осадков./3/

ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ СПЛАВОМ ОЛОВО-СВИНЕЦ (ПОС-60)

Защитные покрытия проводящего рисунка на платах должны выполнять в основном две функции: защиту проводников при вытравливании меди, т. е. роль металлорезиста, и пайку выводов радиоэлементов.

В качестве металлорезиста могут быть использованы различные сплавы олова, серебро, золото, однако при пайке на волне расплавленного припоя хорошую растекаемость припоя с применением канифольных флюсов обеспечивает только сплав олово--свинец, соответствующий эвтектическому сплаву ПОС-60.

Другие сплавы олова и чистое олово для покрытия печатных плат непригодны не только из-за быстрой потери способности к пайке на волне припоя, но и вследствие склонности покрытий к иглообразованию после длительного хранения и практической невозможности их оплавления.

Особую ненадежность плат при длительном хранении и монтажно-сборочных операциях создает введенное в практику некоторых предприятий покрытие олово--кобальт и олово--висмут с содержанием легирующих присадок в количестве 0,005--0,05 %. В условиях серийного производства эти присадки исчезают из покрытия и на проводниках получается по существу покрытие из чистого олова, которое, как хорошо известно, быстро теряет способность к пайке, подвержено разрушению при низких температурах и росту очень прочных, пронизывающих любые материалы игольчатых кристаллов («вискеры», «усы»). Даже при наличии указанных присадок на отдельных предприятиях, применивших покрытия олово--кобальт и олово--висмут, имели место случаи иглообразования, а плохая способность к пайке вынудила предприятие применить дополнительное лужение сплавом Розе, что ведет к чрезвычайно нерациональному расходу олова и других ценных металлов (висмут). Серебро, применявшееся для этой же цели на отдельных предприятиях, в настоящее время исключено из производственной практики как драгоценный металл и как металл, способный к миграции в диэлектрик, что приводит к снижению электроизоляционных свойств печатных плат.

Олово легко образует электролитические сплавы со свинцом, в которых соотношение олова и свинца зависит от состава электролита и режимов электроосаждения.

Концентрация солей олова и свинца в электролите определяет и соотношение металлов в осадке, однако при одном и том же составе электролита имеет место значительный разброс в составе сплава в зависимости от содержания поверхностно-активных веществ. Так, например, при снижении содержания олова в сплаве в электролит добавляют столярный клей, вследствие чего возрастает содержание олова. Это явление обусловлено тем, что некоторые поверхностно-активные вещества, увеличивая катодную поляризацию более электроположительного металла, т. е. свинца, снижают скорость его осаждения по сравнению с осаждением олова, в результате чего увеличивается содержание олова в сплаве. Это имеет большое значение при нанесении покрытия на печатные платы, так как условия осаждения сплава олово-свинец в отверстии и на проводнике значительно отличаются. Вследствие большого различия в плотности тока сплав олово-свинец на проводнике более богат оловом, чем сплав в отверстии. В результате этого смачиваемость припоем стенок отверстий и контактных площадок различна, что отрицательно влияет на качество пайки, осуществляемой на волне припоя. С целью обеспечения хорошей растекаемости припоя следует применять также электролиты, которые позволяют получать одинаковый по составу сплав в большом диапазоне рабочей плотности тока. Стабильный по всей плате состав сплава необходим также и для того, чтобы обеспечить качественное выполнение операции оплавления.

В производстве печатных плат получили распространение фторборатные электролиты, обеспечивающие осаждение сплава, содержащего 60 % олова. Состав приведен в табл.1.



Таблица1. Электролиты для получения олово-свинцового покрытия

Компоненты и режим работы	Номер раствора
	1	2
Фторборат олова (в пересчете на металл) Фторборат свинца (в пересчете на металл) Борфторнстоводородная кислота (свободная) Борная кислота Пептон или мездровый клей Гидрохинон Температура, °С Катодная плотность тока, А/дм2	50--60 25--40 40-75 25--30 3-5 1,0 18--25 1-2	14--18 7--9 250--280 20--30 4--6 0,8--1,0 18--25 1--2

Скорость осаждения сплава при плотности тока 2 А/дм² -1 мкм/мин.

Электролит 1 (ГОСТ 23770--79) широко применяется в гальванотехнике для покрытия металлических деталей. Неоднородность состава сплава на отдельных участках печатных плат колеблется в пределах 40--60 % по олову, поэтому сплав плохо оплавляется и при монтажно-сборочных операциях возникает необходимость горячего обслуживания плат припоем ПОС-60.

Электролит 2 рекомендован отраслевой нормативно-технической документацией для покрытия печатных плат. Значительное увеличение содержания борфтористоводородной кислоты по отношению к солям олова и свинца обеспечивает достаточно однородный состав сплава при различных плотностях тока в пределах 0,5--2,0 А/дм². Однако повышенное содержание НВР₄ обусловливает более агрессивное воздействие электролита на фоторезисты, а фоторезист на основе поливинилового спирта слабо устойчив в нем, что приводит к так называемым пробоям в процессе нанесения гальванического покрытия. Корректирование электролита по основным компонентам производится по данным химического анализа не реже двух раз в месяц; корректирование электролита по добавочным компонентам (пептон, клен и др.) -- на основе данных табл. 1, определяющей причины тех или иных неполадок, связанных с присутствием ПАВ.

По мере накопления органических примесей производится периодическая очистка электролита от них посредством обработки активированным углем с последующей фильтрацией. В результате подобной обработки теряются органические добавки, введенные в электролит при его приготовлении, поэтому необходимо эти добавки вводить в полном объеме в соответствии с заданным составом (табл. 2).

С целью замены дорогостоящей борфтористоводородной кислоты па более дешевый материал на ряде предприятий применяют кремнефторидные электролиты, полученные на основе кремнефтористо-водородной кислоты , являющейся отходом производства фосфорнокислых удобрений и поэтому более дешевой и доступной.

Таблица 2. Основные неполадки при покрытии сплавом олово--свинец

Характер неполадок	Возможные причины
Ухудшение способности к пайке Шероховатость покрытия («набросив) Осаждение «подгорелых» покрытий, склонность к дендритообразованию Плохая рассеивающая способность Недостаточное количество олова в сплаве Полосчатость покрытия	Изменение состава сплава; накопление в электролите меди более 0,05 г/л Накопление механических примесей Поинжеииое содержание НВF4; недостаток клея или другого ПАВ Недостаток свободной НВF4, недостаток выравнивающих добавок Пониженное содержание олова в электролите, недостаток клея или другого аналогичного ПАВ, избыточное количество свинца в электролите, интенсивное перемешивание, пониженная катодная плотность тока Накопление органических примесей вследствие выщелачивания фоторезистов или попадания масел с механизмов, обслуживающих ванны

Состав электролита (г/л)

Кремнефторид свинца............................... 17--25

Кремнефторид олова................................. 50--80

Кремнефтористая кислота (свободная)..... 40--60

а-нафтол .........................................…… 0,2

Тиомочевина............................................... 12--13

Желатина..................................................... 2

Температура электролита -- 18--25 °С, катодная плотность тока для получения сплава, содержащего 60 % олова, должна составлять 1,3--1,5 А/дм². При отклонениях плотности тока от этих значений состав сплава изменяется в соответствии с законами электрохимии.

Для электроосаждеиия сплава олово--свинец с содержанием олова 60±5 % институтом неорганической химии АН Латв. ССР разработан электролит следующего состава (г/л) :

Олово (в пересчете иа металл)............35--40

Свинец (в пересчете на металл) ....... 20--25

Пирофосфат калия, свободный...........130--250

Солянокислый гидразин......................8--12

Добавка ДДДМ................................... 1,0

Гидролизованиый клей..................... 1,5

Величина рН 8,3--8,9. температура электролита 18--28 °С, катодная плотность тока 2--4 А/дм².

Солянокислый гидразин стабилизирует содержание Sn²⁺, предотвращая его окисление до четырехвалентного состояния.

Добавка ДДДМ представляет собой соединение: 4,4 диамино 3,3 диметокендифенилметаи к в сочетании с клеем обуславливает постоянство содержания олова в сплаве в рабочем интервале плотностей тока.

Основным преимуществом пирофосфатного электролита является его меньшая агрессивность по отношению к -фоторезисту, чем у фторборатиого электролита, поэтому в нем меньше накапливается продуктов разложения, которые включаясь в покрытие, ухудшают его качество.

Для обеспечения постоянства состава сплава, а также стабильности его физико-химических свойств необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.

· Перемешивание электролита осуществляют медленным покачиванием плат в процессе электролиза (период качания 1-2 с)/ Более интенсивное покачивание вызывает снижение катодной поляризации свинца и его увеличение в составе сплава.

· Во избежание заноса в электролит сульфат-иона перед нанесением покрытия операцию активирования проводят в 10 %-ном растворе борфтористоводородиой кислоты и без промывки переносят платы в ванну для покрытия сплавом.

· Аноды из сплава олово-свинец с 60 %-ным содержанием олова и 40 %-ным - свинца применяют в виде металла, поставляемого по ТУ 48-13-20-77.

В том случае, если они готовятся на месте сплавлением свинца и олова, следует следить за тем, чтобы в этих металлах примеси меди, висмута, сурьмы, мышьяка и железа не превышали 0,003 % от каждого вида примесей.

· С целью исключения возможности накопления меди в электролите необходимо не допускать падения плат на дно ванны и не поднимать уровень электролита в ванне выше крючков, на которых висят аноды.

Удаление сплава олово--свинец с разъемов печатных плат производят химическим растворением покрытия в одном из следующих растворов: раствор 1--борфториставодородная кислота (330 мл), пергидроль (70 мл), вода (до 1 л). Температура раствора 18--25 °С. Продолжительность обработки 3--5 мин; раствор 2 -- азотная кислота (400--500 мл/л), фторборатная медь (5--10 г/л), препарат ОС-20 (2--5 г/л). Температура раствора 18--25 °С, скорость растворения 3--4 мкм/мин./4/



ОСВЕТЛЕНИЕ И ОПЛАВЛЕНИЕ ПОКРЫТИЯ ОЛОВО-СВИНЕЦ

химический сплав олово свинец

Осветление покрытия.

В результате применения щелочных растворов травления оловянно-свиицовое покрытие частично растворяется в этих растворах и образующиеся продукты растворения в виде темного шлама обволакивают поверхность покрытия и препятствуют выполнении) последующих операций (оплавление или пайка выводов электрорадиоэлементов). Для удаления травильного шлама с поверхности покрытия платы погружают в так называемый осветляющий раствор состава: тиомочевина -- 80--85 г/л; соляная кислота (1,19) -- 50--60 мл/л; этиловый спирт или синтанол ДС-10-- 5--6 мл/л; продукт ОС-20--8--10 мл/л. Температура раствора 18-- 25 °С, продолжительность обработки 1--1,5 мин.

Раствор приготовляют следующим образом. Ванну (1/5 объема) заполняют водой и вливают в нее соляную кислоту. Затем отдельно растворяют тиомочевину и вливают полученный раствор в ванну.

К смеси приливают спирт и продукт ОС-20, после чего доливают ванну водой до уровня.

С целью снижения стоимости расходуемых материалов можно применять технические продукты: тиомочевину по ТУ 6-09-4041--75; этиловый спирт.

Операцию осветления можно проводить в растворах, отличающихся по составу от вышеприведенного.

Так, например, фторборатный раствор состава: борфтористо-водородная кислота -- 100 мл, тиомочевина -- 100 г, смачиватель ОП-7--10 мл, вода -- до 1 л осветляет покрытие при температуре 50-- 60 °С в течение 1--2 мин.

Оплавление покрытия.

Гальваническое покрытие олово--свинец типа ПОС-60 представляет собой эвтектический сплав, температура плавления которого 183 °С. Покрытие поэтому легко расплавляется и в жидком виде стекает с поверхности проводников на их боковые стенки. Оплавление покрытия -- несложная операция, но она обеспечивает получение ряда преимуществ, поэтому применяется в производстве более ответственных по назначению плат. Оплавление покрытия преследует следующие цели: превратить губчатую и склонную к коррозии поверхность в гладкую блестящую; защитить боковые стенки проводников от коррозии и электрокоррозии в случае, если два соседних проводника в условиях эксплуатации разнополярны; улучшить способность к пайке после длительного (более 1 г) хранения; устранить «навесы» металла по кромкам проводников; исключить возможность роста нитевидных кристаллов («усов») в условиях длительного хранения, и эксплуатации; снизить на 15--20 °С температуру расплавленного припоя при пайке на волне; исключить из технологического процесса операцию горячего облуживания; контролировать качество проводящего рисунка, так как операция оплавления является достаточно жестким испытанием для плат.

Оплавление осуществляют погружением в жидкий теплоноситель или воздействием инфракрасного излучения. В первом случае в качестве теплоносителя применяют жидкости, обладающие устойчивостью при температурах 220--240 °С, и негорючие -- при этих же условиях. Такими жидкостями являются лапрол (ТУ 6-05-1679--74), масло ТП-22 (ТУ 38-1013-60-- 73), олиго-эфир ОЖ-1 (ТУ 6-05-221-489--81). Оплавление обычно производят погружением на 15 с в нагретый до 230± 10 °С теплоноситель. Наиболее эффективным является оплавление на волне теплоносителя ОЖ-1 в автоматической установке, аналогичной установке для пайки на волне припоя, в которой контакт платы с жидкостью длится не более 5 с при температуре жидкости 220--230 °С. После оплавления покрытия жидкость ОЖ-1 смывается горячей водой. В случае использования масла ТП-22 отмывка его производится трихлорэтиленом.

Операцию отмывки лучше всего производить в установках, где струйная промывка сочетается с механическим воздействием вращающихся щеток. В последней секции отмывочного агрегата устанавливаются валки, которые отжимают воду с поверхности плат.

Сушка плат может осуществляться с помощью ТЭНов или керамических нагретых панелей, которые испаряют влагу за счет инфракрасного излучения во время перемещения платы по конвейеру между нагретыми поверхностями.

Оплавлению в инфракрасных лучах предшествует флюсование в спиртоканифольном флюсе или в растворе состава (масс, доли, %): олеиновая кислота -- 20; этиловый спирт -- 35; продукт ОС-20--45. Вязкость флюса по ВЗ-4 равна 12--15 с.

Раствор приготавливают посредством смешивания олеиновой кислоты со спиртом и затем в нагретую до 45--55 °С смесь вводят при помешивании продукт ОС-20. Флюс наносят окунанием и подсушивают на воздухе в течение 3--5 мин. Продукт ОС-20 по истечении нескольких дней употребления флюса выпадает в осадок, поэтому периодически флюс необходимо прогревать для растворения этого продукта.

В установках для оплавления в инфракрасном излучении скорость конвейера меняется для того, чтобы продолжительность облучения, увеличивалась по мере увеличения толщины платы. Так, для плат толщиной 1 мм скорость конвейера 1,2--1,3 м/мин, а для плат толщиной 2 мм скорость конвейера 1,0--1,1 м/мин.

Для защиты плат от коробления применяют рамки из текстолита, в которые вставляются платы перед укладкой их на конвейер. После оплавления флюсы смываются: спирто-канифольный -- в спирто-бензиновой смеси; олеиновый -- в теплой воде (50--55 °С) в течение 5--10 мин. Качество отмывки водорастворимых флюсов и жидких теплоносителей можно значительно повысить, используя ультразвуковые установки.

Следует обратить внимание на то, что толщина оловянно-свинцового покрытия на платах должна быть минимальной (не более 15 мкм), в противном случае происходят большие наплывы металла в отверстиях, каплеобразоваиие и другие дефекты./4/

ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ОЛОВО - СВИНЕЦ

Электрооосаждение покрытий сплавом олово - свинец проводится во фторборатных, кремнийфтористых, пирофосфатных, перхлоратных, сульфаматных и феносульфоновых электролитах.

Наиболее широко используются фторборатные электролиты. В этих электролитах можно получить сплавы любого состава - от чистого свинца до чистого олова путем регулирования состава электролита и режима электролиза. При этом для данного состава электролита большей плотности тока соответствует повышенное содержание олова в катодном осадке, т.к. потенциал свинца несколько благороднее потенциала олова. Выход сплава по току близок к теоретическому из-за высокого перенапряжения водорода на свинце, олове и оловянно - свинцовые сплавах. Олово в электролиты вводят анодным растворением. После приготовления электролиты необходимо проработать током при катодной плотности тока около 2 А/дм².

СОСТАВ (г/л) ФТОРБОРАТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ПРИ 18 25 С СПЛАВОВ ОЛОВА СО СВИНЦОМ.

Электролит	Pb(BF4)2	Sn(BF4)2	HBF4	H2BO3	Клей столярный	i, А/дм2	Sn, % (в сплаве)
1	50 - 60	5 - 10	100 - 140	-	-	1 - 2	5 - 11
2	100 - 200	50 - 75	100 - 200	15 - 25	1 - 3	1 - 3	5 - 17
3	100 - 120	30 - 40	250 - 300	25 - 40	1 - 2	1 - 2	20 - 25
4	15 - 20	25 - 30	250 - 300	25 - 30	3 - 5	1 - 2	60



В электролите 1 содержится 1 г/л желатина. В электролите 4 содержится 0,8 - 1,0 г/л гидрохинона.

Присутствие клея или другого коллоида в электролите необходимо для получения осадков с мелкокристаллической структурой, а также для обеспечения необходимого содержания олова в осадке. С увеличением содержания клея увеличивается содержание олова в сплаве, а при полном отсутствии клея выделяется один свинец.

Фенолсульоновый электролит применяют для нанесения прочносцепленных оловянно - свинцовых покрытий на подшипниковые сплавы, содержащие олово (баббиты и бронзы).

Пирофосфатные электролиты имеют более высокую рассеивающую способность, чем фторборатные, отличаются простотой приготовления и неагрессивностью. Электролиз ведут обычно при перемешивании. Содержание олова в покрытии увеличивается при увеличении температуры и плотности тока. Выход по току (анодный) может достигать 100%.

Кремнийфтористые электролиты очень дешевы./5/

ЭЛЕКТРОЛИТЫ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВОВ СВИНЦА С ОЛОВОМ.

Электролит	Состав, г/л.	t, С.	i, А/дм2	Аноды	Sn, % (в сплаве)
Фенол-сульфоновый	Фенолульфоновые: Свинец 100 - 130, Олово 25; Кислота 60 - 90, Желатин 2	20 - 40	1 - 2	Сплав с 10 % Sn	8 - 12
Пиро-фосфатный	Нитрат свинца 15 - 18, Пирофосфаты олова 20 - 22, Пирофосфаты натрия 120.	60	0,5 - 4	Сплав с 10 % Sn	1 - 12
Кремний фтористый	Кремнийфториды: Свинца 100 - 150, олова 40 - 60; Кремнийфтористоводородная кислота 60 - 100; Клей столярный 1	18 - 25	4 - 5	Сплав Pb с Sn	16 - 18

ПРИМЕНЕНИЕ СПЛАВА

Чаще всего оловянные сплавы применяют в качестве антифрикционных материалов или припоев. Первые позволяют сохранять машины и механизмы, уменьшая потери на трение; вторые соединяют металлические детали.

Одна треть олова идет на изготовление припоев. Припои - это сплавы олова в основном со свинцом в разных пропорциях в зависимости от назначения. Сплав, содержащий 62% Sn и 38% Pb, называется эвтектическим и имеет самую низкую температуру плавления среди сплавов системы Sn - Pb. Он входит в составы, используемые в электронике и электротехнике. Другие свинцово-оловянные сплавы, например 30% Sn + 70% Pb, имеющие широкую область затвердевания, используются для пайки трубопроводов и как присадочный материал. Применяются и оловянные припои без свинца. Сплавы олова с сурьмой и медью используются как антифрикционные сплавы (баббиты, бронзы) в технологии подшипников для различных механизмов. Современные оловянно-свинцовые сплавы содержат 90-97% Sn и небольшие добавки меди и сурьмы для увеличения твердости и прочности. В отличие от ранних и средневековых свинецсодержащих сплавов, современная посуда из cплавов олова безопасна для использования.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~70° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85-90% олова (остальное - свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк. Из всех антифрикционных сплавов наилучшими свойствами обладают оловянные баббиты, в составе которых до 90% олова. Мягкие и легкоплавкие свинцовооловянные припои хорошо смачивают поверхность большинства металлов, обладают высокой пластичностью и сопротивлением усталости. Однако область их применения ограничивается из-за недостаточной механической прочности самих припоев.

УДАЛЕНИЕ ОЛОВЯННЫХ И СВИНЦОВЫХ ПОКРЫТИЙ

Один из эффективных щелочных растворов, получивших наиболее широкое применение для снятия олова со стали, имеет следующий состав (г/л):

NaOH…120

Нитроароматическое соединение…30

Режим обработки: t=80^оС.

Из нитроароматических соединений рекомендуют нитробензойную кислоту и ее соли, в присутствии которых растворение олова в щелочи значительно ускоряется.

Кислый раствор для удаления олова с меди и латуни имеет следующий состав (г/л):

FeCI3*6H2O…75-100

CuSO4*5H2O…135-160

Ледяная уксусная кислота…175

Режим обработки: t=20-35^оС

Окислителями в этом растворе служат ионы Fe²⁺, Cu²⁺. Так как при растворении олова эти ионы восстанавливаются до ионов низшей валентности, то для их окисления в раствор периодически добавляют H2O2 или персульфат калия.

Олово хорошо растворяется в щелочном растворе, содержащем 0,5н. NaNO3 при создании гальванической пары с угольным электродом, более положительным относительно олова.

Удаление некачественных свинцовых покрытий можно производить химическим или электрохимическим способом. Наиболее простой электрохимический способ заключается в анодном растворении свинца в 10%-ном растворе щелочи при температуре 60-70^оС и аеодной плотности тока ik=3 А/дм². В раствор рекомендуется добавлять глицерин или сегнетову соль./3/



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Олово легко образует сплавы со многими металлами. Оловянные покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид. Оловянные и оловянно-свинцовые покрытия можно наносить, погружая специально приготовленный предмет в ванну с расплавом, однако большинство оловянных покрытий и сплавов олова со свинцом, медью, никелем, цинком и кобальтом осаждают электролитически из водных растворов. Наличие большого диапазона составов для покрытий из олова и его сплавов позволяет решать многообразные задачи промышленного и декоративного характера.

Одним из недостатков покрытий чистым оловом является быстрая потеря способности к пайке (после 1--2 недель), а также образование самопроизвольно растущих нитевидных кристаллов («вискеров» или «усов»), что недопустимо при изготовлении радиоэлектронных приборов, особенно печатных плат. Легирование олова висмутом, никелем, свинцом, кобальтом предотвращают как возникновение «усов», так и аллотропные видоизменения олова при низких температурах, сопровождающиеся превращением его в порошкообразное состояние («оловянная чума»).



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Химическая энциклопедия: В 5т.: т.4: Полимерные - Трипсил/ Редкол.: Зефиров Н.С.(гл. ред.)и др. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. - 639с.

Беленький М.А., Иванов А.Ф. Электроосаждение металлических покрытий. Справ. изд. М.: «Металлургия», 1985. - 288с.

Мельников П.С. Справочник по гальванипокрытиям в машиностроении. - М.: Машиностроение. 1979. - 296с.

Ильин В.А. Технология изготовления печатных плат. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение 1984. - 77с. (Б-чка гальванотехника/Под ред. П.М.Вячеславов; Вып 9).

Практикум по прикладной электрохимии: Учебное пособие для вузов/Н.Г. Бахчисарайцьян, Ю.В. Борисоглебский, Г.К. Буркат и др.; Под ред. В.Н. Варыпаева, В.Н. Кудрявцева. - 3-е изд., перераб. - Л.: Химия,1990. - 304с.

Размещено на Allbest.ru