Электролитическое осаждение висмута из кислого лактатного электролита

Главная » Литература » Статьи » Электролитическое осаждение висмута из кислого лактатного электролита
Автор: Перелыгин Ю.П., Киреев С.Ю., Киреев А.Ю

Пензенский государственный университет

Покрытия висмутом и его сплавами достаточно широко применяются в промышленности в качестве антифрикционных и антикоррозионных покрытий, для создания электрических контактов на полупроводниках (на кремнии и германии они образуют выпрямляющий или омический контакт) и в качестве покрытий под пайку [1]. 

Для электроосаждения висмута и сплавов, содержащих висмут, в настоящее время применяют перхлоратные, фтороборатные, фенолсульфоновые, кремниефторидные, сульфатные, трилонатными, пирофосфатные и другие электролиты [1].

Основными достоинствами данных электролитов являются: хорошее качество покрытий при высоком катодном выходе по току и относительно высокая рассеивающая способность, однако, они содержат токсичные анионы, что делает их экологически опасными.

Молочная кислота широко распространена в природе, она является интермедиатом процессов обмена в биологических тканях, легко биоразлагаема и поэтому экологически безопасна. В настоящее время прослеживается тенденция замены токсичных анионов на менее токсичные. В связи с этим, разработка лактатного электролита висмутирования, представляет  определенный как практический, так и теоретический интерес.

Исследование влияния режима электролиза и состава раствора  осуществляли из электролита следующего состава: молочная кислота (80%, ГОСТ 490-79)  – 100 мл/л, нитрат висмута (на металл) – 10 г/л, сульфат натрия – 20 г/л, азотная кислота (концентрированная) – 50 мл/л при температуре 20º С и катодной плотности тока 0,3 А/дм2. 

При увеличении концентрации ионов висмута в электролите  от 10 до 20 г/л происходит снижение катодной плотности тока от 97,5% до 91,68%. Качество покрытий при этом улучшается. Дальнейшее повышение концентрации ионов висмута приводит к резкому ухудшению качества покрытий и снижению катодного выхода по току.

С увеличением концентрации молочной кислоты в электролите от 25 до 150 мл/л катодный выход по току висмута увеличивается от 90,4 до 98,7%. Покрытия при этом получаются светло-серые, хорошего качества. Повышение содержания молочной кислоты до 200 мл/л способствует понижению катодного выхода по току висмута до 55,1% и ухудшению качества покрытий.

Дальнейшие исследования проводили из электролита следующего состава: молочная кислота – 150 мл/л, нитрат висмута (на металл) – 10 г/л, сульфат натрия – 20 г/л, азотная кислота (концентрированная) – 50 мл/л с применением нерастворимого платинового анода.

Повышение катодной плотности тока от 0,3 до 0,5 А/дм2 понижает выход по току висмута от 96,8 до 93,9%, что обусловлено повышение доли тока идущего на выделение водорода. Дальнейшее повышение катодной плотности тока до 0,75 А/дм2, приводит к резкому уменьшению катодного выхода по току висмута до 4,9% и ухудшению качества покрытий.

Повышение температуры от 12 до 24 ?С приводит к увеличению катодного выхода по току висмута от 93, до 96,8%, тогда как при более высоких температурах катодный выход по току висмута снижается до 87,8%, что по-видимому, объясняется увеличением скорости химического растворения покрытия или увеличением выхода по току выделения водорода.

Перемешивание раствора резко ухудшает качество осадков и снижает катодный выход по току висмута.

Таким образом, на основании проведенных исследований для электрохимического осаждения высококачественных покрытий висмутом можно рекомендовать малотоксичный электролит следующего состава: молочная кислота – 150 мл/л, нитрат висмута (на металл) – 10 г/л, сульфат натрия – 20 г/л, азотная кислота (концентрированная) – 50 мл/л. При катодной плотности тока – 0,3 А/дм2 и температуре – 20-25?С катодный выход по току составит 95-98%. Скорость осаждения покрытия висмутом при данных режимах электролиза равна - 7,5 - 7,6 мкм/час.

Литература:
1. Гальванотехника: Справ. изд. Ажогин Ф. Ф., Беленький М. А., Галь И.Е. и др. М.: Металлургия, 1987. 736 с.