Гальванопокрытия сурьмой

Гальванопокрытия сурьмой используют для частичной замены оловянных при изготовлении печатных схем для обеспечения надежной пайки, для замены кадмия при защите стальных изделий от коррозии в морских условиях и др. Цвет покрытий серебристый блестящий.

Для осаждения сурьмяных покрытий применяют электролит (в г/л):

Сурьмяновиннокислый калий 50 — 70

Сегнетова соль 3 — 5

Соляная кислота (1,19), мл/л 3 — 5

Формалин, мл/л 0,5—1,0

Режим электролиза: температура электролита 20 ± 5°С, рН = 1,75 ÷ 1,9, i_к=0,5 ÷1,0 А/дм², η_к = 95 ÷ 98% и η_а = 100% (рН корректируют добавлением соляной кислоты). Электролит требует предварительной проработки в течение 10 — 20 ч при i_к = 0,25 А/дм² и S_a:S_к = 4:1. При этом можно получать качественные покрытия сурьмой толщиной до 200 мкм. Такие покрытия представляют интерес и для создания омических и выпрямляющих контактов на полупроводниках.

Процесс выделения сурьмы на катоде лимитируется кристаллизационной поляризацией, как и висмута, так как оба металла имеют электронное состояние s²p³_, и их кристаллические решетки определяются значительной ковалентной составляющей связи.

В тартратных растворах сурьмяные аноды легко пассивируются. Добавка сегнетовой соли способствует растворению пассивной пленки. Скорость растворения сурьмы (рис. 60, участок 1) не зависит от концентрации тартрат-ионов. Потенциал анодного растворения не изменяется и при замене тартратов цитратами.

Рис. 60. Кривые анодной поляризации сурьмы в тартратном электролите (рН = 1,8)

Максимум перенапряжения анодного растворения Sb соответствует рН = 5 (0,15 В). Это связано с нарастанием концентрационной поляризации по ионам Н⁺, так как растворение сурьмы происходит по реакции

Sb + Н₂O - 3ē -> SbO⁺ + 2Н⁺. Тартрат-ион играет основную роль в последующем образовании комплекса с ионами сурьмы, которое происходит даже в прианодном слое по реакции:

SbO⁺ + [tart]^2- -> [SbO(tarl)]^-.

Поэтому комплексообразование сурьмы является определяющим фактором при переходе от участка I к участку II. При недостатке тартрат-ионов у поверхности анода повышается концентрация ионов SbO⁺, что приводит к образованию малорастворимой трех-окиси сурьмы. При равенстве скоростей образования и растворении пассивной пленки скорость анодного процесса не зависит от потенциала.

Для получения качественных сурьмяных покрытий применяют электролиты (в г/л):

Сульфатно-щелочной

Na₂S 60-65

NaOH 25-30

Na₂CO₃ 35-40

Sb (в виде металла) 50 — 60 Солянокислый

НСl 100-110

Sb (в виде металла) 60-65

Водно-глицериновый NaOH 105-110

Sb (в виде металла) 20 - 25

Глицерин, мл/л 60 - 70

В первом электролите имеет место равновесие:

SbS^-₂ + S^{2- ->}_<- SbS^3-₃

и на катоде первичным процессом является восстановление комплексных дитиоантимонит-ионов. Последние восстанавливаются при отсутствии ионов SbS^-₂, и разряд их сопровождается выделением водорода.

В водно-глицериновом электролите при наличии щелочи сурьма содержится в виде комплексных анионов типа SbS^-₂ и SbS^3-₃. В солянокислом электролите катодное восстановление протекает с участием анионов SbCl₄^-или SbCl^3-₆.

Осадки сурьмы из сульфатно-щелочного электролита получаются аморфно-кристаллическими, из водно-глицериновых — кристаллическими, а из солянокислых — аморфными. Микротвердость сурьмяных покрытий в основном составляет 115 — 120 кгс/мм². На рис. 61 представлена зависимость η_к и коэффициента отражения сурьмяных покрытий от i_к в сульфатном электролите.

Рис. 61. Зависимость выхода но току (1) и коэффициента отражения (2) покрытия от плотности тока [1,5 г/л (Sb₂SO₄)₃, 150 г/л H₂SO₄]

Для скоростного осаждения сурьмы на полупроводники применяют электролит, который приготовляют следующим образом: 370 г металлической сурьмы растирают в ступке, просеивают через сито, помещают в фарфоровую чашку и заливают серной кислотой (1,84) в количестве 8 — 17 г.

Смесь подогревают при непрерывном перемешивании до прекращения выделения SO^2-₄ и образования однородной белой массы тестообразной консистенции. После этого в рабочую ванну из винипласта наливают 440 — 450 мл 40%-ной фтористоводородной кислоты и постепенно при перемешивании вводят полученную массу. Затем смесь разбавляют, вводя в нее 370 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивают и отстаивают в течение нескольких суток. Готовый электролит требует проработки при 20 ± 5 °С в течение 70 — 100 ч при i_к = 50 А/дм² с анодами из сурьмы. Режим электролиза: температура 15 —25 °С, i_к = 30÷50 А/дм², η_к=η_а=100%.

Петр Степанович Мельников. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении, 1979.