Гальванопокрытия висмутом

В большинстве случаев гальванопокрытия висмутом применяют для создания электрических контактов на полупроводниках (на кремнии и германии они образуют выпрямляющий или омический контакт). Висмутовые покрытия имеют серебристо-белый цвет и температуру плавления 270°С. Для осаждения покрытий применяют растворимые висмутовые аноды по ГОСТ 10928-75.

В большинстве случаев висмут осаждают из перхлоратного электролита (в г/л):

Bi(ClO₄)₃ 50-60

НClO₄ 350-400

Желатина 1 - 1,5

или фенол 2-3

Режим электролиза: температура электролита 20 ± 5°С, i_к = 1÷ 3 А/дм², аноды — из висмута.

Скорость анодного процесса при малых значениях i_а определяется скоростью отрыва второго электрона по схеме

Bi-ē->Bi⁺ - ē -> Bi²⁺ - ē -> Bi³⁺.

При больших значениях i_а стадией, определяющей скорость, становится отрыв первого электрона. Это связано с нестабильностью ионов низшей валентности и способностью иона Bi⁺ переходить в Bi²⁺ или Bi³⁺:

2Bi⁺ -> Bi²⁺ + Bi или 3Bi⁺ -> Bi³⁺ + 2Bi.

Накопление ионов Bi⁺ приводит к изменению лимитирующей стадии на катоде:

Bi³⁺ + ē -> Bi²⁺ + ē -> Bi⁺ + ē -> Bi.

При потенциалах осаждения висмута водород практически не выделяется. В присутствии ионов Сl^- заметно ускоряются электрохимические процессы. В соответствии с этим i_к увеличивается при добавлении НСl. Добавки желатины или фенола, наоборот, снижают i_к, так как блокируют часть катодной поверхности. Через 2 мин после начала адсорбции желатина закрывает 60% поверхности катода, а фенол ~98%.

Наряду с перхлоратным электролитом для получения качественных покрытий применяют и азотнокисло-трилоновый (в г/л):

Bi(NO₃)₃ 16-20

Трилон Б 150-170

Аммоний лимоннокислый 20 — 25

Клей столярный 2,5 — 3,0

Режим электролиза: температура 20-25°С, i_к = 0,5÷ 1,0 А/дм², рН = 9,0÷8,5, аноды — из угля. Покрытие висмута из такого электролита имеют микротвердость порядка 130—140 кгс/мм² и внутреннее напряжение ~ 1 кгс/см².

Устойчивость и стабильность электролита зависит от соотношения содержания трилона Б и соли висмута.

При соотношении от 3 до 4 покрытия получаются плотными и мелкокристаллическими, что объясняется смещением катодного потенциала в сторону отрицательных значений на 0,35 В.

С уменьшением рН электролита от И до 8 при i_к = 1 А/дм² и t = 25°C выход по току увеличивается до 45%.

Но наиболее качественные покрытия получают при рН = 9,0, хотя η_к при этом падает до 25%. С повышением i_к выход по току снижается, а с повышением температуры до 50 °С, наоборот, увеличивается, но покрытия становятся хрупкими.

Наряду с указанным применяют пирофосфатный электролит (в г/л):

Пирофосфат калия 200 — 220

Натриевая соль этилендиамин-тетрауксусной кислоты 150—180

BiCl₃•H₂O 45-50

Декстрин 5-10

НСl 90-100

Режим электролиза: температура комнатная i_к = 0,5 ÷ 1,0 А/дм², рН = 10, аноды — из висмута.

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