ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РЕДОКС-АКТИВНОЙ ДОБАВКИ Д-1 НА ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ Sn(II), Sn(IV) В ПИРОФОСФАТНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ
Виноградов С.Н., Николотов А.Д.
Пензенский государственный университет, 440026 г. Пенза, ул. Красная 40,
тел. (8412) 368230, fax:(8412) 565122
В применяемых пирофосфатных электролитах для осаждения сплава олово-цинк, в следствии окисления Sn(II), происходит изменение состава сплава и естественно свойства покрытия. Уменьшение концентрации Sn(II) в электролите приводит к уменьшению содержания олова в сплаве, а накопление Sn(IV) в электролите очень часто приводит к ухудшению качества покрытия.
Для повышения стабильности электролита в состав вводят антиоксиданты такие как гидразин и его соли, формалин, аскорбиновая кислота, глюкоза и др. Однако данные антиоксиданты окисляются в электролите и следовательно не решают данную проблему. В данной работе исследовано влияние концентрации редокс-активной добавки Д-1 на динамику изменения концентрации Sn(II) и Sn(IV) в электролите, а также выход по току и содержание Sn в сплаве осаждаемого из пирофосфатного электролита.
Электроосаждение вели из электролита следующего состава, (г/л): SnCl2∙2H2O – 34, ZnO – 6, Na4P2O7∙10H2O – 145, желатин – 1, при плотности тока 1,5А/дм2, комнатной температуре, рН 8 и соотношении Sолов.ан./Sк=2/1. Добавка Д-1 вводилась в электролит в виде водного раствора с концентрацией добавки в корректировочном растворе 0,01 моль/л.
Редокс-активная добавка Д-1 вводиться в электролит в окисленной форме. По этому необходимо исследовать ее восстановление на катоде и диффузию в объёме электролита. Электролиз вели с разделением катодного и анодного пространств, от объёма электролита. Электролиз показал, что в катодном пространстве редокс-активная добавка Д-1 полностью восстанавливается, а в анодном пространстве остается в окисленной форме. В объёме электролита редокс-активная добавка Д-1 присутствует в обеих формах. Восстановленная форма редокс-активной добавки диффундирует в объём электролита и стабилизирует концентрацию Sn(II). Окисленная форма редокс-активной добавки диффундирует в катодное пространство, где и восстанавливается. Таким образом редокс-активная добавка Д-1 не позволяет Sn(II) переходить в Sn(IV).
Из таблицы видно, что с увеличением добавки Д-1 скорость окисления Sn(II) уменьшается и при Сдоб=5·10-4 моль/л процесс окисления двухвалентного олова не происходит. Следовательно, оптимальной концентрацией добавки Сдоб=5·10-4моль/л.
Важно отметить, что данная добавка в процессе осаждения сплава не расходуется, так как добавка регенерируется на катоде. Другой особенностью добавки является то, что при ее наличии в электролите покрытия получаются более блестящими, так если при Сдоб=0 покрытия получаются матовыми с серым оттенком, при введении добавки Сдоб=5·10-5…2,5·10-4 моль/л покрытия получаются полублестящими, при Сдоб=5·10-4 …1·10-3 моль/л покрытия блестящие с синеватым оттенком. При отсутствии добавки в электролите по мере проработки от 0 до 14А·ч/л содержание олова в сплаве уменьшается с 60 до 34,5%, а в присутствии добавки с Сдоб=5·10-4моль/л содержание олова в сплаве даже не значительно увеличивается, что связано с постоянной концентрацией Sn(II) в электролите.
Таблица «Зависимость изменения концентрации Sn(II) – Sn(IV), ВТспл, процентное содержание олова в сплаве от концентрации добавки в электролите»
Концентрация добавки, моль/л | Q, А·ч/л | 0 | 1 | 5 | 10 | 14 |
0 (добавка не вводилась) | СSn(II), моль/л | 0,141 | 0,144 | 0,151 | 0,152 | 0,151 |
СSn(IV), моль/л | 0,02 | 0,02 | 0,06 | 0,09 | 0,1 | |
ВТспл, % | 56,8 | 50 | 43 | 35 | 32 | |
ωSn,% | 60 | 53 | 42 | 37 | 34,5 | |
5·10-5 | СSn(II) моль/л | 0,142 | 0,120 | 0,106 | 0,100 | 0,101 |
СSn(IV) моль/л | 0 | 0,012 | 0,035 | 0,038 | 0,038 | |
ВТспл,% | 56,7 | 57 | 53 | 50 | 50 | |
ωSn,% | 60 | 58 | 54 | 55 | 55 | |
2,5·10-4 | СSn(II) моль/л | 0,141 | 0,131 | 0,122 | 0,123 | 0,122 |
СSn(IV) моль/л | 0 | 0,005 | 0,0076 | 0,0076 | 0,0075 | |
ВТспл,% | 56,7 | 57,7 | 57,1 | 57,1 | 57,2 | |
ωSn,% | 60,2 | 59 | 56 | 56 | 56 | |
5·10-4 | СSn(II) моль/л | 0,141 | 0,146 | 0,149 | 0,150 | 0,149 |
СSn(IV) моль/л | 0 | 0,002 | 0 | 0 | 0,002 | |
ВТспл,% | 56,8 | 62 | 63 | 62 | 63 | |
ωSn,% | 60 | 63 | 65 | 64 | 65 | |
1·10-3 | СSn(II) моль/л | 0,135 | 0,146 | 0,150 | 0,151 | 0,150 |
СSn(IV) моль/л | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
ВТспл,% | 55 | 62 | 62 | 61 | 62 | |
ωSn,% | 60 | 63 | 65 | 67,2 | 67 |
Таким образом из пирофосфатного электролита в присутствии редокс-активной добавки осаждаются полублестящие покрытия сплавом олово-цинк постоянного состава.