Способ химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди или ее сплавов (варианты)

 

Изобретение относится к прикладной химии, в частности к химической обработке металлического материала путем взаимодействия поверхности с реакционной жидкостью, и может быть использовано при лужении изделий из меди и ее сплавов для защиты их от воздействия агрессивной среды. В первом варианте изобретения способ включает обработку деталей в водном растворе, содержащем серную кислоту, тиомочевину, олово двухлористое двухводное, при этом рабочий раствор предварительно выдерживают при температуре 17-30°С в течение 1-30 суток, а перед обработкой в рабочем растворе производят травление деталей в 18-25% растворе серной или соляной кислоты в течение 20-35 секунд, последующую обработку в рабочем растворе осуществляют без предварительной промывки деталей; во втором варианте изобретения способ включает обработку деталей в рабочем водном растворе, содержащем соляную кислоту, хлористый натрий, тиомочевину, олово двухлористое двухводное, при этом рабочий раствор предварительно выдерживают при температуре 17-30°С в течение 1-30 суток, а перед обработкой в рабочем растворе производят травление деталей в 18-25% растворе соляной кислоты в течение 20-35 секунд, последующую обработку в рабочем растворе осуществляют без предварительной промывки деталей. В результате осуществления обоих вариантов изобретения повышаются плотность и равномерность покрытия и тем самым увеличивается его устойчивость к воздействию агрессивной среды. 2 с. и 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к прикладной химии, в частности к химической обработке металлического материала путем взаимодействия поверхности с реакционной жидкостью, и может быть использовано при лужении изделий из меди и ее сплавов для защиты их от воздействия агрессивной среды.

Известен способ нанесения оловянного покрытия на изделия из меди или медных сплавов путем осуществления взаимодействия указанных изделий с водным раствором, содержащим растворимые соли олова, под давлением с помощью сжатого газа, в частности водорода, US 3072499.

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса, обусловленная необходимостью использования газа под давлением; использование водорода обусловливает высокую взрывоопасность способа.

Известен способ нанесения оловянного покрытия на поверхности изделий из меди или медных сплавов путем погружения этих изделий в щелочной водный раствор, содержащий соли двухвалентного олова и цианида, US 2159510.

Принципиальным и весьма серьезным недостатком данного способа является использование таких чрезвычайно токсичных веществ, как цианиды. Работа с этими веществами требует принятия специальных дорогостоящих мер по герметизации используемой аппаратуры, что резко удорожает технологию.

Известен также способ химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди и ее сплавов путем выдерживания этих деталей в рабочем растворе, содержащем олово двухлористое двухводное, тиомочевину, серную кислоту и волгонат; для приготовления раствора используется холодная питьевая вода. Рабочий раствор предлагается использовать “сразу же после приготовления”. Обработку деталей в рабочем растворе осуществляют без предварительного травления их в растворе серной кислоты, RU 2121013.

Этот способ принят за прототип первого варианта настоящего изобретения.

Недостатками способа, приведенного в тексте описания этого патента, являются следующие факторы.

Поскольку, как указано на с.3 описания, рабочий раствор используется сразу после его приготовления, в нем не достигается необходимый градиент объемной плотности, так как скорость диффузии растворенных в рабочем растворе веществ не позволяет быстро обеспечить их равномерную объемную концентрацию в растворе.

Это обусловливает неудовлетворительное качество покрытия вследствие его неравномерности.

Кроме того, на поверхностях обрабатываемых деталей неизбежно имеются окисные пленки, загрязнения, что вызывает повышенную пористость покрытия; к этому же ведет использование питьевой воды, содержащей посторонние примеси. В способе-прототипе очистка травлением отсутствует, хотя, естественно, известна из других источников; однако во всех известных заявителю способах после травления детали обязательно промывают, что неизбежно ведет к образованию тонких окисных пленок.

За прототип второго варианта настоящего изобретения принят способ химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди и ее сплавов путем выдерживания этих деталей в рабочем растворе, содержащем олово двухлористое двухводное, тиомочевину, соляную кислоту и хлористый натрий, см. ГОСТ 9.305-84; раствор приготовляют на холодной питьевой воде и используют сразу после приготовления; предварительное травление деталей в растворе соляной кислоты не предусмотрено.

Недостатки этого технического решения такие же, как и у способа-прототипа первого варианта изобретения: в рабочем растворе не достигается к моменту его использования необходимый градиент объемной плотности, что обусловливает неравномерность покрытия, покрытие имеет повышенную пористость вследствие образования окисных пленок.

Задачей обоих вариантов настоящего изобретения является повышение плотности и равномерности покрытия и тем самым увеличение его устойчивости к воздействию агрессивной среды.

Согласно изобретению эта задача в первом варианте решается за счет того, что в способе химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди или ее сплавов путем обработки их в водном растворе, содержащем серную кислоту, тиомочевину, олово двухлористое двухводное, рабочий раствор предварительно выдерживают при температуре 17-30°С в течение 1-30 суток, а перед обработкой в рабочем растворе производят травление деталей в 18-25% растворе серной или соляной кислоты в течение 20-35 секунд, при этом последующую обработку в рабочем растворе осуществляют без предварительной промывки деталей; предпочтительно используют дистиллированную воду; обработка деталей в рабочем растворе может осуществляться в течение 50-130 мин, при этом температура рабочего раствора поддерживается в пределах от 20 до 35°С.

Во втором варианте изобретения поставленная задача решается за счет того, что в способе химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди или ее сплавов путем обработки их в рабочем водном растворе, содержащем соляную кислоту, хлористый натрий, тиомочевину, олово двухлористое двухводное, рабочий раствор предварительно выдерживают при температуре 17-30°С в течение 1-30 суток, а перед обработкой в рабочем растворе производят травление деталей в 18-25% растворе соляной кислоты в течение 20-35 секунд, при этом последующую обработку в рабочем растворе осуществляют без предварительной промывки деталей; предпочтительно используют дистиллированную воду; обработка деталей в рабочем растворе может осуществляться в течение 50-130 мин, при этом температура рабочего раствора поддерживается в пределах от 65 до 75°С.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения, в частности предварительное выдерживание раствора при определенных температурах, позволяет обеспечить его одинаковую объемную концентрацию по всей массе раствора. Указанные интервал температур и время выдержки имеют принципиальное значение. При температуре раствора менее 17°С процесс растворения и диффузии компонентов практически прекращается; при температуре выше 30°С резко возрастает скорость взаимодействия серной или соляной кислот с тиомочевиной и с солями олова, что обусловливает так называемое “старение раствора” и, как следствие, значительное увеличение пористости и неравномерности покрытия.

При выдержке рабочего раствора любого объема менее 1 суток цель выдержки не достигается, а при выдержке более 30 суток может иметь место “старение” раствора, выпадение осадка и т.д. Время в заданных пределах зависит от объема рабочего раствора. В частности, раствор объемом 1-5 дм³ достаточно выдержать 1 сутки, а при объеме 100 дм³ время выдержки возрастает до 2-5 суток.

В первом варианте способа используют раствор, содержащий следующие компоненты, мас.%:

H₂SO₄ 3,0-4,0

Тиомочевина 3,5-4,5

SnCl₂·2H₂O l,0-l,5

Вода дистиллированная Остальное

во втором варианте рабочий раствор имеет следующий состав, мас.%:

НСl 1,5-2,2

NaCl 6,5-8,5

Тиомочевина 8-10

SnCl₂·2H₂O l,3-2,3

Вода дистиллированная Остальное

Погружение деталей в рабочий раствор после травления без их предварительной промывки предотвращает образование окислов и сохраняет активность поверхности.

Использование для способа дистиллированной воды исключает влияние вредных примесей, в частности ионов железа, магния, кальция.

Заявителем не выявлены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Реализация первого варианта способа (п.п.1-4 формулы изобретения) иллюстрируется примерами 1 и 2, а реализация второго варианта (п.п.5-8) - примерами 3 и 4.

Пример 1.

Предварительно отшлифованную медную пластину размером 75×30×3 мм обрабатывали в 1 дм³ водного раствора, содержащего, мас.%:

H₂SO₄ 3,0

Тиомочевина 3,5

SnCl₂·2H₂O 1,0

Дистиллированная вода Остальное

Рабочий раствор был предварительно выдержан при t°=17°C в течение 1 суток. Медную пластину перед погружением в раствор подвергали травлению в 18% растворе H₂SO₄ в течение 20 с, в рабочий раствор погружали без предварительной промывки и выдерживали в нем в течение 50 минут при t°=20°C. Устойчивость образованного покрытия в Н₂SO₄ с плотностью 1,4 г/см³ при t°=60°C составила 36 часов.

Пример 2.

Осуществлялось покрытие 5 латунных пластин с такими же размерами, как в примере 1.

Объем рабочего раствора - 20 дм³, состав, мас.%:

Н₂SO₄ 3,5

Тиомочевина 40

SnCl₂·2H₂O 1,5

Дистиллированная вода Остальное

Время предварительной выдержки рабочего раствора - 5 суток при температуре - 25°С.

Пластины подвергались предварительному травлению в 22% растворе H₂SO₄ в течение 25 с, в рабочий раствор погружались без промывки и выдерживались в нем 100 минут при t^o=35°C.

Покрытие устойчиво в Н₂SO₄ с плотностью 1,4 г/см³ при t°=60°C в течение 48 часов.

Пример 3.

Медные пластины, 5 штук, с размерами 75×30×3 мм обрабатывали в 20 дм³ водного раствора, содержащего, мас.%:

Соляная кислота 2,0

Хлористый натрий 7,0

Тиомочевина 9,0

SnCl₂·2H₂O 2,0

Дистиллированная вода Остальное

Время предварительной выдержки рабочего раствора - 10 суток при t°=20°С. Предварительное травление в 30% НСl в течение 25 с.

В рабочий раствор пластины погружали без промывки и выдерживали 120 мин при температуре 65°С.

Покрытие устойчиво в H₂SO₄ с плотностью 1,4 г/см³ при t°=60°C в течение 34 часов.

Пример 4.

20 пластин из меди с размерами 75×30×3 мм обрабатывали в 100 дм³ водного раствора, содержащего, мас.%:

HCl 1,7

NaCl 8,0

Тиомочевина 9,0

SnCl₂·2H₂O 2,0

Дистиллированная вода Остальное

Время предварительной выдержки раствора - 3 суток, t°=25°С. Травление в 25% НС1 производили в течение 35 с. Время обработки в рабочем растворе - 120 минут при t°=75°С.

В рабочий раствор детали погружали без промывки после травления. Покрытие устойчиво в Н₂SO₄ с плотностью 1,4 г/см³ при t°=60°C в течение 48 часов.

Формула изобретения

1. Способ химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди или ее сплавов путем обработки их в рабочем водном растворе, содержащем серную кислоту, тиомочевину, олово двухлористое двухводное, отличающийся тем, что рабочий раствор предварительно выдерживают при температуре 17-30°С в течение 1-30 суток, а перед обработкой в рабочем растворе производят травление деталей в 18-25%-ном растворе серной кислоты в течение 20-35 с, при этом последующую обработку в рабочем растворе осуществляют без предварительной промывки деталей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют дистиллированную воду.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обработку деталей в рабочем растворе осуществляют в течение 50-130 мин.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что поддерживают температуру рабочего раствора в пределах от 20 до 35°С.

5. Способ химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди или ее сплавов путем обработки их в рабочем водном растворе, содержащем соляную кислоту, хлористый натрий, тиомочевину, олово двухлористое двухводное, отличающийся тем, что рабочий раствор предварительно выдерживают при температуре 17-30°С в течение 1-30 суток, а перед обработкой в рабочем растворе производят травление деталей в 18-25%-ном растворе соляной кислоты в течение 20-35 с, при этом последующую обработку в рабочем растворе осуществляют без предварительной промывки деталей.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют дистиллированную воду.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что обработку деталей в рабочем растворе осуществляют в течение 50-130 мин.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что поддерживают температуру рабочего раствора в пределах от 65 до 75°С.