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

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 17-30С 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 35С.

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 17-30С 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 75С.

Описание изобретения к патенту

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 17-30С 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 35С.

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 17-30С 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 75С.

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 17С процесс растворения и диффузии компонентов практически прекращается; при температуре выше 30С 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 75303 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=17C 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=20C. Устойчивость образованного покрытия в Н₂SO₄ с плотностью 1,4 г/см³ при t=60C 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 - 25С.

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=35C.

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

Пример 3.

Медные пластины, 5 штук, с размерами 75303 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=20С. Предварительное травление в 30% НСl в течение 25 с.

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

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

Пример 4.

20 пластин из меди с размерами 75303 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=25С. Травление в 25% НС1 производили в течение 35 с. Время обработки в рабочем растворе - 120 минут при t=75С.

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