Введение к работе
Актуальность темы
Интенсивное развитие электронной промышленности, усиливающийся дефицит серебра и золота требуют необходимости замены драгоценных металлов на более дешевые материалы.
Анализ существующих технологий получения электролитических покрытий для слаботочных контактов показал перспективность направления по созданию контактных материалов на основе никеля. Из покрытий никель - фосфор, никель - бор, никель - индий и никель - углерод наиболее перспективен никель, легированный углеродом.
Необходимость проведения дальнейших исследований по разработке материалов из никеля, легированного углеродом, связана с неудовлетворительной технологичностью существующего электролига, узким интервалом концентрации углсродсодержащей добавки в растворе, малым диапазоном катодных плотностей тока, низкой рассеивающей способностью электролита.
Диссертационная работа является продолжением и развитием исследований проведенных на кафедре ТЭП и лаборатории «Прикладной акустики и физико - химических методов исследования» кафедры физики НГТУ.
Исследования проводились в соответствии с планом научно - исследовательских работ Новочеркасского государственного технического университета ( Государственная регистрация № ГР 01870033677 ), а также в соответствии с программой основных направлений научных исследований НГТУ на 1996 — 2000 гг (темы: 10.94 "Облагораживание поверхности металлов "; П 53.712 " Теоретические и экспериментальные основы физико-химических воздействий на процессы электрокристаллнзации металлов."; 263.97 " Производство электрических контактов из цветных материалов взамен серебренных и золотых " ).
Цель и задачи исследования
Целью работы является разработка эффективного, стабильного, высокопроизводительного электролита для получения легированного углеродом электролитического никелевого покрытия, с низким переходным сопротивлением, малыми внутренними напряжениями, хорошей паяемосгью и коррозионной стойкостью.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Выявить влияние органических компонентов электролита на процесс электроосаждения и на переходное сопротивление получаемых покрытий.
-
Выявить и исследовать :
закономерности процессов формирования покрытия и включения в него углерода;
влияние условий электролиза на физико - механические свойства покрытий;
особенности анодного поведения никелевых электродов и получаемых покрытий.
-
Исследовать электропроводящие свойства оксидных пленок на никеле и их влияние на переходное сопротивление.
-
Выявить и обосновать связь свойств оксидной пленки с наличием углерода в покрытии.
Научная новизна.
Получен новый экспериментальный материал о влиянии различных органических соединений на процесс получения никелевых покрытий, обладающих низкими переходным сопротивлением и внутреішим напряжением, высокой износостойкостью.
Установлены зависимости между составом, структурой углеродсо-держащих молекул органических веществ и их влиянием на параметры электролиза и свойсіва получаемых, покрытий.
Для каждого из используемых органических веществ рассмотрены различные механизмы перехода углерода из молекулы в покрытие и отмечены наиболее вероятные из них.
Найдены коррелирующие зависимости функциональных свойств покрытий : электрофизических, механических и коэффициента паяемости от состава электролита и режимов электролиза. Установлено, что оптимальные значения функциональных характеристик достигаются осаждением никелевых покрытий при потенциале Е = - 0,75 В, который соответствует потенциалу ігулевого заряда никеля.
Впервые установлена природа уменьшения переходного сопротивления получаемого покрытия. Для оксидной пленке на никеле определены тип проводимости, механизм проводимости, энергия ионизации донорной примеси, толщина оксидной пленки.
Предложен электролит для получения электролитических никелевых покрытий, образующих в процессе пассивации сверхтонкие 5^ 10 А оксидные пленки с высокой электропроводностью, низким переходным сопротивлением (2-4 мОм).
Практическая ценность
Разработан электролит никелирования, позволяющий при определенных нами" условиях получать покрытия, легированные углеродом, имеющие переходное сопротивление 3-5 мОм при сдавливающем усилии на контакт 0,05 Н и токе 50 мА, что позволяет применять покрытия в элементах слаботочной техники взамен серебряных и золотых сплавов.
Предлагаемый состав электролита, (г/л): NiS04 6Н20 — 180 - 230; NIC12 7Н20 — 15-25; винная кислота — 8-15; этиленгликоль — 2-4; рН— 1.8 - 2.4. Режим электролиза: температура — 50 - 60С; катодная плотность тока 3-7 А/дм2 .
Получаемые покрытия имеют малые внутренние напряжения (28 - 50 МПа), обладают хорошей паяемостыо (коэффициент растекания припоя ПОС-61 составляет 3.7 - 4.3), которая сохраняется более года. Покрытия имеют хорошие адгезионные свойства, беспористы при толщине 3-5 мкм.
Разработанный электролит позволяет осаждать никелевое покрытие на алюминий и его сплавы без предварительной данкатной обработки.
Электролит позволяет повысить производительность процесса, увеличивая предельно - допустимую катодігую плотность тока до значений 50 А/дм2, при этом величина переходного сопротивления не превышает 7 мОм.
Предложена методика регенерации электролита в процессе его длительной работы (удаление продуктов деструкции органических молекул).
Электролит опробован на контактных алюминиевых наконечниках, представленных энергетической компанией ЗЛО «Группа ИКА» (г. С - Петербург).
Покрытие испытано согласно ГОСТ 17441-84 и соответствует требованиям ГОСТ 10434 - 82.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на: I Международной научно - технической конференции «Инженерно - физические проблемы авиационной и космической техники» (г.Егорьевск, 1995г.); Российской научно - практической конференции «Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плат» (г. Пенза, 1996 г.) ; Международной конференции «Элекгричсскис контакты» (г. С - Петербург, 1996 г.); Российской научно - практической конференции «Гальванотехника и обработка поверхности - 96» (г. Москва, 1996 г.); II Международной научно - технической конференции «Инженерно - физические проблемы авиационной и космической техники» (г. Егорьевск, 1997 г.); XVII Российской конференции по электронной микроскопии. «(ЭМ'98)» (г.Черноголовка. 1998 г.); Международной конференции «Электрические контакты и электроды (ЭК - 98)». (г. Кацивели, 1998 г.); ежегодных научно - технических конференциях Новочеркасского государственного технического университета. (1995 - 1998 гг).
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 14 работ.
Объем работы.
Диссертация состоит из пяти глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложена на /'«страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 11 таблиц. Список литературы включает./»/ наименование.
