[1]Изобретение относится к прикладной химии, а именно, 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 частности, межэлементных перемычек аккумуляторных батарей.
[2]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.
[3]Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса, обусловленная необходимостью использования газа под давлением; использование водорода обусловливает высокую взрывоопасность способа.
[4]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.
[5]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.
[6]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.
[7]Недостатками способа, приведенного в тексте описания этого патента, являются следующие факторы.
[8]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.
[9]Известен способ химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди или ее сплавов путем обработки их в водном растворе, содержащем серную или соляную 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, 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., RU 2228968 C1.
[10]Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
[11]Предварительное травление деталей в растворе серной или соляной кислоты позволяет устранить окисную пленку с поверхностей деталей, затрудняющую, как показала практика, адгезию на них олова; однако при этом в результате травления увеличивается существующая шероховатость поверхностей деталей. Выступы на этих поверхностях оказываются непокрытыми оловом, что существенно ухудшает качество покрытия, снижает его устойчивость к коррозии.
[12]Задачей настоящего изобретения является уменьшение шероховатости обработанных поверхностей деталей и, соответственно, качества покрытия.
[13]Согласно изобретению в способе химического нанесения оловянного покрытия на детали из меди или ее сплавов путем травления деталей в 18-25%-ном растворе серной или соляной кислоты с последующей обработкой в рабочем водном растворе, содержащем серную или соляную кислоту, тиомочевину, олово двухлористое двухводное, предварительно выдержанном при температуре 17-30°С в течение 1-30 суток, без предварительной промывки деталей водой, перед травлением деталей их обрабатывают в растворе, содержащем, масс.%:
[17]в течение 10-60 мин., после чего промывают водой; используют дистиллированную воду; обработку деталей в рабочем растворе осуществляют в течение 50-130 мин.
[18]Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
[19]Реализация отличительных признаков изобретения, в частности, обработка деталей перед травлением в растворе, содержащем масс.%: H2SO4 - 6-10, Na2Cr2O7 - 4-8, H2O - остальное, предотвращает увеличение шероховатости поверхностей деталей в результате травления, что значительно повышает качество покрытия, улучшая его антикоррозийные свойства.
[20]При обработке поверхности детали перед травлением указанным раствором в результате химических и местных электрохимических процессов происходит растворение металла, при этом прежде всего растворяются наиболее тонкие и химически более активные выступающие элементы поверхности детали, то есть, происходит растворение торчащих верхушек выступов, представляющих собой элементы, в наибольшей степени определяющие степень шероховатости поверхностей. Процесс проходит в соответствии с уравнениями следующих реакций:
[21]1) Na2Cr2O7+H2SO4→2CrO3+Na2SO4+H2O
[22]2) CrO3(недост.)+H2O→H2CrO4
[23]3) 2H2CrO4+3Cu+6H2SO4→Cr2(SO4)3+3CuSO4+8H2O
[24]Указанные в формуле изобретения граничные значения H2SO4 и Na2Cr2O7 в растворе обеспечивают эффективное протекание указанных выше реакций.
[25]При увеличении доли H2SO4 выше 10 масс.% происходит недопустимо интенсивное растворение не только элементов шероховатости, но и вообще поверхности детали.
[26]При содержании H2SO4<6 масс.% процесс идет недостаточно эффективно. При содержании Na2Cr2O7>8 масс.% медь, практически, перестает растворяться, так как в ходе реакции имеет место недостаточное образование H2CrO4. При Na2Cr2O7<4 масс.% также не образуется достаточное количество H2CrO4, которая является активным реагентом, сглаживающим выступы на поверхности детали без ее чрезмерного разъедания.
[27]В процессе обработки детали перед травлением раствор необходимо перемешивать, обеспечивая тем самым равномерность концентрации раствора по всей обрабатываемой поверхности. Обработка происходит в течение 10-60 мин в зависимости от фактуры поверхности детали.
[28]При обработке поверхности детали менее 10 мин заметный результат не достигается, обработка более 60 мин может привести к нежелательному избыточному растворению поверхности детали.
[29]Использование дистиллированной воды позволяет исключить нежелательные реакции с солями, находящимися в природной воде, и тем самым дольше сохранить концентрацию растворов.
[30]Обработку деталей в рабочем растворе осуществляют в течение 50-130 мин. Обработка продолжительностью менее 50 мин может оказаться недостаточной для получения требуемого результата, обработка свыше 130 мин избыточна, поскольку олово, практически, перестанет осаждаться на обрабатываемую поверхность.
[31]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 условию патентоспособности «изобретательский уровень».
[32]Реализация способа иллюстрируется примерами. В примерах использован рабочий водный раствор, содержащий, масс.%:
[33]| H2SO4 или HCl | 3,5 |
| Тиомочевину | 4,0 |
| SnCl2·2H2O | 1,2. |
[34]Рабочий раствор выдержан при температуре 25°С в течение 20 суток.
[35]Травление деталей осуществлялось в 20% растворе H2SO4 или HCl.
[36]Во всех примерах перед травлением деталей их обрабатывали раствором, содержащим H2SO4, Na2Cr2O7, H2O, затем в течение 10-60 мин промывали водой. Более короткое время промывки не позволяет удалить с поверхности детали продукты обработки указанным раствором, что ухудшает качество покрытия. Промывка более 60 мин избыточна.
[37]Во всех примерах коррозионную стойкость покрытия, полученную в результате реализации способа, определяли путем погружения медной пластины в водный раствор H2SO4 плотностью 1,1 см3 до появления признаков коррозии.
[38]Пример 1. Детали перед травлением обрабатывали в растворе, содержащем, масс.%:
[42]Коррозионная стойкость покрытия составила 121 час.
[43]Пример. 2. Детали перед травлением обрабатывали в растворе, содержащем, масс.%:
[47]Коррозионная стойкость покрытия - 132 часа.
[48]Пример 3. Детали перед травлением обрабатывали в растворе, содержащем, масс.%:
[52]Коррозионная стойкость покрытия - 120 часов.
[53]Пример 4. Детали перед травлением обрабатывали в растворе, содержащем, масс.%:
[57]Коррозионная стойкость покрытия - 62 часа.
[58]Пример 5. Детали перед травлением обрабатывали в растворе, содержащем, масс.%:
[62]Коррозионная стойкость покрытия - 64 часа.
[63]Пример 6. Обработка поверхности медной пластины перед травлением не осуществлялась (прототип).
[64]Коррозионная стойкость покрытия составила 48 часов.
[65]Приведенные примеры показывают, что заявленный способ существенно увеличивает коррозионную стойкость оловянного покрытия в сравнении с прототипом. Указанные в формуле изобретения интервалы значений ингредиентов раствора, используемого для обработки детали перед травлением, обеспечивают максимальную эффективность способа.
[66]Эти обстоятельства обеспечивают, по мнению заявителя, соответствие изобретения условию патентоспособности «Промышленная применимость».
