Свойства и применение оловянных покрытий

Покрытие оловом применяется главным образом для защиты из­делии от коррозионного разрушения в среде органических кислот и их солей, содержащихся в пищевых продуктах. Олово — один из немногих металлов, соли которого не вредны для человеческого организма. Поэтому почти всю металлическую пищевую тару, а также металлическую посуду и аппараты для хранения и производства пищевых продуктов покрывают оловом. При этом значительная доля олова расходуется на лужение консервной жести. Во многих пищевых средах, в том числе при консервировании, олово i паре с железом ведет себя анодно и, следовательно, защищает сталь электрохимически. В связи с этим, а также с целью эконо­мии олова консервную жесть покрывают слоем очень малой толщины (порядка 0,5—1,5 мкм). Оловянирование применяют также для  придания хорошей электропроводимости поверхности контак­тов, для улучшения их паяемости и других специальных целей.

Методы оловянирования

Покрытие оловом производится горячим, химическим и электрохи­мическим способами.

Горячий способ заключается в погружении очищенных от живых и окисных загрязнений изделий или полуфабрикатов (ли­ты, проволока) в расплавленное олово через слой флюса [1]. В качестве флюса служит водный раствор хлористого цинка плотностью 1,45—1,53 и концентраций 0,6—0,8 кг/л ZnCl₂. Проходя через кипящий флюс изделия очищаются от окислов (травятся) г помощью соляной кислоты, образующейся при гидролизе хло­ристого цинка, и покрываются тонким (толщина 0,25—0,5 мкм) Промежуточным слоем интерметаллического соединения FeSn_2. Это соединение образуется при взаимодействии железа с хлори­стым оловом и постепенно накапливается во флюсе за счет пере­хода олова из расплава по реакции

2SnCl₂ +3Fe   FeSn₂ +2FeCI₂,

 Концентрация олова во флюсе достигает 8—12%.Благодаря тому, что физико-химические свойства промежуточного слоя близки к свойствам металла покрытия, при погружений, изделия в расплав олово легко растекается по поверхности.

При оловянировании жести процесс заканчивается формирова­нием оловянного покрытия в масле. При выходе из расплава жесть поступает непосредственно в так называемую жировую     машину, представляющую собою систему стальных валков в масляной      сре­де, с помощью которых жесть транспортируется через агрегат оловянирования. Обработка в масле способствует уменьшению поверхностного натяжения жидкого олова и тем самым более      рав­номерному растеканию его по поверхности жести, а также предохраняет жидкое олово и покрытие от окисления .постепенным понижением по мере перемещения к маслу до 260—280°С. Продолжительность процесса-—несколько секунд

Основным недостатком горячего способа оловянирования является большой расход олова за счет непроизводительных потер металла (из-за неравномерности распределения и окисления металла, взаимодействия его с флюсом и маслом и др.), составляющим до 30% общего его расхода. Поэтому несмотря на простоту и быстроту процесса горячий способ в настоящее время в значительной мере заменен электрохимическим способом.

Химический способ оловянирования без наложения       ток  извне выполняется за счет ионного обмена либо контактного вытеснения олова другим более отрицательным металлом, образующим с покрываемым соответствующую гальваническую   пар; В первом случае процесс осуществляется погружением изделий. такой раствор соли олова, в котором потенциал покрываемого металла приобретает более отрицательные значения по сравнению потенциалом олова. При оловянировании меди и ее сплавов это достигается, например, введением в раствор хлористого олова карбамида или цианидов щелочных металлов, в присутствии которых потенциал меди приобретает более отрицательное значений чем потенциал олова. Во втором случае в качестве отрицательного дополнительного электрода служит цинк, который в контакт с покрываемым металлом образует гальванический элемент с разностью потенциалов, достаточной для выделения олова на поверхности изделий.    |

Химический способ применяется главным образом для покрытия оловом мелких деталей, которые загружаются в корзины во вращающиеся сетчатые барабаны из неметаллических матч риалов: полиэтилена, винипласта, полипропилена. При необходимости контактирования деталей с дополнительным электроотрицательным электродом вместе с деталями в корзины помещают гранулы или пластины цинка или корзины изготовляют из цинка. Алюминий и его сплавы с потенциалом более  отрицательным, чем  олово, во всех случаях покрываются без применения дополнительного контакта.

Недостатком химического способа оловянирования является очень малая скорость процесса, вследствие чего он используется лишь в тех случаях, когда необходима небольшая толщина слоя покрытия (до 1 мкм)\с целью облегчения пайки мягкими припоями при применении некоррозионно-активных флюсов: спиртово-канифольного (КС) и флюса ФПП [4].

Электрохимическое оловянирование возможно как из водных растворов солей олова, так и из расплавленных сред. Промышлен­ное применение получил электролиз водных растворов.

В отличие от горячего способа электрохимическое оловянирование в  водном растворе позволяет наносить покрытие любой за­данной толщины с незначительными потерями олова. Образующий­ся при этом промежуточный слой FeSn₂ имеет толщину равную сотым долям микрометра, вследствие чего электролитическое по­крытие оловом обладает лучшими механическими свойствами, чем горячее покрытие.

Недостатками электролитических осадков олова, которые про­являются наиболее заметно при электрохимическом и химическом способах оловянирования меди и ее сплавов, является самопроиз­вольный рост кристаллов олова в виде игл или усов, а также потеря способности к пайке после некоторого времени их хранения.

Нанесение подслоя никеля перед электролитическим оловянированием замедляет иглообразование и улучшает паяемость оловянных осадков. Известно также, что при очень низкой темпера­туре (—10 °С и менее) олово подвержено аллотропическому пре­вращению из β-модификации (белое компактное олово) в ά-модификацию — серое порошкообразное олово. При оплавлении, а так­же легировании добавками висмута, сурьмы (0,5%) процесс ал­лотропического превращения существенно замедляется.

Электролитическое оловянирование из расплавленных сред разработано в основном для покрытия консервной жести.