ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ НА ПЕРЕХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ НИКЕЛЕВЫХ КОНТАКТОВ

INFLUENCE OF THE STRUCTURE OF ORGANIC SUBSTANCES IN ELECTROLYTE ON TRANSITIVE RESISTANCE OF NICKEL CONTACTS

Evgeni Bublikov

candidate of Science, assistant professor of Don State Technical University,

Russia, Rostov -Don

Valery Kolomiets

engineer of the South Russian State Polytechnic University,

Russia, Novocherkassk

Alexey Turovsky

master of the South Russian State Polytechnic University,

Russia, Novocherkassk

АННОТАЦИЯ

Проведено сравнение влияния строения органических молекул на никелевые покрытия слаботочных контактов. Уменьшение переходного сопротивления дают линейные предельные алифатические спирты с большим количеством гидроксильных групп и меньшей длиной углеродной цепи.

ABSTRACT

The influence of the structure of organic molecules on nickel coatings of low-current contacts is compared. Reduction of the transition resistance gives linear limiting aliphatic alcohols with a large number of hydroxyl groups and a shorter length of the carbon chain

Ключевые слова: электролиз; строение молекул; переходное сопротивление.

Keywords: electrolysis; structure of molecules; transition resistance..

Контактные соединения входят во все электрические цепи и являются важнейшими её элементами. От состояния электрических контактных соединений зависит работа любого электрооборудования. При этом важны их свойства электропроводности, коррозионная стойкость, паяемость и механическая прочность.

Высокую электропроводность, низкое переходное сопротивление и коррозийную стойкость имеют покрытия из золота, серебра и других драгоценных металлов и их сплавы. Замена этих металлов на цветные с использованием добавок, и придания им необходимых свойств, ведет к удешевлению изделий. Основными недостатками никеля являются: плохая паяемость и высокое переходное сопротивление, что обусловлены свойствами оксидной пленкой никеля.

Увеличение электропроводности оксидной пленки никеля может быть достигнуто за счет введения веществ, создающих в пленке примесную проводимость. В результате свойства никеля можно будет максимально приблизить к свойствам драгметаллов [1].

В ходе работы было рассмотрено влияние на переходное сопротивление покрытия распространенной при никелировании блескообразующей добавки – 2–бутиндиол–1,4 (БИД) с тройной ненасыщенной связью. Чтобы выявить роль кратной связи и исключить влияние состава органического вещества также изучали влияние 2‑бутандиола–1,4 (БЕД) с двойной связью и бутандиола–1,4 (БАД) со всеми насыщенными связями. Для исследования влияния состава углеродсодержащих органических веществ использовали: в первом случае производные циклического соединения 2,2,6,6–тетраметил­пиперидина (ТМП): 4–амина – тетраметилпиперидин 2,2,6,6 (4 –амино – ТМП), 4–окси – тетраметилпиперидин 2,2,6,6 – 1–оксил (4–окси – ТМП), 4–гидрокси – тетраметилпиперидин 2,2,6,6 – 1–оксил (4–гидрокси – ТМП); во втором случае алифатические спирты с насыщенными связями: бутандиол–1,4, глицерин и этиленгликоль. Для сопоставления результатов исследований с данными работы [2] электролиз вели в сернокислом электролите при рН 2,0, и температуре 50°С и катодной плотности тока 5 А/дм². Указанные добавки вводили в электролит раздельно в различных концентрациях. Плотность тока 5 А/дм² соответствовала минимальному значению переходного сопротивления покрытий при прочих равных условиях. На рисунке показаны зависимости переходного электрического сопротивления покрытий от концентрации органической добавки в электролите.

Примечание: 1 – 2–бутиндиол–1,4; 2 – 2–бутендиол–1,4; 3 – бутандиол–1,4; 4 – этиленгликоль; 5 – 4–окси – ТМП – 1–окси; 6 – 4–гидрокси – ТМП – 1–окси, 7 – 4–амино – ТМП, где ТМП – 2,2,6,6–тенраметилпиперидин; 8 – глицерин.

Рисунок 1. Зависимость переходного сопротивления от концентрации различных органических добавок в электролит, г/л.

Значительный рост переходного электрического сопротивления осаждаемых покрытий в электролитах с применением БИД и ростом его концентрации (рис. 1, кривая 1) можно объяснить включением в формируемое покрытие как самого БИД, так и продуктов его гидрирования – БЕД и БАД. Включение органических молекул нарушает кристаллическую решетку никеля и вызывает рост электрического сопротивления [1].

Влияние на сопротивление БЕД аналогично БИД. Зависимость показана на рисунке 1, кривая 2. Рост сопротивления так же можно объяснить включением в покрытие БЕД и продуктами его гидрирования. Даже при малых концентрациях добавок БИД и БЕД в электролите, значение переходного сопротивления осаждаемых покрытий больше, при их отсутствии в растворе. С увеличением концентрации БИД и БЕД сопротивление возрастает значительно. Отсутствие в молекуле БАД кратных связей способствует тому, что выделяющийся на катоде водород обеспечивает возможность деструкции адсорбированных на поверхности молекул БАД, разрыву связей С–С с последующим включением атомов углерода в форми­руемое покрытие. На рисунке 1, кривая 3 наличие экстремума при концентрации БАД – 1,5 г/л является следствием двух противоположно действующих факторов. Первый фактор – адсорбция БАД и включение его в осадок ведет к росту сопротивления покрытия. Второй фактор – деструкция адсорбированного БАД, восстановление углерода и вклю­чение его в покрытие, что способствуют уменьшению переходного сопротивления. При этой концентрации доля восстановленных молекул адсорбированного БАД максимальна. При дальнейшем увеличении концентрации БАД в покрытие включаются не только атомы углерода, но и не восстановленные молекулы, и продукты их распада. Минимальное значение сопротивления при введении в электролит БАД составляет 4,2 мОм. Это значение больше соответ­ствующего минимального значения сопротивления при использовании в электролите глицерина (рисунок 1, кривая 8).

Наличие в растворе электролита 4–амино–ТМП ведет к росту сопротивлений, что связано с включением в покрытие атомов азота (рисунок 1, кривая 7). При использовании в качестве добавок 4–окси–ТМП и 4–гидрокси–ТМП на зависимостях R_П – С, наблюдаются минимумы (рисунок. 1, кривые 5 и 6). Этим минимумам соответствует узкий интервал концентрации добавок, что делает не эффективным использование этих веществ в технологических целях. Минимальные значения сопротивлений превышают соответствующие значения в случае использования глицерина и БАД. Уменьшение сопротивления вызывается включением в покрытие углерода, входящего в состав групп (СН₃). Применение этиленгликоля – алифатического спирта с насыщенными связями дает наилучший результат (рисунок 1, кривая 4), соответствующий минимальному значению переходного сопротивления 3,0 мОм при сдавливающей нагрузке на контакт 0,05 Н.

Таким образом, для получения легированных углеродом электро­литических никелевых покрытий необходимо использовать в качестве добавки в раствор органические углеродсодержащие вещества без кратных связей. Эффект уменьшения сопротивления дают линейные предельные алифатические спирты с большим количеством гидрок­сильных групп и меньшей длиной углеродной цепи. С увеличением количества гидроксильных групп усиливается адсорбционная способность спиртов, а это необходимое условие для протекания деструкции молекул и включения углерода в покрытие. С другой стороны, удлинение углеродной цепочки уменьшает вероятность разрыва всех связей С–С, следовательно, кроме углерода в покрытие будут включаться продукты распада молекул исходных спиртов. В состав этиленгликоля входит 2 атома углерода и 2 гидроксильные группы. Это сочетание обеспечивает с одной стороны, хорошую адсорбцию на поверхности катода, с другой стороны разрыв связи С–С способствует включению углерода в покрытие. Поэтому, дальнейшие исследования по разработке электролита никелирования будут связаны с использованием БАД и этиленгликоля.

Список литературы:

1. Бубликов Е.И., Кулинич В.И., Щербакова Е.Е. Свойства оксидной пленки на поверхности никелевых контактов. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016. № 9. С. 92-99.
2. Бубликов Е.И., Щербакова Е.Е., Кулинич В.И. Электрокристаллизация никелевых покрытий с низким переходным сопротивлением, монография/ Донской государственный технический университет. Ростов-на-Дону, 2015. – 167 c.