электролит для осаждения покрытий из сплава кадмий - цинк
| Классы МПК: | C25D3/56 сплавов |
| Автор(ы): | Захаров Матвей Сафонович (RU), Пантюхин Сергей Юрьевич (RU), Захарова Ольга Матвеевна (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2007-10-08 публикация патента:
27.03.2009 |
Электролит для электроосаждения сплава кадмий - цинк относится к области гальваностегии и может быть использован в приборостроении и машиностроении для получения покрытий с высокой коррозионной стойкостью. Электролит содержит, г/л: сульфат кадмия 2-3; сульфат цинка 27-29; Трилон Б 2-3; борную кислоту 14-16; 1,4-бутандиол, мл/л, 0,8-1,2; сульфат натрия 14-16; дистиллированную воду до рабочего объема. Технический результат: получение равномерных покрытий с высокими коррозионной стойкостью и твердостью. 1 табл.
Формула изобретения
Электролит для электроосаждения покрытий из сплава кадмий - цинк, содержащий сульфаты кадмия и цинка и трилон Б в качестве лиганда, отличающийся тем, что он дополнительно содержит борную кислоту, 1,4-бутандиол, сульфат натрия и дистиллированную воду при следующем соотношении компонентов, г/л:
| сульфат кадмия | 2-3 |
| сульфат цинка | 27-29 |
| Трилон Б | 2-3 |
| борная кислота | 14-16 |
| 1,4-бутандиол, мл/л | 0,8-1,2 |
| сульфат натрия | 14-16 |
| дистиллированная вода | до рабочего объема |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электролитическому осаждению сплава кадмий - цинк.
Известен электролит для осаждения покрытий сплавом кадмий-цинк, содержащий, г/л: сульфат цинка - 70-74; сульфат кадмия - 12-14; пирофосфат калия - 370-390; трилон Б - 35-38; бура - 40-60 [Авторское свидетельство СССР №370276, кл. С25D 3/56, 1971].
Процесс ведут при рН 8,5-9,5, температуре 40-60°С и плотности тока 0,5-1,25 А/дм 2. Трилон Б вводят в электролит для устранения шлакообразования на анодах. Указанный электролит позволяет получать покрытия высокого качества. Однако из данного электролита можно получать осадки только при малых плотностях тока (0,5-1,25 А/дм 2). Эти осадки характеризуются малой твердостью и низкой коррозионной стойкостью. Кроме того, в процессе электроосаждения необходимо его подогревать, что усложняет аппаратурное оформление.
Для электроосаждения сплава кадмий-цинк применяется также электролит, содержащий, г/л: сульфат цинка (на металл) - 34; сульфат кадмия (на металл) - 5,2; аммоний - 150; комплексообразователь (НЭПА) - 200 [Кравцов Е.Е. и др. Замена кадмиевых покрытий сплавом кадмий-цинк. - Технология и организация производства, 1974, №11, С.53-54].
Этот электролит, хотя и позволяет получать на стальных изделиях коррозионностойкие покрытия, недостаточно стабилен, НЭПА является токсичным веществом, покрытия осаждаются с узким предельным содержанием кадмия (79-812). Кроме того, перед нанесением покрытий изделия необходимо предварительно пассивировать в растворе, содержащем 150 г/л двухромовокислого аммония и 10 г/л серной кислоты.
Наиболее близким к изобретению является электролит для осаждения покрытий сплавом кадмий - цинк, содержащий, г/л: сульфат цинка - 90-110; сульфат кадмия - 7-23; трилон Б - 100-120; сульфат аммония - 25-30 [Авторское свидетельство СССР №802406, кл. С25D 3/56, 1981].
Однако из данного электролита можно получить осадки только при малых плотностях тока (0,3-0,9 А/дм 2). Эти осадки характеризуются малой твердостью (20-40 мПа). Низка скорость осаждения осадка. Осадок имеет лишь полублестящий внешний вид.
Техническим результатом является повышение качества покрытий (повышение их твердости, коррозионной стойкости, улучшения внешнего вида), повышение производительности электролита.
Поставленный технический результат достигается тем, что, кроме сульфата цинка и сульфата кадмия и трилона Б в качестве лиганда, вводятся борная кислота, сульфат натрия и блескообразователь - 1,4-бутандиол при следующем соотношении компонентов, г/л: сульфат цинка - 27-29; сульфат кадмия -2-3; трилон Б - 2-3; борная кислота - 14-16; 1,4-бутандиол - 0,8-1,2 мл/л; сульфат натрия - 14-16.
Процесс электроосаждения проводится при рН электролита 2,5-3,5, плотности катодного тока 11,0-13,0 А/дм2 температуре 20-25°С.
Дополнительное введение сульфата натрия повышает электропроводность раствора, а следовательно, производительность электролита. Введение борной кислоты способствует увеличению буферных свойств раствора, получению мелкокристаллических осадков и осветлению осадков.
Поверхностно-активное, неионогенное вещество - 1,4-бутандиол, адсорбируясь на катоде, ингибирует процесс электровосстановления катионов кадмия и цинка и тем самым способствует получению на катоде мелкокристаллических осадков, одновременно улучшая смачиваемость осадка.
Трилон Б связывает ионы кадмия и цинка в прочные трилонатные комплексы, что приводит к смещению потенциала электровосстановления ионов цинка и кадмия в более электроотрицательную область и получению мелкокристаллических осадков. Кроме того, комплексообразование предотвращает гидролиз солей. Трилон Б также хорошо адсорбируется на электроде, что дополнительно способствует получению мелкокристаллических осадков.
Электролит готовят следующим образом.
Требуемое количество трилона Б растворяют при 80-90°С в 1/2-1/3 части необходимого для приготовления электролита объема дистиллированной воды. В приготовленном растворе трилона Б растворяют требуемые количества сульфатов кадмия и цинка. Раствор оставляют на 10-15 минут для полного комплексообразования. Затем в раствор добавляют требуемые количества борной кислоты, сульфата натрия, 1,4-бутандиола и доводят объем электролита до рабочего дистиллированной водой.
Конкретные примеры использования электролита и некоторые свойства покрытий приведены в таблице.
В результате использования предлагаемого электролита намного увеличилась плотность рабочего тока по сравнению с известным (от 0,3-0,8 до 11,0-13,0 А/дм 2), что позволило увеличить производительность процесса нанесения покрытия. Микротвердость покрытий, полученных из предлагаемого электролита, в 3-4 раза выше полученных из известного электролита. Скорость коррозии покрытий, полученных из предлагаемого электролита, в 2-3 раза меньше, чем осажденных из известного электролита.
Использование предлагаемого электролита позволяет осаждать блестящие, глянцевые, прочно сцепленные с основой покрытия. Осадки выдерживают изгиб под углом 90° без излома и не отслаиваются от основы после нагрева при 250°С в течение 1 часа и последующего резкого охлаждения.
Конкретные примеры использования электролита приведены в таблице.
| Таблица | |||
| Компоненты электролита и параметры исследования | Состав по примерам | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Сульфат кадмия, г/л | 2,0 | 2,5 | 3,0 |
| Сульфат цинка, г/л | 27 | 28 | 29 |
| Трилон Б, г/л | 2,0 | 2,5 | 3,0 |
| Борная кислота, г/л | 14 | 15 | 16 |
| 1,4-бутандиол, мл/л | 0,8 | 1,0 | 1,2 |
| Сульфат натрия, г/л | 14 | 15 | 16 |
| Плотность катодного тока, А/дм2 | 11,0 | 12,0 | 13,0 |
| рН | 2,5 | 3,0 | 3,5 |
| Температура, °С | 20 | 22 | 25 |
| Перемешивание, об/мин | 60 | 60 | 60 |
| Выход по току, % | 34,6 | 40,3 | 43,6 |
| Микротвердость, МПа | 120 | 90 | 85 |
| Содержание цинка в сплаве, мас.% | 24 | 25 | 26 |
| Скорость коррозии в 3%-м водном растворе NaCl, г/м 2ч·103 | 3,4 | 3,7 | 4,2 |
| Внешний вид покрытия | Блестящий, глянцевый | Блестящий | Блестящий |
После пропускания 500-600 А·ч/см 3 необходимо производить корректировку электролита с добавлением веществ, входящих в состав электролита (кроме сульфата натрия).
