Электролит для электроосаждения сплава цинк-никель

Электролит для электроосаждения сплава цинк-никель

Реферат

Изобретение относится к прикладной электрохимии, в частности к электролитическому нанесению сплава цинк-никель.

Известен широко применяемый в промышленности электролит, который содержит, г/л: оксид цинка 15-17, хлорид никеля шестиводный 36-92, хлорид аммония 250-260, борную кислоту 20-25 /Грилихес С.Я., Тихонов К.И. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика. - Л.: Химия, 1990. - C.125/.

Однако этот электролит требует подогрева до 30-40°С и работает при катодных плотностях тока 0,5-2,0 А/дм². Расширить рабочий диапазон плотностей тока до 5 А/дм² можно при добавлении гидроксида аммония до pH 9, что повышает экологическую опасность процесса и снижает стабильность работы электролита.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электролит следующего состава, г/л: оксид цинка 15, хлорид никеля шестиводный 35-90, хлорид аммония 250, борная кислота 20 /Гальванотехника: справ, изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. - М.: Металлургия, 1987. - С.167/.

Выход по току сплава цинк-никель в этом электролите составляет 93-96%, содержание никеля в сплаве 15-25%. Величина pH 6,5-6,8.

Недостатками этого электролита являются: небольшая производительность процесса, узкий диапазон рабочих плотностей тока (0,5-2,0 А/дм²) и высокая температура (40°С).

Задача данного изобретения - повышение производительности процесса электроосаждения сплава цинк-никель, расширение диапазона рабочих плотностей тока и снижение энергетических затрат на подогрев электролита.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в электролит, содержащий оксид цинка, хлорид никеля шестиводный, хлорид аммония и борную кислоту, дополнительно вводят препарат ОС-20 и продукт конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина при следующем соотношении компонентов, г/л:

оксид цинка	10-15,
хлорид аммония	230-250,
хлорид никеля шестиводный	60-90,
борная кислота	20,
препарат ОС-20	0,5-0,6,
продукт конденсации
диметилолтиомочевины
и полиэтиленполиамина	0,003-0,005.

Режимы электролиза: диапазон рабочих плотностей тока 0,1-5,0 А/дм², температура электролита 18-25°С, величина pH 5,0-5,5. Содержание никеля в сплаве 23-27%. Выход по току сплава 75-100%. Аноды никелевые.

Препарат ОС-20 (ГОСТ 10730-82) представляет собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов и является эффективным поверхностно-активным веществом. Адсорбируясь на поверхности катода, препарат ОС-20 позволяет устранить питтингообразование на покрытиях сплавом цинк-никель при комнатной температуре и получать полублестящие покрытия сплавом при низких плотностях тока, расширяя диапазон рабочих плотностей тока.

Продукт конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина имеет следующую структурную формулу

,

где n=10-12. Это полимерное ПАВ за счет серосодержащих и аминогрупп обеспечивает агрегативную устойчивость и электрофоретический перенос коллоидных частиц гидроксидов и основных солей цинка и никеля, присутствующих в электролите и участвующих в формировании покрытия сплавом цинк-никель, что, в свою очередь, позволяет увеличить производительность процесса.

Введение в электролит продукта конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина совместно с препаратом ОС-20 позволяет повысить производительность процесса в 2,5 раза и получить полублестящие покрытия сплавом цинк-никель при комнатной температуре с более высоким выходом по току сплава и в более широком диапазоне плотностей тока, чем из электролита, используемого в промышленности.

Электролит работает при температуре 18-25°С, то есть не требует затрат электроэнергии на подогрев.

Продукт конденсации синтезировали аналогично методике, описанной в работе /Бобрикова И.Г. Разработка высокопроизводительных электролитов-коллоидов цинкования: Дис. … канд. техн. наук. - Новочеркасск, 1988. - 202 с./.

Для приготовления продукта конденсации берут 1 кг диметилолтиомочевины, растворяют в 2,5 л дистиллированной воды при температуре 50°С и перемешивании. После полного растворения в раствор небольшими порциями, непрерывно перемешивая, вводят полиэтиленполиамин из расчета 1 моль на 1 моль диметилолтиомочевины, pH реакционной смеси доводят раствором серной кислоты (1:1) до 7,5-8,0 и выдерживают смесь при температуре 50-60°С в течение 4-5 часов. После охлаждения смесь готова для введения в электролит.

Электролит для электроосаждения сплава цинк-никель готовят, используя реактивы марки "х.ч." и "ч.д.а." на дистиллированной воде.

Пример 1. Для приготовления 1 л электролита в 0,4 л воды при 70-80°С растворяют 230 г хлорида аммония. В нагретый раствор небольшими порциями при перемешивании вводят 10 г оксида цинка, а затем 60 г хлорида никеля шестиводного, предварительно растворенного в 0,1 л воды при температуре 70-80°С. В полученную смесь при перемешивании и нагревании добавляют 20 г борной кислоты, предварительно растворенной в 0,05 л воды при температуре 80-90°С. Электролит охлаждают до комнатной температуры и вводят 0,5 г ОС-20 и 0,003 г продукта конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина, которые предварительно растворяют в отдельных емкостях в небольшом количестве воды (0,05 л). После введения в электролит всех компонентов его объем доводят водой до 1 л.

Величину pH электролита доводят 50%-ным раствором соляной кислоты (плотность 1,19) до 5,0 и проводят электролиз при катодной плотности тока 0,1-1,5 А/дм².

Пример 2. Для приготовления 1 л электролита берут 250 г хлорида аммония, 90 г хлорида никеля шестиводного, 15 г оксида цинка, 20 г борной кислоты, 0,6 г ОС-20 и 0,005 г продукта конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина. Методика приготовления электролита аналогична описанной в примере 1.

Величину pH электролита доводят 50%-ным раствором соляной кислоты (плотность 1,19) до 5,5 и проводят электролиз при катодной плотности тока 0,1-5,0 А/дм².

Электролит стабилен в работе. Оксидом цинка, хлоридом аммония, хлоридом никеля шестиводного и борной кислотой электролит корректируется на основании его химического анализа. Добавками в количестве, равном половине рецептурного, его необходимо корректировать при получении плохого качества покрытия сплавом.

Примеры составов предлагаемого электролита, прототипа и их характеристики приведены в таблице. Примеры даны на предельные и запредельные значения компонентов.

Граничные концентрации компонентов электролита определены экспериментально. За пределами граничных концентраций (составы электролитов I и V) покрытия получаются неравномерные, серые, матовые.

Сравнение составов и эксплуатационных характеристик предлагаемого электролита и прототипа позволяет сделать следующее заключение: предлагаемый электролит обеспечивает повышение производительности процесса электроосаждения сплава цинк-никель в 2,5 раза, расширение диапазона рабочих плотностей тока (0,1-5,0 А/дм²), работает при температуре 18-25°С, то есть не требует затрат электроэнергии на подогрев, а также позволяет получить полублестящие покрытия сплавом цинк-никель с выходом по току сплава 75-100%. Содержание никеля в сплаве 23-27%.

Компоненты электролита и его характеристики	Состав электролита (в г/л) и значения характеристик
заявляемого объекта	прототипа
I	II	III	IV	V
Оксид цинка	9	10	13	15	16	15
Хлорид аммония	229	230	240	250	251	250
Хлорид никеля	59	60	75	90	91	35-90
шестиводный
Борная кислота	19	20	20	20	21	20
Препарат ОС-20	0,4	0,5	0,55	0,6	0,7	-
Продукт конден-
сации диметилол-
тиомочевины и	0,002	0,003	0,004	0,005	0,006	-
полиэтиленполиамина
Температура	18	18	20	25	25	40
электролита, °С
Катодная плотность тока, А/дм2	0,10	0,10	3,00	5,00	5,00	0,50-2,00
Величина pH	5,0	5,0	5,3	5,5	5,5	6,5-6,8
Выход по току	100	100	88	75	75	93-96
сплава, %
Содержание никеля	27,5	27,4	23,1	24,2	24,5	15-25
в сплаве, %
Внешний вид покрытия	неравномерное, серое, матовое	полублестящее, равномерное	полублестящее, равномерное	полублестящее, равномерное	неравномерное, серое, матовое	равномерное, серое, матовое

Исследования электролита, проведенные в лабораториях ЮРГТУ (НПИ), выявили его высокие технико-экономические показатели и эффективность применения для электроосаждения сплава цинк-никель.

Электролит для электроосаждения сплава цинк-никель, содержащий оксид цинка, хлорид никеля шестиводный, хлорид аммония и борную кислоту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит препарат ОС-20 и продукт конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина при следующем соотношении компонентов, г/л:

оксид цинка	10-15
хлорид аммония	230-250
хлорид никеля шестиводный	60-90
борная кислота	20
препарат ОС-20	0,5-0,6
продукт конденсации диметилолтиомочевины
и полиэтиленполиамина	0,003-0,005