СПОСОБ ПЛАТИНИРОВАНИЯ ТИТАНА
METHOD OF TITANIUM PLATING

Изобретение относится к способам подготовки поверхности и составам для получения покрытий и может быть применено в технологии электрохимического платинирования титановых изделий, в частности титановых анодов.
Гальванические покрытия на основе платины, благодаря химической стойкости в агрессивных средах, коррозионной стойкости при воздействии высоких температур, отличной механической прочности и высокой отражательной способности, находят широкое применение в различных областях промышленности. В последнее время значительное количество платины, используемой в гальванотехнике, расходуется на покрытие титановых пластин и сеток, применяемых в качестве нерастворимых анодов при электролизе.
Известен способ электролитического осаждения платины на титан, в котором на обезжиренную и протравленную в кислом растворе титановую поверхность наносят слой платины из раствора, содержащего диаминодинитроплатину, фосфат аммония и гидроокись аммония. [1]. К недостаткам способа относится то, что получаемые покрытия имеют плохое сцепление с титаном, и процесс характеризуется низким выходом по току.
2
Известен способ платинирования титана, согласно которому титан обезжиривают, промывают проточной водой, активируют в растворе серной кислоты и еще раз промывают водой. После такой подготовки титан платинируют в электролите, содержащем цис-диаминодинитроплатину и серную или сульфаминовую кислоту при катодном токе 0.5-1.0 А/дм, а после нанесения покрытия подвергают термической обработке в инертной атмосфере при температуре 500°C [2]. Данный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принят в качестве прототипа.
Как показала практика процесса, основным недостатком способа-прототипа является проблематичность получения качественных гальванических покрытий из платины толщиной более 2 мкм. Из-за высоких внутренних напряжений такие покрытия склонны к растрескиванию. Кроме того, для проведения травления титана в серной кислоте необходимо нагревать кислоту до высоких температур, что делает процесс сложным в исполнении и требует соблюдения специальных мер предосторожности.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа, позволяющего получать платинированные изделия, не обладающие недостатками, указанными в прототипе.
Заданный технический результат достигается тем, что в известном способе платинирования титана, включающем обезжиривание титана, его промывку проточной водой, активацию в растворе кислоты, промывку водой, платинирование в электролите, содержащем цис-диаминодинитроплатину и серную или сульфаминовую кислоту, термическую обработку изделия в инертной атмосфере при температуре 500°C, перед обезжириванием титан подвергают пескоструйной обработке, активацию титана проводят в растворе борфтористоводородной кислоты, а в электролит дополнительно вводят пиридин-3-сульфоновую кислоту и электролиз ведут на реверсивном токе при периодической смене полярности анода и катода.
Сущность способа заключается в следующем.
Практически было определено, что проведение перед обезжириванием пескоструйной обработки поверхности титана способствует увеличению ее неровности с относительно мелким шагом, за счет чего при нанесении покрытия повышается его сцепление с поверхностью титана.
Активацию титана перед нанесением покрытий проводят с целью удаления с поверхности оксидных соединений. Использование на стадии активации борфтористоводородной кислоты вместо серной кислоты позволяет значительно сократить продолжительность и температурные режимы проведения процесса по сравнению со способом-прототипом за счет значительного повышения скорости растворения оксидной пленки в борфтористоводородной кислоте.
При проведении электролиза большая часть платины, восстановленной на катоде до металла, участвует в росте кристаллов и лишь небольшая - в образовании зародышей. Получаемые таким образом покрытия отличаются склонностью к образованию дендритной структуры. Периодическая смена полярности электродов приводит к тому, что в катодный период происходит образование зародышей и рост частиц, а в анодный - растворение дендритов и получение равномерной мелкокристаллической структуры покрытий.
Как известно, в практике нанесения различных электрохимических покрытий для улучшения их свойств используют введение в электролит блескообразующих добавок, в качестве которых используют различные органические и неорганические соединения [3]. Опытным путем установлено, что при добавлении пиридин-3-сульфоновой кислоты в электролит платинирования покрытия получаются более ровными, гладкими и менее склонными к растрескиванию.
Пример 1 (прототип)
Приготовили электролит платинирования следующего состава:
динитродиаминплатина - 20 г/л, серная кислота - 80 г/л.
2
Взяли пластины, выполненные из титана марки ВТ1-0. Эксперименты проводили с использованием малоразмерной установки гальванического покрытия (тип Р10/3-В) рабочим объемом 1,5 л, снабженной погружным нагревателем и датчиком температуры. Электролит перемешивали с помощью механизма механического качания катода. Обработку пластин перед платинированием осуществляли в следующем порядке: промывка в ультразвуковой ванне в течение 3 мин в растворе «MF 3/US», промывка в воде, активация в 65%-ном растворе серной кислоты при температуре 120-130°C в течение 2-5 мин, промывка проточной и дистиллированной водой. Подготовленную пластину платинировали при плотности тока 0,5 А/дм и температуре электролита 60°C в течение 3 ч, а после нанесения покрытия подвергали термической обработке в инертной атмосфере при температуре 500°C. Толщину покрытия рассчитывали, исходя из массы покрытия. Далее оценивали качество получаемых покрытий с использованием электронного микроскопа JEOL 6610 LV. Характеристики покрытия представлены в таблице 1, микрофотография покрытия в 200-кратном увеличении представлена на фиг. 1, из которой видно, что полученное покрытие неравномерное с выраженными трещинами и отслоением платинового покрытия толщиной более 2 мкм.
Пример 2
Приготовили электролит платинирования следующего состава:
динитродиаминплатина - 20 г/л, серная кислота - 80 г/л, пиридин-3-сульфоновая кислота - 0.5 г/л.
2
Взяли пластины, выполненные из титана марки ВТ1-0. Эксперименты проводили с использованием малоразмерной установки гальванического покрытия (тип Р10/3-В) рабочим объемом 1,5 л, снабженной погружным нагревателем и датчиком температуры. Электролит перемешивали с помощью механизма механического качания катода. Обработку пластин перед платинированием осуществляли в следующем порядке: промывка в ультразвуковой ванне в течение 3 мин в растворе «MF 3/US», промывка в воде, активация в 30%-ном растворе тетраборфтористоводородной кислоты в течение 5-10 с при комнатной температуре, промывку в воде. Подготовленную пластину платинировали на реверсивном токе при периодической смене полярности анода и катода. Электролиз проводили при плотности тока 0,5 А/дм, температуре электролита 60°C, в течение 3 ч, а после нанесения покрытия подвергали термической обработке в инертной атмосфере при температуре 500°C. Толщину покрытия рассчитывали, исходя из массы покрытия. Далее оценивали качество получаемых покрытий с использованием электронного микроскопа JEOL 6610 LV. Характеристики покрытия представлены в таблице 1, микрофотография покрытия в 200-кратном увеличении представлена на фиг. 2, из которой видно, что полученное покрытие толщиной более 2 мкм плотное, неравномерное, хорошо сцепленное с поверхностью, наблюдаются мелкие трещины в верхних слоях покрытия.
Пример 3
Приготовили электролит платинирования следующего состава:
динитродиаминплатина - 20 г/л, серная кислота - 80 г/л, пиридин-3-сульфоновая кислота - 0.5 г/л.
2
Взяли пластины, выполненные из титана марки ВТ1-0. Эксперименты проводили с использованием малоразмерной установки гальванического покрытия (тип Р10/3-В) рабочим объемом 1,5 л, снабженной погружным нагревателем и датчиком температуры. Электролит перемешивали с помощью механизма механического качания катода. Обработку пластин перед платинированием осуществляли в следующем порядке: пескоструйная обработка, промывка в воде, промывка в ультразвуковой ванне в течение 3 мин в растворе «MF 3/US», промывка в воде, активация в 65%-ном растворе серной кислоты при температуре 120-130°C в течение 2-5 мин, промывка проточной и дистиллированной водой. Подготовленную пластину платинировали на реверсивном токе при периодической смене полярности анода и катода. Электролиз проводили при плотности тока 0,5 А/дм, температуре электролита 60°C в течение 3 ч, а после нанесения покрытия подвергали термической обработке в инертной атмосфере при температуре 500°C. Толщину покрытия рассчитывали, исходя из массы покрытия. Далее оценивали качество получаемых покрытий с использованием электронного микроскопа JEOL 6610 LV. Характеристики покрытия представлены в таблице 1, микрофотография покрытия в 200-кратном увеличении представлена на фиг. 3, из которой видно, что замена реагента для активации титана на качество покрытия не оказывает влияния. Но проведение процесса с использованием горячей серной кислоты является более трудоемким и продолжительным по сравнению с заявленным способом.
Пример 4
Приготовили электролит платинирования следующего состава:
динитродиаминплатина - 20 г/л, серная кислота - 80 г/л, пиридин-3-сульфоновая кислота - 0.5 г/л.
2
Взяли пластины, выполненные из титана марки ВТ1-0. Эксперименты проводили с использованием малоразмерной установки гальванического покрытия (тип Р10/3-В) рабочим объемом 1,5 л, снабженной погружным нагревателем и датчиком температуры. Электролит перемешивали с помощью механизма механического качания катода. Обработку пластин перед платинированием осуществляли в следующем порядке: пескоструйная обработка, промывка в воде, промывка в ультразвуковой ванне в течение 3 мин в растворе «MF 3/US», промывка в воде, активация в 30%-ном растворе тетраборфтористоводородной кислоты в течение 5-10 с. Подготовленную пластину платинировали при плотности тока 0,5 А/дм, температуре электролита 60°C в течение 3 ч, а после нанесения покрытия подвергали термической обработке в инертной атмосфере при температуре 500°C. Толщину покрытия рассчитывали, исходя из массы покрытия. Далее оценивали качество получаемых покрытий с использованием электронного микроскопа JEOL 6610 LV. Характеристики покрытия представлены в таблице 1, микрофотография покрытия в 200-кратном увеличении представлена на фиг.4, из которой видно, что полученное покрытие толщиной более 2 мкм равномерное, наблюдается образование дендритов, без трещин, имеет хорошее сцепление с поверхностью.
Пример 5
Приготовили электролит платинирования следующего состава:
динитродиаминплатина - 20 г/л, серная кислота - 80 г/л.
2
Взяли пластины, выполненные из титана марки ВТ1-0. Эксперименты проводили с использованием малоразмерной установки гальванического покрытия (тип Р10/3-В) рабочим объемом 1,5 л, снабженной погружным нагревателем и датчиком температуры. Электролит перемешивали с помощью механизма механического качания катода. Обработку пластин перед платинированием осуществляли в следующем порядке: пескоструйная обработка, промывка в воде, промывка в ультразвуковой ванне в течение 3 мин в растворе «MF 3/US», промывка в воде, активация в 30%-ном растворе тетраборфтористоводородной кислоты в течение 5-10 с. Подготовленную пластину платинировали на реверсивном токе при периодической смене полярности анода и катода. Электролиз проводили при плотности тока 0,5 А/дм, температуре электролита 60°C в течение 3 ч, а после нанесения покрытия подвергали термической обработке в инертной атмосфере при температуре 500°C. Толщину покрытия рассчитывали, исходя из массы покрытия. Далее оценивали качество получаемых покрытий с использованием электронного микроскопа JEOL 6610 LV. Характеристики покрытия представлены в таблице 1, микрофотография покрытия в 200-кратном увеличении представлена на фиг. 5, из которой видно, что полученное покрытие толщиной более 2 мкм плотное, равномерное, имеет дефекты поверхности, хорошее сцепление с поверхностью.
Пример 6
Приготовили электролит платинирования следующего состава:
динитродиаминплатина - 20 г/л, серная кислота - 80 г/л, пиридин-3-сульфоновая кислота - 0.5 г/л.
2
Взяли пластины, выполненные из титана марки ВТ1-0. Эксперименты проводили с использованием малоразмерной установки гальванического покрытия (тип Р10/3-В) рабочим объемом 1,5 л, снабженной погружным нагревателем и датчиком температуры. Электролит перемешивали с помощью механизма механического качания катода. Обработку пластин перед платинированием осуществляли в следующем порядке: пескоструйная обработка, промывка в воде, промывка в ультразвуковой ванне в течение 3 мин в растворе «MF 3/US», промывка в воде, активация в 30%-ном растворе тетраборфтористоводородной кислоты в течение 5-10 с. Подготовленную пластину платинировали на реверсивном токе при периодической смене полярности анода и катода. Электролиз проводили при плотности тока 0,5 А/дм, температуре электролита 60°C в течение 3 ч, а после нанесения покрытия подвергали термической обработке в инертной атмосфере при температуре 500°C. Толщину покрытия рассчитывали, исходя из массы покрытия. Далее оценивали качество получаемых покрытий с использованием электронного микроскопа JEOL 6610 LV. Характеристики покрытия представлены в таблице 1, микрофотография покрытия в 200-кратном увеличении представлена на фиг. 6, из которой видно, что полученное покрытие толщиной более 2 мкм плотное, равномерное, без трещин, имеет хорошее сцепление с поверхностью, без дефектов.
Как видно из представленных в таблице данных и микрофотографий поверхностей, заявляемый способ позволяет получать платинированные изделия из титана толщиной свыше 2 мкм более высокого качества по сравнению с прототипом.
Источники информации
1. Буркат Г.К. «Электроосаждение драгоценных металлов». СПб.: «Политехника», 2009, с. 165.
2. Мельников П.С. «Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении». М.: «Машиностроение», 1991, с. 211.
3. Румянцева К.Е. «Физические и технологические свойства покрытий». Учеб. пособие. Иваново, «ГОУВПО ИГХТУ», 2007, с. 17-18.