ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ СПЛАВА ОЛОВО-ЦИНК
GALVANIC COMPOSITE MATERIAL BASED ON STANNUM-ZINC ALLOY

Изобретение относится к области электрохимии, в частности, гальванотехнике, элекрохимическое осаждение композиционного материала на основе сплава олово-цинк, и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и в других отраслях промышленности с целью увеличения коррозионной стойкости различных материалов на основе сплава олово-цинк.
Увеличение коррозионной стойкости материалов на основе сплава олово-цинк можно достигнуть путем введения добавок неметаллов.
Известные сплавы олово-цинк полученные из цитратных электролитов и обладающие:
5
+
1. Высокой стабильностью химического состава. (Патент 5118394 (США), МКИ С25D 3/32. Electroplating bath contaning citric acid or citrate for fin or tin alloy plating /T.Makino, A.Maeda. (США). - Заявл. 05.12.90; Опубл. 12.06.92. Бюл.№31);
2. Равномерной структурой поверхности. (Патент 4168223 (США), С25D 3/32, С25D 3/60. Electroplating bate for depositing tin or tin alloy with brightness /S.Jgarashi, F.Goshikaru, T.Jgarashi. (США). - Заявл. 15.11.78; Опубл. 18.02.79. Бюл. №15).
Существенным недостатком этих сплавов является то, что коррозионная стойкость является недостаточной.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности является сплав олово-цинк следующего состава, масс.%:
олово
70-83;
Цинк
остальное.
(Денисенко Е.А., Селиванов В.П., Токарева А.В., Кутырев И.М., Балакай В.И., Левицкая С.В. Электролит низкоконцентрированный для нанесения полублестящего покрытия сплавом олово-цинк. Патент 2313621, RU, МПК C25D/60, Бюл.. №36, опубл. 27.12.91).
Однако данный сплав имеет недостаточную коррозионную стойкость.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости материала на основе сплава олово-цинк, легированного фторопластом.
Поставленная задача достигается получением композиционного материала сплава олово-цинк-фторопласт (фторопласт вводится в электролит в виде фторопластовой эмульсии (ФЭ) Ф-4Д-Э (ТУ 6-05-041-508-79)) при следующем соотношении компонентов, масс.%:
фторопласт
0,09-0,13;
олово
70-83;
цинк
остальное.
Наличие фторопласта в композиционном материале олово-цинк-фторопласт приводит к увеличению его коррозионной стойкости, за счет внедрения фторопласта в покрытие и изменения его структуры, что подтверждается исследованиями методами структурно-электронной микроскопии (СЕМ) (рис.1) и рентгено-электронной микроскопии (РЭМ).
Установлено, что включение дисперсных частиц 0,2-0,3 мкм фторопласта в покрытие приводит к структурным изменениям металлической матрицы сплава олово-цинк (рис 1б). Массовая доля фтора по результатам РЭМ в заявляемом композиционном материале на основе сплава олово-цинк составляет 0,11 масс.%.
Увеличение содержания фторопласта выше верхнего заявляемого предела приводит к увеличению внутренних напряжений, ухудшению качества и снижению коррозионной стойкости композиционного материала.
Уменьшение содержания фторопласта в сплаве ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению коррозионной стойкости композиционного материала.
Для апробирования предложенного состава композиционного материала сплава олово-цинк-фторопласт были получены композиции, химический состав которых приведен в табл.1, где 2, 3, 4, содержание фторопласта на нижнем, среднем и верхнем уровнях, соответственно, а 1 и 5 содержание фторопласта в композиции за граничными значениями.
Композиционный материал сплава олово-цинк-фторопласт получали электрохимическим способом из электролита следующего состава, моль/л:
сульфат олова
0,08-0,09;
сульфат цинка
0,065-0,085
лимонная кислота
0,31-0,33;
цитрат натрия
0,65-0,68,
препарат ОС-20 г/л
0,70-0,80;
дифениламин г/л
0,20-0,32;
Ф-4Д-Э (ТУ 6-05-041-508-79) г/л
0,25-0,30.
2
Режимы электролиза: pH 6,0-6,5, температура 18-20°С, катодная плотность тока 1,0-4,5 А/дм, без перемешивания.
Таблица 1
Состав композиционного материала сплава олово-цинк-фторопласт и прототипа сплава олово-цинк, масс.%
Композиционный материал и прототип
Фторопласт
Цинк
Олово
1
0,07
31,93
68
2
0,09
29,91
70
Предложенный 3
0,11
22,89
77
4
0,13
16,87
83
5
0,15
14,85
85
Прототип
-
23
77
2
Пример 1. Композиционный материал химического состава, масс.%: фторопласт 0,07, олово 68, цинк остальное, осаждали из электролита состава, моль/л: сульфат олова 0,07, сульфат цинка 0,055, лимонная кислота 0,30, цитрат натрия 0,60, препарат ОС-20 0,65 г/л, дифениламин 0,15 г/л, ФЭ 0,2 г/л при pH 5,0, температуре 15°C и катодной плотности тока 0,5 А/дм. Электролит готовили следующим образом: растворяли сульфат цинка в небольшом количестве воды, а затем вводили в раствор цитрата натрия. Сульфат олова растворяли непосредственно в растворе лимонной кислоты. Затем полученные растворы сливали при тщательном перемешивании, вводили добавки дифениламина, препарата ОС-20, растворенные предварительно в воде и ФЭ. После этого объем электролита доводили до заданного и корректировали его pH.
2
Пример 2. Композиционный материал химического состава, масс.%: фторопласт 0,09, олово 70, цинк остальное, осаждали из электролита состава, моль/л: сульфат олова 0,08, сульфат цинка 0,065, лимонная кислота 0,31, цитрат натрия 0,65, препарат ОС-20 0,70 г/л, дифениламин 0,20 г/л, ФЭ 0,25 г/л при pH 6,0, температуре 18°C и катодной плотности тока 1,0 А/дм. Электролит готовили по методике описанной выше.
2
Пример 3. Композиционный материал химического состава, масс.%: фторопласт 0,11, олово 77, цинк остальное, осаждали из электролита состава, моль/л: сульфат олова 0,085, сульфат цинка 0,075, лимонная кислота 0,32, цитрат натрия 0,67, препарат ОС-20 0,75 г/л, дифениламин 0,26 г/л, ФЭ 0,26 г/л при рН 6,2, температуре 19°C и катодной плотности тока 2,8 А/дм. Электролит готовили по методике описанной выше.
2
Пример 4. Композиционный материал химического состава, масс.%: фторопласт 0,13, олово 83, цинк остальное, осаждали из электролита состава, моль/л: сульфат олова 0,09, сульфат цинка 0,085, лимонная кислота 0,33, цитрат натрия 0,68, препарат ОС-20 0,80 г/л, дифениламин 0,32 г/л, ФЭ 0,3 г/л при pH 6,5, температуре 20°C и катодной плотности тока 4,5 А/дм. Электролит готовили по методике описанной выше.
2
Пример 5. Композиционный материал химического состава, масс.%: фторопласт 0,15, олово 85, цинк остальное, осаждали из электролита состава, моль/л: сульфат олова 0,1, сульфат цинка 0,95, лимонная кислота 0,4, цитрат натрия 0,75, препарат ОС-20 0,9 г/л, дифениламин 0,37 г/л, ФЭ 0,4 г/л при pH 7,0, температуре 25°C и катодной плотности тока 5,0 А/дм. Электролит готовили по методике описанной выше.
2
Прототип - сплав олово-цинк химического состава, масс.%: олово 77, цинк остальное осаждали из электролита состава, моль/л: сульфат олова 0,09, сульфат цинка 0,08, лимонная кислота 0,33, цитрат натрия 0,67, препарат ОС-20 0,84 г/л, дифениламин 0,3 г/л, при pH 6,2, температуре 19°C и катодной плотности тока 2,7 А/дм. (Денисенко Е.А., Селиванов В.Н., Токарева А.В, Кутырев И.М, Балакай В.И., Левицкая С.В. Электролит низкоконцентрированный для нанесения полублестящего покрытия сплавом олово-цинк. Патент 2313621, RU, МПК C25D/60, Бюл. №36, опубл. 27.12.91).
Физико-механические свойства предложенного композиционного материала сплава олово-цинк-фторопласт и прототипа сплава олово-цинк приведены в табл.2.
Как видно из табл.2 коррозионная стойкость композиционного материала сплава олово-цинк-фторопласт, осажденного из заявляемого электролита №3, превышает коррозионную стойкость сплава олово-цинк (прототип) в 1, 2 раза.
Таблица 2
Коррозионная стойкость предложенного композиционного материала сплава олово-цинк-фторопласт и прототипа сплава олово-цинк
Физико-механические свойства композиционного материала олово-цинк-фторопласт и прототипа сплава олово-цинк
Предложенный состав композиций
1
2
3
4
5
прототип
Коррозионная стойкость (скорость коррозии), м<sup>2</sup>/ч
4,45
4,30
4,20
4,23
4,41
4,95
Микротвердость, МПа
150
145
110
106
105
117
Сцепление с основой из стали, меди и ее сплавов
Удовлетворяет ГОСТ 8.302-88
Содержание фторопласта в покрытии, масс.%
0,07
0,09
0,11
0,13
0,15
-
Содержание олова в сплаве, масс.%
68
70
77
83
85
77