ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ КАДМИЯ НА СТАЛЬ
ELECTROLYTE FOR ELECTROPLATING STEEL WITH CADMIUM

Изобретение относится к области электроосаждения защитных металлических покрытий.
Известен сульфатный электролит для осаждения на катоде кадмиевых покрытий на сталь, который сдержит следующие компоненты (г/л): сульфат кадмия 40-60, сульфат аммония 240-260, диспергатор НФ-6 50-100 мл/л, уротропин 15-20, препарат ОС-20 0,7-1,2.
2
В электролите осаждаются светлые матовые кадмиевые покрытия при плотности тока 0,5-1,5 А/дм, выход кадмия по току 96-83% (Каданер Л.И. Справочник по гальваностегии. Киев: Техника, 1976, с.124). В названном электролите мала скорость осаждения кадмия, в то время как именно высокая производительность электролитов на основе простых солей кадмия является одним из главных преимуществ их. Не удается получить из указанного электролита блестящих покрытий кадмием.
Наиболее близким к предлагаемому электролиту по технической сущности и полученным результатам является электролит кадмирования по авторскому свидетельству СССР № 344025 М. Кл. С23B 5/10 (МКИ, С25D 3/00).
2
В известном электролите, который содержит сульфат кадмия 45-60 г/л, серную кислоту 20-15 г/л, кислые смолки (отход коксохимической промышленности 30-55 г/л), экстракт крахмалопаточный ЭКП (отход производства крахмала кукурузного) 10-15 г/л, катодная плотность тока 3-5 А/дм, что позволяет отнести данный электролит к числу выскопроизводительных. Из него получают мелкокристаллические блестящие кадмиевые осадки на стали с достаточно высокой рассеивающей способностью 27%.
Однако в известном электролите происходит довольно заметное наводороживание как покрытия, так и стальной основы, что приводит к появлению хрупкости покрытий. Вторым недостатком покрытий является их относительно невысокая защитная способность особенно в средах, содержащих хлориды.
Две главные технические задачи, поставленные в данном предлагаемом изобретении, состоят в том, чтобы снизить наводороживание и повысить защитное антикоррозионное действие кадмиевых покрытий (в частности в среде, содержащей хлориды).
Для решения поставленных технических задач в сульфатный электролит кадмирования предлагается ввести органические добавки, которые повышают защитные свойства покрытий (за счет особых специфических свойств, приобретаемых покрытиями, и увеличения равномерности осаждаемых осадков кадмия), а также снижают наводороживание.
В качестве органических добавок в электролит кадмирования вводятся следующие химические продукты: N,N'-бис(салицилаль-о-аминофенол)хелат кобальта (далее хелат Со), хинозол, неонол-1020-12, имеющие следующее строение:
Неонол-1020-12
2
2n+1
m
2n+1
2
4
p
(C+H)(CH)CHO(CHO)H, где
n+m=10+20, p=12.
Предлагаемый электролит имеет следующий состав (г/л):
сульфат кадмия
40-60
серная кислота
20-35
экстракт крахмалопаточный
15-20
N,N'-бис(салицилаль-о-аминофенол)хелат Со
0,5-1,0
хинозол
0,7-1,2
неонол-1020-12
1,2-1,9
Не входящий в отличительный признак электролита экстракт крахмалопаточный ЭКП содержит в своем составе (в сухом остатке) более 50% белковых веществ, крахмал 20-30%, жиры 7-8% и другие вещества. В жидком состоянии ЭКП представляет собой 5-10%-ный водный раствор.
Для приготовления электролита сначала растворяют в воде сульфат кадмия и серную кислоту (примерно в 250 мл воды), затем в 500 мл воды растворяют хелат Со при энергичном перемешивании. В оставшемся до 1 л объеме воды растворяют экстракт крахмалопаточный, хинозол и неонол-1020-12. Сливают полученные растворы в указанной очередности.
Для катодного осаждения покрытий берут растворы, составы которых указаны в табл.1.
Стальные образцы (пластинчатые и проволочные, марки ПП) предварительно обезжиривают венской известью. Взвешивание их проводилось на аналитических весах (с точностью до четвертого десятичного знака). Величина наводороживания определялась на машине К-5 при скручивании образцов до излома (измерялось число оборотов). За 100% защиты от наводороживания принималось число оборотов образца без нанесения покрытия. Опыты проводились в 5-10-кратной повторности. Рассеивающая способность электролита измерялась с помощью ячейки Филда и рассчитывалась по формуле того же автора (максимальная рассеивающая способность в этом случае 100%, а минимальная - 100%).
Коррозионные испытания проводились в гидростате Г-4 (режим 7 час нагревание до 55°С, 17 ч при выключенном нагревателе, влажность обеспечивалась водой, налитой на поддон гидростата). Выход по току измерялся с медным кулонометром.
Результаты проведенных опытов собраны в таблице 2, рассмотрение и анализ их позволяет сделать ряд выводов.
1. Степень защиты от наводороживания (столбец 4) в предлагаемом электролите (№№4 и 4) заметно выше, чем в известном (№№1 и 2). Среди отдельных добавок в наибольшей степени защищает от наводороживания хелат Со (№№5-6), несколько слабее защитный эффект у неонола (№№9-10).
2. Рассеивающая способность, характеризующая равномерность нанесения покрытия, также имеет наилучшие показатели в предлагаемом электролите (№№3 и 4) по сравнению с известным (№№1 и 2). При этом наибольший вклад в повышение равномерности вносит хинозол (№№7 и 8), а также неонол (№№9 и 10).
3. Наименьший частотный показатель коррозии, свидетельствующий о максимальной степени защиты образцов от коррозии, наблюдается в предлагаемом электролите (№№3 и 4), где при 30-суточных испытаниях достигается практически полная защита. В то же время на полученных в известном электролите покрытиях первые очаги коррозии обнаруживаются уже через 9-15 суток. Как видно из таблицы 2, наиболее заметное влияние на повышение защитных свойств оказывают хинозол и неонол. Поэтому следует считать, что усиление защиты от коррозии в первую очередь проявляют адсорбционные свойства указанных препаратов.
Коррозионные испытания, проведенные в жидкой фазе (водопроводная вода, раствор хлорида натрия 5 г/л, морская вода), показали, что защитная способность покрытий, полученных в предлагаемом электролите, выше, чем при кадмировании в известном. Положительный эффект проявляется во всех трех жидких средах, но особенно значительное усиление защиты наблюдается в хлоридном растворе и в морской воде, где степень защиты (время появления первых очагов коррозии) в 2-3 раза выше, чем для покрытий, осажденных в известном электролите.
Таким образом, все проведенные испытания свидетельствуют о существенном превосходстве покрытий из предлагаемого электролита по сравнению с покрытиями из известного электролита.
Предлагаемый электролит может быть использован во всех случаях кадмирования с целью антикоррозионной защиты стали.
Таблица 1
Состав электролитов кадмирования
Вещества
Номер электролита
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
CdSO<sub>4</sub>
45
60
40
60
40
60
40
60
40
60
H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
20
15
20
35
20
35
20
35
20
35
ЭКП
10
15
15
20
15
20
15
20
15
20
Кислые смолки
30
55
-
-
-
-
-
-
-
-
Хелат Со
-
-
0,5
1,0
0,5
1,0
-
-
-
-
Хинозол
-
-
0,7
1,2
-
-
0,7
1,2
-
-
Неонол-1020-12
-
-
1,2
1,9
-
-
-
-
1,2
1,9
Таблица 2
Свойства покрытий
Электролит, №
Плотность тока, А/дм<sup>2</sup>
Выход по току, %
Степень защиты от Н<sub>2</sub>, %
Рассеивающая способность по Филду, %
Время появления 1-го очага коррозии, сутки
Частотный показатель коррозии, %
1
2
3
4
5
6
7
1
2
93
76
25
12
15
5
85
81
23
9
20
2
2
92
68
27
15
11
5
87
73
22
10
18
3
2
94
100
37
29
1
5
91
98
34
-
0
4
2
97
100
41
-
0
5
92
99
38
-
0
5
2
95
92
30
17
12
5
90
93
27
12
14
6
2
90
97
31
19
10
5
89
97
29
17
10
7
2
88
88
34
23
6
5
85
91
32
25
4
8
2
91
90
35
26
4
5
88
88
34
23
6
9
2
90
92
34
21
4
5
88
94
33
26
2
10
2
91
95
36
27
3
5
89
97
34
25
2