Электроосаждение никеля и сплава никель – фосфор из сульфатно – хлоридного электролита, содержащего малоновую кислоту

слиток металлической меди. Сдача полученной металлической меди в виде металлолома в соответствующие пункты приема практически полностью окупает затраты на приобретение добавки АМ743.

Производственные электролиты хромирования часто загрязнены одновременно катионами двухвалентной меди и трехвалентного железа. В этом случае сначала производится очистка от катионов двухвалентной меди с помощью добавки АМ743, а потом от катионов трехвалентного железа с помощью добавки АМ334. Очищенные производственные электролиты проверяются на остаточное содержание катионов двухвалентной меди и трехвалентного железа, а также на содержание основных компонентов.

Выводы.

1. Исследована возможность удаления катионов меди из электролита хромирования при низкой температуре.

2. Определено оптимальное разбавление стандартного электролита хромирования для получения минимальной остаточной концентрации Fe3+ при действии взятой без избытка добавки АМ334.

3. Предложен порядок регенерации стандартного электролита хромирования, содержащего одновременно катионы меди и железа, а также метод регенерации добавок АМ743 и АМ334 для их повторного использования.

УДК 621.357.7

В.А. Михутова, А.А. Спицина, Т.Е. Цупак

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ НИКЕЛЯ И СПЛАВА НИКЕЛЬ - ФОСФОР ИЗ СУЛЬФАТНО - ХЛОРИДНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА, СОДЕРЖАЩЕГО МАЛОНОВУЮ КИСЛОТУ

Введение

Аморфный сплав Ni-P, полученный электроосаждением, имеет большое практическое значение благодаря его несомненным технологическим преимуществам, а также уникальным физическим и химическим свойствам. Данный сплав характеризуется высокой микротвердостью и соответственно износостойкостью, повышенными защитными свойствами, особыми магнитными характеристиками, низким коэффициентом трения по ряду металлов, в отличии от никелевого покрытия. Хорошая паяемость сплава никель-фосфор позволяет использовать его для сообщения некоторым материалам способности к пайке.

Совокупность перечисленных выше свойств определяет широкие возможности для применения покрытий сплавом никель-фосфор в различных областях: авиационной промышленности, автомобилестроении, космической технике, электронной и ядерной промышленности, телекоммуникации, производстве синтетических материалов, вакуумной технике и других[1].

Методики исследования

Электролиты готовили растворением соли сульфата никеля в растворе малоновой кислоты, с последующим добавлением соляной кислоты (введение иона Cl-), карбоната никеля (доведение pH до оптимального значения), гипофосфита натрия, лаурилсульфата натрия, сахарина. Суммарная концентрация никеля в электролите составила 0,5 М. Значение рН электролитов 2,00 - 2,05. Измерение и регулировку рН проводили на приборе рН - метр рН - 410. Анализ электролита проводили методами: трилонометрическим (определение никеля), потенциометрическим (определение рН), гравиметрическим (определение выхода по току), фотоколориметрическим (определение содержания фосфора в сплаве).

Анодные поляризационные кривые снимали в потенциодинамическом режиме при скорости развертки 10 мВ/с на потенциостате Elins P - 30. Микротвердость покрытий сплава никель -фосфор определяли до и после термообработки на приборе Microhardness tester. Термообработку проводили в муфельной электрической печи при 400 °С в течение 1 часа.

Результаты исследований

Исследованные электролиты относятся к классу комплексных.В электролите никелирования присутствуют комплексы: [NiSO4]0, [NiCl]+, [NiCl2]0, [NiHMal]+ и [NiMal] . Электролит для осаждения сплава Ni-P, кроме выше перечисленных комплексов, содержит комплекс [NiH2P02]+[2].

Электролиз проводили при рН 2,0 и температуре раствора 50±1°С. Присутствие малоновой кислоты в электролите обеспечивает относительную стабильность рН раствора в процессе электролиза. Рабочие катодные плотности тока от 2 до 7 А/дм2, при более высоких ^ наблюдается образование гидроокиси никеля по краям катода.

Выход по току сплава изменяется от 56 до 81% в зависимости от состава электролита и условий электролиза (рис.1, кр.1) Наибольшее влияние на выход по току сплава оказывают малоновая кислота, рН электролита и антипиттинговая добавка лаурилсульфата натрия. Ниже приведена зависимость при оптимальных условиях электролиза. Снижение рН до 1,6 резко снижает выход по току сплава. Выход по току Ni меньше, чем для сплава (рис.1, кр.2).

Рис.1 Зависимость выхода по току ВТ

Содержание фосфора в сплаве зависит от рН, концентрации малоновой кислоты и гипофосфита натрия в электролите, а также от катодной плотности тока. Ниже приведена зависимость содержания фосфора в сплаве Ср от катодной плотности тока 1к при оптимальных условиях электролиза. Повышение содержания фосфора в катодном осадке достигается снижением 1к и рН раствора (рис.2).

Рис.2 Зависимость содержания фосфора в сплаве Ср(мас.%) от катодной плотности тока 1к (А/дм2) для электролита оптимального состава

Полученный сплав имеет металлический блеск, трещины и питтинг отсутствуют. При плотностях тока 7 и 10 А/дм2 по краям катода наблюдается дендритообразование. Полученные образцы сплава не имеют пор при всех заданных плотностях тока

Микротвердость покрытий сплавом никель - фосфор зависит от содержания фосфора в сплаве и находится в пределах от 5,1 до 7,9 ГПа до термообработки и от 8,7 до 9,4 ГПа после термообработки. Микротвердость никелевых покрытий отличается от микротвердости сплава М-Р(рис.З).

Рис.3. Зависимость микротвердости Н^ (ГПа) от катодной плотности тока 1 (А/дм2): 1-микротвердость сплава №-Р до термообработки; 2-микротвердость сплава №-Р после термообработки; 3-микротвердость никелевого покрытия Коррозионные испытания N1 и М-Р проводили методом снятия анодных поляризационных кривых в 0,5 М растворе Н2Б04 в потенциодинамическом режиме. Были получены анодные поляризационные

кривые (АПК) на N1 и сплаве N1-?, которые не идентичны. На никелевом покрытии четко видны "пики" активного растворения (рис.4), на сплаве N1-? пики активного растворения менее заметны (рис.5).

Еа, мВ

Рис.4. Анодные потенциодинамические поляризационные кривые растворения в 0,5М И2804 никелевого покрытия, полученного при 2 А/дм2: кр1 - "прямой ход", кр2 -_"обратный ход"_

а, мВ

-300 200 700 1200 1700

1а, мА/см б)

Еа, мВ

-200

800

1800

1

Рис.5. Анодные потенциодинамические поляризационные кривые растворения сплава №-? в 0,5 М И2804. Сплав получен при: а) 2 А/дм2, без термообработки; б) 2 А/дм2, после термообработки; в) 7 А/дм2, без термообработки; г) 7 А/дм2, после

термообработки. Кр1 - "прямой ход", кр2 - "обратный ход" Характерные точки АПК приведены в табл.1.

Таблица 1.Характерные точки АПК для покрытий Ni и Ni-P

Характерные точки АПК Условия электроосаждения покрытия . Термообработка

М,2А/дм2 Ni-P, 2А/дм2 доТО Ni-P, 2А/дм2 после ТО Ni-P, 7А/дм2 до ТО Ni-P, 7А/дм2 после ТО

Естанц.,мВ (х.с.э.) -326 -221 -108 -319 -373

2 шрит.,А/см 3,810-3 - - 1,110-3 8,110-3

Ен.п., мВ (х.с.э.) 294 -217 -104 -12 41

Дшас.сост, А/см 10-3 -2'10"3 0,210-3 -4,610-3 0 - 0,810-3 9.10-3 -9.10-3 0,410-3 -6,410-3

ДЕпас.сост., мВ 583 712 505 172 339

2

Свежеосажденный сплав Ni-P, полученный при 2 А/дм , обладает большей способностью переходить в пассивное состояние (Ен.п. равно -217 мВ), имеет более протяженную область пассивного состояния (около 712 мВ), чем никелевое покрытие, полученное при такой же плотности тока. Свежеосажденный сплав Ni-P, полученный при 7 А/дм2, имеет меньшую способность к пассивации по сравнению со сплавом, полученным при 2 А/дм2. Можно предположить, что способность к пассивации сплава Ni-P увеличивается с повышением содержания фосфора в сплаве.

Из сопоставления полученных АПК можно сделать вывод о том, что покрытие сплавом Ni-P, с повышенным содержанием фосфора, более коррозионностойко в растворе H2SO4, чем никелевое покрытие.

Библиографические ссылки:

1. Цупак Т.Е. Высокопроизводительные процессы электроосаждения никеля и сплава никель-фосфор из электролитов, содержащих карбоновые кислоты. Автореф. дисс. ... д-ратехн.наук.- М.- 2008.-29 с.

2. Медведков В.Н., Ерофеев Б.В.. Комплексообразование в растворах Ni( II ) и гипофосфита натрия ДАН СССР. - 1970. - Т.191, №5. - С.1106 -1108.