ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ЦИНК-ФТОРОПЛАСТ
ELECTROLYTE TO DEPOSIT COMPOSITE COATING OF ZINC AND FLUOROPLASTIC

Изобретение относится к области гальванотехники, использующей нанотехнологии, в частности к осаждению композиционного покрытия цинк-фторопласт, содержащего наночастицы фторопласта, с целью применения их в различных отраслях промышленности, в качестве покрытий, обладающих высокой коррозионной стойкостью. Чем выше коррозионная стойкость защитного покрытия, тем выше надежность и долговечность изделий.
Известны электролиты для нанесения сплавов и композиционных покрытий на основе цинка с целью получения покрытий с повышенной коррозионной стойкость следующего состава, г/л:
- для композиционного покрытия цинк-УДА (ультрадисперсный алмаз): оксид цинка 12, гидроксид натрия 120, УДА 7-10 (Буркат Г.К., Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы в гальванотехнике // Физика твердого тела. - 2004. - Т.46, вып.4. - С.685-692),
2
2
- для композиционного покрытия цинк-никель-коллоидный графит, М: ZnCl 0,44, NiCl 0,31, коллоидный графит 3-10 мл/л (Гусев М.С., Соловьева Н.Д., Краснов В.В. Процессы в электролитной системе, используемой для электроосаждения КЭП Zn-Ni-коллоидный графит // Электрохимия и экология: материалы Всерос. конф. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008. С.29-31),
2
- для сплава цинк-никель: ацетат никеля (в пересчете на металл) 50, оксид цинка (в пересчете на металл) 5, уксусная кислота 100, сахарин 1, pH 3-4,5, температура 18-25°C, катодная плотность тока 2-4 А/дм (Ушакова Т.А., Перелыгин Ю.П. Электроосаждение сплава цинк-никель из ацетатного электролита // Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении: Сб. материалов. - Пенза: ПДЗ, 2002. - С.30-31),
2
- для сплава цинк-кобальт: хлорид цинка (в пересчете на металл) 30-40, хлорид кобальта (в пересчете на металл) 12-15, хлорид аммония 220-260, борная кислота 15-30, Лимеда НЦ-10 30-70 мл/л, Лимеда НЦ-20 2,5-5 мл/л, pH 4-5, температура 18-30°С, плотность тока 2-3 А/дм (Виноградов С.Н., Мальцева Г.Н., Николаева К.И. Электроосаждение, свойства и применение сплава цинк-кобальт // Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике: Тез. докл. к зональной конф. - Пенза: ПДНТП, 1990. - С.33-34),
2
- для сплава цинк-хром: оксид цинка (по металлу) 15, борная кислота 10, аминоуксусная кислота 35, сульфат аммония 150, клей столярный 7,5, pH 3,0-4,5, температура 20-40°C, плотность тока 0,5-6 А/дм (Виноградов С.Н., Виноградов С.С., Коланов А.А., Фадина О.В. Исследование электроосаждения покрытия сплавом цинк-хром // Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении: Сб. материалов. - Пенза: ПДНТП, 2001. - С.8-9),
3
6
5
7
2
- для сплава цинк-марганец (моль/л): сульфат цинка 0,2, сульфат марганца 0,5, KCHO 0,75, температура 18-40°C, плотность тока 20-50 А/дм (Данилов Ф.И., Попович В.А., Сухомлин Д.А., Дорофеева Н.А., Абакумова В.П. Коррозионностойкие цинк-марганцевые покрытия // Теория и практика защиты металлов от коррозии: Тез. докл. 4 обл. межотрас. научн.-техн. конф. - Куйбышев: КОДТНТО, 1988. - С.69-70), обладающие повышенной коррозионной стойкостью по сравнению с чисто цинковыми покрытиями.
Однако покрытия, осажденные из данных электролитов, имеют недостаточную коррозионную стойкость.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электролит для осаждения сплава цинк-бор следующего состава, г/л:
сульфат цинка
200-250
сульфат алюминия
20-30
сульфат натрия
50-100
декстрин
8-10
соль анионного полиэдрического бората общей
формулой M<sub>z</sub>C<sub>n</sub>B<sub>m</sub>H<sub>x</sub> (где М - натрий, калий или аммоний,
z=1, 2, n=0, 2, m=3, 6, 9, 12, х=8, 10, 12)
декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86)
0,5-10
2
Режимы электролиза: pH 3,6-4,4, температура 18-30°C, катодная плотность тока 2-3 А/дм (Кукоз Ф.И., Кудрявцева И.Д., Сысоев Г.Н., Балакай В.И., Свицын Р.А. Электролит для осаждения сплава цинк-бор. - А.с. 1650785 СССР, МКИ С25Д 3/22. - №4494016/02; заявл. 17.10.88; опубл. 23.05.91, Бюл. №19).
Покрытия, осажденные из данного электролита, имеют недостаточную коррозионную стойкость.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение коррозионной стойкости цинковых покрытий за счет внедрения в цинковое покрытие тонкодисперсного фторопласта и образования композиционного покрытия цинк-фторопласт.
Поставленная задача достигается тем, что в состав электролита, содержащего сульфат цинка, сульфат алюминия, сульфат натрия, декстрин, дополнительно вводят фторопластовую суспензию при следующем соотношении компонентов, г/л:
сульфат цинка
200-250
сульфат алюминия
20-30
сульфат натрия
50-100
декстрин
8-10
суспензия фторопластовая Ф-4Д (ТУ 6-05-1246-81), мл/л
0,3-0,9 (0,4-12%)
2
Режимы электролиза: pH 3,6-4,4, температура 18-30°C, катодная плотность тока 1-3 А/дм, перемешивание.
Наличие фторопласта дисперсностью 0,1-0,5 мкм в электролите позволяет электроосаждать композиционное покрытие цинк-фторопласт с высокой коррозионной стойкостью. Увеличение коррозионной стойкости происходит за счет изменения структуры осадка, что приводит к улучшению физико-химических свойств, а также за счет того, что фторопласт, который не успел полностью зарости на поверхности покрытия, снижает электрохимическую коррозию цинка. Снижение коррозии происходит в результате уменьшения истиной площади цинка на поверхности изделия, а также в результате того, что фторопласт, обладая высоким поверхностным натяжением, как бы "отталкивает" воду, а электрохимическая коррозия протекает только при наличии на поверхности металла пленки электропроводящей жидкости.
3
4
Пример 1. Электролит готовили следующим образом. В электролитической ванне, заполненной до / необходимого объема водопроводной водой, при температуре 60-70°C растворяли сульфат цинка, сульфат алюминия, сульфат натрия, декстрин, после того как довели уровень электролита до необходимого объема, вводили фторопластовую суспензию. pH электролита доводили либо серной кислотой, либо гидроокисью натрия или калия (100-150 г/л).
Приготовление остальных электролитов, включающих среднее, верхнее и заграничные концентрации компонентов, которые приведены в табл.1, производили по методике, описанной выше. А значения коррозионной стойкости покрытий, осажденных из каждого электролита, приведены в табл.2 соответственно.
Граничные концентрации компонентов электролита выбраны по следующим соображениям:
1) увеличение содержания сульфата цинка в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий;
2) уменьшение содержания цинка в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению скорости процесса, снижению выхода по току и ухудшению качества осаждаемого покрытия;
3) увеличение содержания сульфата алюминия в электролите выше верхнего заявляемого предела приводит к уменьшению качества покрытия и к снижению коррозионной стойкости;
4) уменьшение содержания сульфата алюминия в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению качества покрытия и к снижению коррозионной стойкости;
5) увеличение содержания сульфата натрия приводит к уменьшению качества покрытия и к снижению коррозионной стойкости;
6) уменьшение содержания сульфата натрия ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к уменьшению качества покрытия и к снижению коррозионной стойкости;
7) увеличение содержания декстрина выше верхнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий и уменьшению коррозионной стойкости покрытий, увеличению внутренних напряжений, снижению выхода по току и предельно допустимой катодной плотности тока;
8) уменьшение содержания декстрина ниже нижнего заявляемого предела приводит к ухудшению качества покрытий и к снижению коррозионной стойкости покрытий.
9) увеличение содержания фторопластовой суспензии выше верхнего заявляемого предела приводит к снижению коррозионной стойкости;
10) уменьшение содержания фторопластовой суспензии ниже нижнего заявляемого предела приводит к снижению коррозионной стойкости.
Сравнительные эксплуатационные характеристики электролитов и физико-механические свойства композиционного покрытия цинк-фторопласт и цинк-бор приведены в табл.2.
Как видно из табл.2, коррозионная стойкость композиционного покрытия цинк-фторопласт, осажденного из заявляемого электролита, превышает коррозионную стойкость сплава цинк-бор, осажденного из прототипа, в 1,1-1,4 раза при сохранении основных физико-механических свойств покрытий.
Это позволяет расширить область применения композиционного покрытия сплава цинк-фторопласт в качестве коррозионностойкого покрытия в машиностроении.
Таблица 1
Составы электролитов и режимы электролиза
Состав электролитов и режимы электролиза
Концентрация компонентов, г/л
1
2
3
4
5
прот
Сульфат цинка
150
200
225
250
300
225
Сульфат алюминия
15
20
25
30
35
25
Сульфат натрия
40
50
75
100
110
75
Декстрин
7
8
9
10
11
9
Декагидродекаборат натрия (ТУ 6-02-01-513-86)
-
-
-
-
-
5
Фторопластовая суспензия (ТУ 6-05-1246-81)
0,1
0,4
0,7
1,2
1,3
-
рН электролита
3,2
3,6
4,0
4,4
4,8
4,0
Температура, °C
17
20
25
30
35
23
Катодная плотность тока, А/дм<sup>2</sup>
0,5
1
2
3
3,5
2,5
Таблица 2
Физико-механические свойства предложенного композиционного покрытия цинк-фторопласт и прототипа цинк-бор
Физико-механические свойства композиционного покрытия цинк-фторопласт и прототипа цинк-бор
Предложенный состав композиции
Прототип
1
3
2
4
5
Коррозионная стойкость (скорость коррозии), г/м<sup>2</sup>ч
0,033
0,031
0,027
0,025
0,024
0,035
Микротвердость, МПа
810
820
840
870
890
1060
Сцепление с основой из стали, меди и ее сплавов
Удовлетворяет ГОСТ 8.302-88
Содержание фторопласта в композиционном покрытии, мас.%
0,6
0,7
1,8
3,1
3,6
<sup>-</sup>
Содержание бора в сплаве, мас.%
-
-
-
-
-
2,4
Выход по току, %
94
95
97
98
96
96