СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ЦИНКОМ
ZINC ELECTROPLATING METHOD

Изобретение относится к гальваническому способу получения покрытий цинком.
Известен электролит следующего состава:
4
2
2
4
3
2
2
4
2
2
1. ZnSO·7HO - 250-300 г/л, Al(SO)·18HO - 30-40 г/л, NaSO·10HO - 80-100, декстрин - 1-2 г/л, блескообразователь ЦБУ - 1,0 г/л, блескообразователь-закрепитель У-2 - 1,5-2,0 г/л, pH 3,0-4,0, температура 15-25°C, катодная плотность тока - 2,0-4,5 А/дм [1].
Данный электролит цинкования имеет ряд недостатков, среди которых можно выделить малую рассеивающую способность, а также содержание в электролите, помимо катионов цинка, токсичных анионов и органических веществ, которые заметно увеличивают трудоемкость утилизации отработанного электролита и очистку сточных вод с участка цинкования.
2
3
3
2
Из применяемых в настоящее время электролитов наиболее близким по составу и технологическим характеристикам является электролит, содержащий: ZnCl - 60-120 г/л, KCl - 150-230 г/л, HBO - 15-30 г/л, Лимеда НЦ-10 - 30-70 г/л, Лимеда НЦ-20 - 2,5-5,0 г/л, pH - 4,5-5,5. Диапазон рабочих температур - 18-30°C. Рабочая плотность тока 0,5-3,0 А/дм [1].
2
Применение добавок в данном электролите позволяет повысить буферную емкость раствора, что позволяет проводить процесс при более высоких плотностях тока (до 3 А/дм). Органические добавки данного электролита увеличивают катодную поляризацию, что приводит к формированию мелкокристаллических осадков цинка и повышению равномерности покрытий. Однако наличие органических добавок усложняет утилизацию отработанного электролита и очистку сточных вод.
Техническим результатом предлагаемого способа является получение равномерных, полублестящих, хорошо сцепленных с основой покрытий цинком с высоким выходом по току. Электролит должен быть простым в приготовлении и корректировке, а также не содержать токсичных органических добавок. Рабочая температура электролита не должна быть выше 25-30°C.
2
Это достигается тем, что в способе нанесения гальванического покрытия цинком из электролита, содержащего ионы цинка и воду, при катодной плотности тока 1,0-1,5 А/дм, согласно предлагаемому изобретению в воде растворяют сульфат или оксид цинка - 0,075-0,185 моль/л, молочную кислоту (80%-ную) - 10-20 мл/л, pH - 2,0-4,0, после чего проводят процесс электролитического осаждения цинка при температуре 20-25°C с использованием графитового анода.
В качестве комплексообразователя выбрана молочная кислота. Она применяется как пищевая добавка [2], широко распространена в природе, является интермедиатом процессов обмена в биологических тканях, легко биоразлагаема и поэтому экологически безопасна.
Не выявлены решения, имеющие признаки заявляемого способа.
Способ нанесения гальванических покрытий цинком осуществляется следующим образом.
2
В дистиллированной воде растворяют, согласно составу электролита, сульфат или оксид цинка. Затем доливают молочную кислоту, доводят до объема дистиллированной водой и перемешивают. Осаждение ведут при катодной плотности тока 1-1,5 А/дм, при температуре 20-25°C с использованием графитового анода.
На основании выполненных исследований для осаждения блестящих покрытий цинком можно рекомендовать электролит следующего состава:
2
- сульфат или оксид цинка - 0,075-0,185 моль/л, молочная кислота (80%-ная) - 10-20 мл/л, pH - 2,0-4,0. При катодной плотности тока от 1 до 1,5 А/дм и температуре 20-25°C катодный выход по току равен 55-65%, что соответствует скорости осаждения 4-13 мкм/час. Из данного электролита осаждаются равномерные, полублестящие покрытия без дополнительного введения блескообразующих добавок.
Микрофотографии поверхности цинкового покрытия, полученные с помощью атомно-силового (см. чертеж, а) и металлографического (×100) микроскопов (см. чертеж, б), указывают на то, что покрытия обладают мелкокристаллической структурой с блочным ростом кристаллов.
Преимущества промышленного использования заявленного электролита
1. Комплекс цинка с молочной кислотой может быть легко разрушен на стадии очистки сточных вод, путем смещения значения pH выше 5.
2. Электролит сравнительно прост по составу, не содержит токсичных органических добавок, позволяет получать покрытия хорошего качества с довольно высоким катодным выходом по току.
3. Молочная кислота, в отличие от применяемых в электролитах цинкования органических добавок, легко окисляется и не создает дополнительных трудностей при утилизации отработанного электролита и промывных вод.
Таблица 1
Зависимость катодного выхода по току цинка от катодной плотности тока.
i<sub>к</sub>, А/дм<sup>2</sup>
0,1
0,25
0,5
1,0
2,0
3,0
4,0
ВТ, %
20
40
68
65
51
35
25
Таблица 2
Зависимость катодного выхода по току цинка от концентрации ионов цинка при плотности тока 1,0 А/дм<sup>2</sup>
[Zn<sup>2+</sup>], моль/л
0,022
0,043
0,129
0,173
ВТ, %
30
45
74
77
Таблица 3
Зависимость катодного выхода по току цинка от концентрации молочной кислоты
[Hlact], мл/л
5
10
20
40
ВТ, %
65,7
64,6
68,4
65,0
Таблица 4
Зависимость катодного выхода по току цинка от pH при катодной плотности тока 1,0 А/дм<sup>2</sup>
pH
1,0
2,0
3,0
4,0
ВТ, %
31,3
76,8
84,6
93,9
Таблица 5
Зависимость катодного выхода по току цинка от температуры
t, °C
10
20
40
60
ВТ, %
55
70
75
85
Литература
1. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. В 2-х томах / Под ред. М.А.Шлугера. - М.: Машиностроение, 1985. - T.1. 1985. 240 с., с ил.
2. ГОСТ 490-2006 Кислота молочная пищевая. Технические условия. - М., Стандартинформ, 2007.