ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ЦИНК-НИКЕЛЬ
ELECTROLYTE FOR ELECTRIC PRECIPITATION OF ZINC-NICKEL ALLOY

Изобретение относится к прикладной электрохимии, в частности к электролитическому нанесению сплава цинк-никель.
Известен широко применяемый в промышленности электролит, который содержит, г/л: оксид цинка 15-17, хлорид никеля шестиводный 36-92, хлорид аммония 250-260, борную кислоту 20-25 /Грилихес С.Я., Тихонов К.И. Электролитические и химические покрытия. Теория и практика. - Л.: Химия, 1990. - C.125/.
2
2
Однако этот электролит требует подогрева до 30-40°С и работает при катодных плотностях тока 0,5-2,0 А/дм. Расширить рабочий диапазон плотностей тока до 5 А/дм можно при добавлении гидроксида аммония до pH 9, что повышает экологическую опасность процесса и снижает стабильность работы электролита.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электролит следующего состава, г/л: оксид цинка 15, хлорид никеля шестиводный 35-90, хлорид аммония 250, борная кислота 20 /Гальванотехника: справ, изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. - М.: Металлургия, 1987. - С.167/.
Выход по току сплава цинк-никель в этом электролите составляет 93-96%, содержание никеля в сплаве 15-25%. Величина pH 6,5-6,8.
2
Недостатками этого электролита являются: небольшая производительность процесса, узкий диапазон рабочих плотностей тока (0,5-2,0 А/дм) и высокая температура (40°С).
Задача данного изобретения - повышение производительности процесса электроосаждения сплава цинк-никель, расширение диапазона рабочих плотностей тока и снижение энергетических затрат на подогрев электролита.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в электролит, содержащий оксид цинка, хлорид никеля шестиводный, хлорид аммония и борную кислоту, дополнительно вводят препарат ОС-20 и продукт конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина при следующем соотношении компонентов, г/л:
оксид цинка
10-15,
хлорид аммония
230-250,
хлорид никеля шестиводный
60-90,
борная кислота
20,
препарат ОС-20
0,5-0,6,
продукт конденсации
диметилолтиомочевины
и полиэтиленполиамина
0,003-0,005.
2
Режимы электролиза: диапазон рабочих плотностей тока 0,1-5,0 А/дм, температура электролита 18-25°С, величина pH 5,0-5,5. Содержание никеля в сплаве 23-27%. Выход по току сплава 75-100%. Аноды никелевые.
Препарат ОС-20 (ГОСТ 10730-82) представляет собой смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов и является эффективным поверхностно-активным веществом. Адсорбируясь на поверхности катода, препарат ОС-20 позволяет устранить питтингообразование на покрытиях сплавом цинк-никель при комнатной температуре и получать полублестящие покрытия сплавом при низких плотностях тока, расширяя диапазон рабочих плотностей тока.
Продукт конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина имеет следующую структурную формулу
,
где n=10-12. Это полимерное ПАВ за счет серосодержащих и аминогрупп обеспечивает агрегативную устойчивость и электрофоретический перенос коллоидных частиц гидроксидов и основных солей цинка и никеля, присутствующих в электролите и участвующих в формировании покрытия сплавом цинк-никель, что, в свою очередь, позволяет увеличить производительность процесса.
Введение в электролит продукта конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина совместно с препаратом ОС-20 позволяет повысить производительность процесса в 2,5 раза и получить полублестящие покрытия сплавом цинк-никель при комнатной температуре с более высоким выходом по току сплава и в более широком диапазоне плотностей тока, чем из электролита, используемого в промышленности.
Электролит работает при температуре 18-25°С, то есть не требует затрат электроэнергии на подогрев.
Продукт конденсации синтезировали аналогично методике, описанной в работе /Бобрикова И.Г. Разработка высокопроизводительных электролитов-коллоидов цинкования: Дис. … канд. техн. наук. - Новочеркасск, 1988. - 202 с./.
Для приготовления продукта конденсации берут 1 кг диметилолтиомочевины, растворяют в 2,5 л дистиллированной воды при температуре 50°С и перемешивании. После полного растворения в раствор небольшими порциями, непрерывно перемешивая, вводят полиэтиленполиамин из расчета 1 моль на 1 моль диметилолтиомочевины, pH реакционной смеси доводят раствором серной кислоты (1:1) до 7,5-8,0 и выдерживают смесь при температуре 50-60°С в течение 4-5 часов. После охлаждения смесь готова для введения в электролит.
Электролит для электроосаждения сплава цинк-никель готовят, используя реактивы марки "х.ч." и "ч.д.а." на дистиллированной воде.
Пример 1. Для приготовления 1 л электролита в 0,4 л воды при 70-80°С растворяют 230 г хлорида аммония. В нагретый раствор небольшими порциями при перемешивании вводят 10 г оксида цинка, а затем 60 г хлорида никеля шестиводного, предварительно растворенного в 0,1 л воды при температуре 70-80°С. В полученную смесь при перемешивании и нагревании добавляют 20 г борной кислоты, предварительно растворенной в 0,05 л воды при температуре 80-90°С. Электролит охлаждают до комнатной температуры и вводят 0,5 г ОС-20 и 0,003 г продукта конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина, которые предварительно растворяют в отдельных емкостях в небольшом количестве воды (0,05 л). После введения в электролит всех компонентов его объем доводят водой до 1 л.
2
Величину pH электролита доводят 50%-ным раствором соляной кислоты (плотность 1,19) до 5,0 и проводят электролиз при катодной плотности тока 0,1-1,5 А/дм.
Пример 2. Для приготовления 1 л электролита берут 250 г хлорида аммония, 90 г хлорида никеля шестиводного, 15 г оксида цинка, 20 г борной кислоты, 0,6 г ОС-20 и 0,005 г продукта конденсации диметилолтиомочевины и полиэтиленполиамина. Методика приготовления электролита аналогична описанной в примере 1.
2
Величину pH электролита доводят 50%-ным раствором соляной кислоты (плотность 1,19) до 5,5 и проводят электролиз при катодной плотности тока 0,1-5,0 А/дм.
Электролит стабилен в работе. Оксидом цинка, хлоридом аммония, хлоридом никеля шестиводного и борной кислотой электролит корректируется на основании его химического анализа. Добавками в количестве, равном половине рецептурного, его необходимо корректировать при получении плохого качества покрытия сплавом.
Примеры составов предлагаемого электролита, прототипа и их характеристики приведены в таблице. Примеры даны на предельные и запредельные значения компонентов.
Граничные концентрации компонентов электролита определены экспериментально. За пределами граничных концентраций (составы электролитов I и V) покрытия получаются неравномерные, серые, матовые.
2
Сравнение составов и эксплуатационных характеристик предлагаемого электролита и прототипа позволяет сделать следующее заключение: предлагаемый электролит обеспечивает повышение производительности процесса электроосаждения сплава цинк-никель в 2,5 раза, расширение диапазона рабочих плотностей тока (0,1-5,0 А/дм), работает при температуре 18-25°С, то есть не требует затрат электроэнергии на подогрев, а также позволяет получить полублестящие покрытия сплавом цинк-никель с выходом по току сплава 75-100%. Содержание никеля в сплаве 23-27%.
Компоненты электролита и его характеристики
Состав электролита (в г/л) и значения характеристик
заявляемого объекта
прототипа
I
II
III
IV
V
Оксид цинка
9
10
13
15
16
15
Хлорид аммония
229
230
240
250
251
250
Хлорид никеля
59
60
75
90
91
35-90
шестиводный
Борная кислота
19
20
20
20
21
20
Препарат ОС-20
0,4
0,5
0,55
0,6
0,7
-
Продукт конден-
сации диметилол-
тиомочевины и
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
-
полиэтиленполиамина
Температура
18
18
20
25
25
40
электролита, °С
Катодная плотность тока, А/дм<sup>2</sup>
0,10
0,10
3,00
5,00
5,00
0,50-2,00
Величина pH
5,0
5,0
5,3
5,5
5,5
6,5-6,8
Выход по току
100
100
88
75
75
93-96
сплава, %
Содержание никеля
27,5
27,4
23,1
24,2
24,5
15-25
в сплаве, %
Внешний вид покрытия
неравномерное, серое, матовое
полублестящее, равномерное
полублестящее, равномерное
полублестящее, равномерное
неравномерное, серое, матовое
равномерное, серое, матовое
Исследования электролита, проведенные в лабораториях ЮРГТУ (НПИ), выявили его высокие технико-экономические показатели и эффективность применения для электроосаждения сплава цинк-никель.