СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЯ ШАРООБРАЗНОЙ ФОРМЫ Российский патент 1997 года по МПК C25C1/08 

Изобретение относится к электролитическому получению никеля округлой формы (в виде отдельных дисков, "кругляшек" и т.п.) путем осаждения на катодную основу. Никель такой формы широко используют в качестве анодов при проведении процесса никелирования металлических деталей.

Известен способ осаждения металла на малые электропроводные участки катодной основы при пропускании электрического тока через электролит (патент US N 3860509, 1975). Участки формируют из свободных концов множества тонких электрических проводов, помещая их в матрицу из непроводящего материала. Площадь каждого участка составляет 0,0005-0,018 кв.мм. Металлический осадок, получаемый на такой проводящей поверхности, хотя и имеет тенденцию к радиальному расширению в начале процесса, к концу его приобретает дискообразную форму. Кроме того, получаемый металлоосадок имеет очень незначительные размеры из-за его непрочной связи с катодной основой.

Известен способ получения "кругляшек" электролитного никеля размером 2,5 см (Патент US N 4147597, 1979). Осаждение проводят, пропуская ток через сульфат-хлоридный электролит на электропроводные участки круглой формы, выделенные в непроводящей поверхности катодной основы. Поверхность этих участков специально обрабатывают методом шлифования до получения четких "микрозазубрин" размерами 0,6-7,6 мкм округлой или пирамидальной формы. Это позволяет надежно удерживать металлоосадок на катодной основе при проведении процесса осаждения металла. Однако данный способ также не позволяет получать никель правильной шарообразной формы.

Наиболее близким к предлагаемому является процесс осаждения никеля шарообразной формы путем пропускания электрического тока через сульфат-хлоридный электролит с использованием долговечного катодного блока, содержащего жесткую плиту из непроводящего материала, внутри которой находится проводящий металлический узел (Патент US N 4082641, 1978). Указанный узел представляет собой ряды металлических стержней, которые выступают над плитой, образуя сеть плоских электропроводных участков, каждый из которых имеет площадь 0,13-1,3 кв.см. Осаждение проводят с изменением плотности катодного тока. В течение времени, составляющего половину всего временного цикла осаждения, первоначальную плотность катодного тока увеличивают примерно в три раза, после чего остальную часть времени осаждения ее поддерживают постоянной.

Данный способ позволяет получать осадок в форме короны круглой или эллиптической формы с плоским основанием. Общая площадь поверхности такого осадка не менее, чем в три раза превышает площадь основания. Однако получение никеля правильной шарообразной формы с использованием данного изобретения невозможно.

Целью изобретения является получение электролитного никеля правильной шарообразной формы.

Это достигается тем, что в способе получения никеля шарообразной формы, включающем его осаждение из сульфат-хлоридного электролита на электропроводные участки катодной основы, покрытой диэлектриком, каждый из которых имеет площадь не более 0,5 кв.см, при изменении плотности катодного тока во время периода осаждения t, осаждение проводят на участки, имеющие форму правильной пирамиды, при первоначальной плотности катодного тока, равной 0,6-0,8 А/кв. дм, которую затем изменяют следующим образом (фиг.1): от 0 до 1/4 t поддерживают постоянной; от 1/4 t до 1/2 t увеличивают не более, чем на 0,01 (А/кв. дм)/ч; от 1/2 t до 1/4 t поддерживают постоянной; при 3/4 t увеличивают на 1,5-3 А/кв.дм; от 3/4 t до t поддерживают постоянной.

Осаждение на вершину правильной пирамиды позволяет сконцентрировать на ней поток катионов Ni²⁺, избежать его рассеивания по поверхности, что бывает при осаждении на плоскую подложку. Поддерживая плотность тока 0,6-0,8 А/кв. дм в течение первой четверти периода осаждения, на электропроводном участке с малой поверхностью удается получить затравку в виде плотного шара. Этому способствует нарастание металла по плоскостям правильной пирамиды. Во время второй четверти периода осаждения плотность тока увеличивают не более, чем 0,01 (А/кв.дм)/ч. Такой режим обеспечивает равномерность осаждения никеля по вновь образующейся поверхности. Однако некоторые неровности осадка все же образуются. Их сглаживают в течение следующей четверти периода, поддерживая плотность тока постоянной. По завершению этой части периода осаждения имеется некоторая поверхность металла правильной шарообразной формы. Для осуществления дальнейшего равномерного осаждения никеля на этой поверхности повышают плотность тока на 1,5-3 А/кв.дм в зависимости от диаметров шаров, которые требует получить в ходе процесса. На заключительном этапе проводят сглаживание небольших неровностей, приближая поверхность осадка к форме шара.

Первоначальная плотность тока, меньшая 0,6 А/кв.дм, снижает производительность процесса из-за более медленного роста шаровой поверхности. Кроме того, возможно искажение формы шара за счет роста дендритов при увеличении плотности катодного тока на 1,5-3 А/кв.дм при 3/4 t, а так как к этому не успевает сформироваться необходимая поверхность. Рост дендритов наблюдается также при установлении первоначальной плотности тока больше 0,8 А/кв.дм. Аналогичным образом объясняется искажение шарообразной формы осаждаемого металла в случае превышения плотности тока над заявляемым режимом в течение 1/4t-1/2t.

Если плотность тока при 3/4t повышают менее, чем на 1/5 А/кв.дм, то производительность процесса понижается. Превышение плотности тока над верхним пределом, т.е. 3,5 А/кв.дм, вызывает рост дендритов.

В варианте осуществления способа осаждение проводят на катодную основу, представляющую собой одну или несколько соединенных между собой правильных пирамид, покрытых диэлектриком, с выделенными электропроводными участками вблизи вершин, которую вращают со скоростью 0,5-2 об/мин.

Вершины правильных пирамид такой катодной основы в электролизной ванне будут находиться на разном расстоянии от анодов, между которыми она размещена. Для достижения цели при заявляемых электрических режимах используют вращение основы. Если скорость вращения катодной основы меньше 0,5 об/мин или больше 2 об/мин, происходит искажение формы шара осаждаемого металла. Одновременное использование множества катодных основ в виде соединенных между собой правильных пирамид позволяет повысить производительность процесса за счет увеличения количества центров осаждения.

Изобретение поясняется фиг. 1-3. Катод для осаждения шаров показан на фиг. 2. Металлические стержни 1 подвешивают на общей штанге 2 с возможностью их вращения. На каждом таком стержне закрепляют несколько катодных основ 3, представляющих собой соединенные между собой правильные пирамиды. Стержни, штанга и катодные основы покрывают диэлектриком, выделяя электропроводные участки площадью не более 0,5 кв. см вблизи вершин пирамид. На фиг.3 отдельно показана катодная основа в виде соединенных между собой правильных пирамид 4, покрытая диэлектриком 5, с электропроводными участками 6.

Получение никелевого металлоосадка правильной шарообразной формы путем его электролитического осаждения на электропроводные участки катодной основы, выполненные в виде правильной пирамиды, при заявляемых режимах, является новым и существенно отличается от известных аналогов.

Пример 1. Способ использован при получении шаров электролитного никеля диаметром 2,5-3 см.

Катодная основа представляла собой титановую пластину, на поверхности которой с обеих сторон в шахматном порядке закреплялись гранью титановые правильные пирамиды, имеющие высоту 30 мм. Диэлектрическое покрытие наносили по обеим поверхностям пластины и граням пирамид, выделяя электропроводные участки вблизи вершин пирамид площадью 0,3 кв.см.

Катодную основу опускали в электролизную ванну, закрепляя на катодной штанге при помощи токопроводящих шин. По обе стороны катодной основы, параллельно ее плоскости, размещали никелевые аноды. В качестве электролита использовали раствор, содержащий. г/л: NiSO₄x6 H₂O 250-330; NiCl₂x7 H₂O 71; Н₃ВО₃ 18.

Температура раствора составляла 46-51^oС, рН 4,5. Общее время (период) осаждения 8 сут.

Процесс начинали при плотности катодного тока 0,6 А/кв.дм, которую поддерживали в течение 2 сут. Следующие 2 сут плотность тока увеличивали со скоростью 0,01 (А/кв. дм) /ч, пока она не достигала значения 1,08 A/кв.дм. После выдержки катода при плотности тока 1,08 A/кв.дм в течение 2 сут ее увеличивали до 4,08 A/кв.дм и поддерживали постоянной также в течение 2 сут.

В результате был получен никель правильной шарообразной формы в виде отдельных осаждений диаметром 2,5-2,8 см. Полученный металлоосадок снимали с вершин правильных пирамид катодной основы.

Пример 2. Получение шаров никеля диаметром 3 см проводили на катодные основы в форме соединенных правильных пирамид, которые закрепляли на металлических стержнях и подвешивали на общей штанге (см.фиг.2). Стержни, штанги и катодные основы были изготовлены из титана. Титан покрывали диэлектриком, выделяя вблизи вершин пирамид электропроводные участки площадью 0,5 кв.см. Состав электролита, его рН, температура и электрические режимы процесса осаждения указаны в примере 1. Осаждение проводили на катодные основы, вращающиеся вокруг своей оси со скоростью 1,5 об/мин.

В результате проведенного процесса были получены шары никеля диаметром 3,0-3,2 см.

Получение шаров никеля других диаметров проводили с использованием катодных основ, описанных в примерах 1 и 2, изменяя длительность процесса осаждения или количество центров осаждения.

Результаты осаждения никеля при разных режимах проведения процесса представлены в табл.1.

Использование: электролитическое получение никеля округлой формы. Сущность: способ получения никеля шарообразной формы включает его осаждение из сульфат-хлоридного электролита на электропроводные участки катодной основы, покрытой диэлектриком, каждый из которых имеет площадь не более 0,5 см², при этом осаждение проводят на участки, имеющие форму правильной пирамиды, в начале периода осаждения устанавливают плотность катодного тока, равную 0,6-0,8 А/дм², после чего плотность тока до 1/4 периода поддерживают постоянной, затем плотность тока в течение 1/4-1/2 периода увеличивают не более, чем на 0,01 А/дм²ч, после чего в течение 1/2 до 3/4 периода поддерживают постоянной, затем в течение 3/4 периода увеличивают на 1,5-3 А/дм², после чего в течение времени от 3/4 периода до конца периода осаждения поддерживают постоянной. Осаждение проводят на катодную основу, представляющую собой одну или несколько соединенных между собой правильных пирамид, с электропроводными участками вблизи вершин, которую вращают со скоростью (0,5-2) об/мин. 1 з.п.ф-лы, 1 табл. 3 ил.

1. Способ получения никеля шарообразной формы, включающий его осаждение из сульфат-хлоридного электролита на электропроводные участки катодной основы, покрытой диэлектриком, каждый из которых имеет площадь не более 0,5 см², при изменении плотности катодного тока во время периода осаждения, отличающийся тем, что осаждение проводят на участки, имеющие форму правильной пирамиды, при этом в начале периода осаждения устанавливают плотность катодного тока 0,6 0,8 А/дм², после чего плотность тока до 1/4 периода поддерживают постоянной, затем плотность тока в течение 1/4 1/2 периода увеличивают не более чем на 0,01 А/дм² • ч, после чего в течение 1/2 3/4 периода поддерживают постоянной, затем в течение 3/4 периода увеличивают на 1,5 3 А/дм², после чего в течение времени от 3/4 до конца периода осаждения поддерживают постоянной. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение проводят на катодную основу, представляющую собой одну или несколько соединенных между собой правильных пирамид, с электропроводными участками вблизи вершин, которую вращают со скоростью 0,5 2,0 мин^-1.