ЭЛЕКТРОЛИТ АЛЮМИНИРОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C25D3/44 

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электрохимическому нанесению алюминия на стальные, медные, латунные и графитные образцы для защиты от коррозии и получения электропроводящих пленок.

Электролиты алюминирования (ЭА) делятся на три группы:
ЭА на основе комплексов алюминийалкилов с галогенидами щелочных металлов;
эфирногидридные ЭА;
алкилбензольные ЭА.

Алкилбензольные электролиты делятся в свою очередь на
растворы "некомплексированного" бромида алюминия;
растворы комплексов галогенидов алюминия с четвертичными аммониевыми соединениями (ЧАС) и солями щелочных металлов;
растворы комплексов алюмоорганических соединений.

В большинстве ЭА в качестве алюминийсодержащих соединений используются галогениды алюминия (в ЭА на основе ЧАС хлорид алюминия, бромид алюминия; в эфирногидриных ЭА хлорид алюминия; в алкилбензольных ЭА бромид алюминия). В качестве растворителя в ЭА, кроме эфирногидридных, используются ароматические растворители (толуол, ксилол).

Наиболее простыми в приготовлении являются алкилбензольные ЭА. Для улучшения качества алкилбензольных электролитов используются различные добавки (парафин, антрацен, п-толуолсульфамид, N, N- диметиланилин, дифениламин, диэтиламин, кремнийорганические соединения).

Недостатками известных электролитов являются сложность приготовления, чувствительность к влаге воздуха, высокие рабочие температуры (для комплексных алюминийорганических ЭА 80- 100^oC(353 373k), высокая стоимость компонентов.

Алкилбензольные электролиты на основе растворов бромида алюминия в ароматических растворителях относительно дешевы, стабильны и работают при нормальных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому электролиту является алкилбензольный электролит, содержащий 53,4% бромида алюминия, 23,3% ксилола и 23,3% алкилбензола-этилбензола [1]
Недостатками данного электролита являются небольшой срок службы, чувствительность электролита к влиянию влаги воздуха, низкая скорость электрохимического осаждения алюминия.

Задача изобретения создание электролита с повышенным сроком эксплуатации и увеличение скорости электрохимического осаждения алюминия.

Поставленная задача решается с помощью электролита алюминирования, содержащего бромид алюминия, дурол (1,2,4,5-тетраметилбензол) и органический растворитель (ксилол) при следующем соотношении компонентов, мас.

бромид алюминия 30 60
1,2,4,5-тетраметилбензол (дурол) 15 30
ксилол остальное.

Вводимый в состав электролита 1,2,4,5-тетраметилбензол (дурол) имеет молекулярную массу M=134,212, температуру плавления T_пл>=79,24^oC (352,24^oK), температуру кипения T_кип= 196,80^oC (469,80^oK), плотность d=0,838 г/см³, брутто-формулу: C₁₀H₁₄.

При нормальных условиях, 1,2,4,5 тетраметилбензол представляет собой белые кристаллы в виде листьев с запахом камфоры. Дурол нерастворим в воде. Растворим в этаноле, диэтиловом эфире, ароматических растворителях, малорастворим в уксусной кислоте. Перегоняется с водяным паром.

Дурол взаимодействует с 1,3,5-тринитробензолом, образуя соединение (T_пл 92-98^oC (365 371K), применяемое при синтезе красителей. Хлорметилированием дурола (в присутствии хлорида цинка получают 1,4-дихлорметилдурол промежуточный продукт в производстве антиоксидантов, лекарственных веществ, полиэфиров.

Дурол содержится в нефти и каменноугольной смоле. В промышленности его выделяют из продуктов каталитического реформинга бензинов. В лабораторных условиях дурол синтезируют метилированием псевдокумола и других метилбензолов в присутствии гелогенидов алюминия, алюмосиликатного или цеолитного катализатора, а также конденсацией псевдокумола с формальдегидом и последующим гидрокрекингом образовавшегося дифенилметана. Дурол умеренно токсичен. ПКД мг/м³.

Электролит готовят следующим образом.

Дурол в термостойкой колбе нагревается до плавления. В расплавленный дурол помещается необходимое количество бромида алюминия и при нагревании доводится до растворения. В расплав приливается ксилол. Раствор электролита представляет собой тяжелую жидкость красно-оранжевого цвета. Сразу после приготовления электролит готов к эксплуатации.

Электроосаждение ведут при комнатной температуре и катодной плотности тока i_k=0,5 3,5 А/дм₂.

Конкретные примеры и результаты, иллюстрирующие изобретение, приведены в таблице.

Анализ данных таблицы с целью выбора оптимальной концентрации дурола в электролите показывает, что при содержании дурола <15 мас. скорость осаждения и время работы электролита существенно не отличаются от характеристик прототипа. При увеличении концентрации дурола время работы электролита и скорость электроосаждения алюминия значительно возрастают.

Оптимальные результаты достигаются при соотношении: бромид алюминия 50 мас. дурол 25 мас. ксилол остальное.

Дальнейшее увеличение концентрации бромида алюминия и дурола приводит к увеличению рабочей температуры электролита, при этом значительного увеличения скорости электроосаждения и времени работы электролита не наблюдается.

Методика определения скорости осаждения алюминия.

Скорость осаждения алюминия.

Скорость осаждения алюминия (v) определялась по толщине электрохимического покрытия алюминия (h), осаждающегося на образец t: .

Толщину осадка вычисляли исходя из объема осадившегося алюминия (V) и площади образца (S):.

Объем осадка находили по изменению массы образца (Δm) и плотности алюминия (d):
Δm=m₂-m₁,
где m₁ масса образца;
m₂ масса образца с осадком алюминия.

Суммарную формулу определения скорости осаждения алюминия можно записать так

Полученный результат выражали в мкм/мин.

Как видно из представленных в таблице данных, предлагаемый электролит отличается от прототипа более продолжительным (в 2 раза) временем работы и скоростью электротехнического осаждения, увеличивающейся при плотности тока i_k от 0,5 до 3,5 А/дм² (при i_k>3,5 A/ m³ происходит образование дендритов).

Из предлагаемого электролита осаждаются мелкокристаллические блестящие осадки алюминия с хорошей адгезией к покрываемой поверхности.

Такие преимущества как простота приготовления электролита, доступность исходных веществ (дурол является отходом при каталитическом реформинге бензинов), использование при нормальных условиях в отсутствии инертной атмосферы, продолжительный срок работы и высокое качество осадков позволяют применять предлагаемый электролит алюминирования в машиностроении, авиационной промышленности, приборостроении, электротехнике, радиотехнике, оптике и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электрохимическому нанесению алюминия на стальные, медные, латунные образцы для защиты от коррозии и образования электропроводящих пленок. Электролит алюминирования содержит, мас.%: бромид алюминия 30 - 60; 1,2,4,5-тетраметилбензол 15 - 30 и ксилол - остальное. Использование электролита позволяет увеличить срок эксплуатации и скорость электрохимического осаждения алюминия. 1 табл.

Электролит алюминирования, содержащий бромид алюминия, ксилол и алкилбензол, отличающийся тем, что он в качестве алкилбензола содержит 1,2,4,5-тетраметилбензол(дурол) при следующем соотношении компонентов, мас.

Бромид алюминия 30 60
1,2,4,5-Тетраметилбензол 15 30
Ксилол Остальное