ЭЛЕКТРОЛИТ НИЗКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫЙ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОЛУБЛЕСТЯЩЕГО ПОКРЫТИЯ СПЛАВОМ ОЛОВО-ЦИНК Российский патент 2007 года по МПК C25D3/60 

Изобретение относится к области электрохимии, в частности электрохимического нанесения покрытий сплавом олово-цинк. Использование предлагаемого электролита позволяет наносить стабильные по составу покрытия сплавом олово-цинк 30-17%.

Известен цитратный электролит для нанесения сплава олово-цинк следующего состава, моль/л: сульфат олова 0,03-2,5, сульфат цинка 0,01-2,0, лимонная кислота или цитрат щелочного металла 0,25-2,0, сульфат аммония или сульфат натрия 0,25-2,0. рН 3,5-9, температура электролита 15-25°С, катодная плотность тока 0,2-6,0 А/дм². Получаемые осадки сплава отличаются высокой стабильностью химического состава (Патент 5118394 (США), 1992). Недостатком данного электролита является высокая концентрация основных компонентов.

Наиболее близким к предлагаемому, является электролит для получения осадков сплава олово-цинк (25%), содержащий, моль/л: сульфат олова 0,17-0,20, сульфат цинка 0,12-0,15, лимонную кислоту 0,57-0,6, сульфат аммония 0,53-0,55, аммиак (30% водный раствор) 1,4-1,6, (HO-CH₂-CH₂-O-)·nHS. Катодная плотность тока 0,1-1 А/дм², температура 10-40°С, рН 4-8 (Патент 4168223 (США), 1979). К недостаткам данного электролита относятся: высокие концентрации компонентов, низкая катодная плотность тока.

Общим недостатком рассматриваемых электролитов является присутствие в них ионов аммония, очистка сточных вод от которых трудоемка.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение концентраций основных компонентов электролита и отсутствие в нем ионов аммония.

Предлагаемый электролит экологически более предпочтительный, так как он содержит дифениламин, позволяющий исключить из состава раствора соли аммония или водный раствор аммиака, которые пагубно влияют на фауну водоемов, очистка сточных вод от которых трудоемка.

Поставленная задача достигается тем, что электролит, содержащий сульфат олова, сульфат цинка, цитрат щелочного металла, лимонную кислоту, препарат ОС-20 и дифениламин, при следующем соотношении компонентов, моль/л:

Сульфат олова0,087-0,094Сульфат цинка0,07-0,09Лимонная кислота0,32-0,34Цитрат щелочного металла0,66-0,69Препарат ОС-20, г/л0,76-0,92Дифениламин, г/л0,25-0,35.

Режимы электролиза: рН 6,0-6,5, температура 18-20°С, катодная плотность тока 0,5-4 А/дм², без перемешивания.

Наличие дифениламина в электролите позволяет наносить полублестящие покрытия сплавом олово-цинк стабильного состава и обладающего защитными свойствами.

Покрытия сплавом олово-цинк (20-30%), по сравнению с оловянными, менее пористые, имеют более электроотрицательный потенциал, обеспечивая протекторную защиту деталей из черных металлов, и обладают высокими защитными свойствами в промышленной атмосфере и в условиях морского и тропического климата по сравнению с цинковыми и кадмиевыми.

Из электролита получены равномерные, светлые, мелкокристаллические покрытия с содержанием в них цинка 30-17%. Его хранение в течение 120 суток не вызывает выпадение осадка гидроксида олова в объеме раствора. Электролит работает без его предварительной проработки. При пропускании через раствор 80 А·ч/л из него получают качественные по внешнему виду и стабильные по составу покрытия сплавом олово-цинк.

Микротвердость, определенная при катодных плотностях тока 1, 2, 3, 4 А/дм², равна 142, 117, 108 и 105 МПа соответственно.

Результаты коррозионных испытаний покрытия сплавом олово-цинк, полученных при катодной плотности тока 2 А/дм², толщине покрытия 18 мкм показали, что коррозионная стойкость покрытия превосходит коррозионную стойкость покрытий цинком из цинкатного электролита.

Эффективность использования предлагаемого цитратного электролита иллюстрируют данные, представленные в таблице 1.

Таблица 1ПДКПТ (величина предельно допустимой плотности тока, отнесенная к аналитической концентрации ионов или соединений электро-осаждаемого металла в электролите) электроосаждения сплава олово-цинк из цитратных электролитов различного составаНаименование компонентовКонцентрация компонентов в электролите, моль/лИзвестныйИзвестныйРазработанныйОлово сульфат0,03-2,50,17-0,200,087-0,094Цинк сульфат0,01-2,00,12-0,150,07-0,09Аммоний сульфат0,25-2,00,53-0,55 Лимонная кислота0,25-2,00,57-0,600,32-0,34Цитрат щелочного металла  0,66-0,69Аммиак водный (25%) 1,4-1,6 Добавка (HO-CH₂-CH₂-О-)·nHS, г/л количество не указано Дифениламин, г/л  0,25-0,35Препарат ОС-20 г/л  0,76-0,92рН3,5-94-86,0-6,5Температура, °С15-2510-4018-20Катодная плотность тока, А/дм²0,2-6,00,1-10,5-4ПДКПТ, А·дм·моль^-11,332,8621

Электролит для получения сплава олово-цинк позволяет получать плотные равномерные, стабильные по составу покрытия с содержанием цинка 30-17%, толщиной до 20 мкм, которые могут быть использованы в промышленности в качестве защитных.

Приготовление и корректировка электролита для электроосаждения сплава олово-цинк

Цитратный электролит готовят, растворяя сульфат цинка в небольшом количестве воды, а затем вводят в раствор цитрата щелочного металла. Сульфат олова растворяют непосредственно в растворе лимонной кислоты. Затем полученные растворы сливают при тщательном перемешивании, вводят дифениламин и препарат ОС-20, растворенные предварительно в воде. После этого объем электролита доводят до заданного и корректируют его рН.

Содержание основных компонентов электролита корректируют не реже двух раз в месяц по данным химического анализа. Дифениламин и препарат ОС-20 (Гальванотехника: Справочное издание. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галь И.Е. и др. М.: Металлургия, 1987, с.256.) вводят при ухудшении внешнего вида покрытия в количестве, равном половине рецептурного. Корректировку по добавкам проводят после пропускания 80-100 А·ч/л электричества.

Рекомендуем использовать аноды из цинка и олова с их раздельным питанием электрическим током. Соотношение площадей анодов и катодов должно быть не менее 2-х.

1. Увеличение содержания олова в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно, что связано с уменьшением стабильности электролита, ухудшением качества покрытий, увеличением расхода олова за счет уноса электролита вместе с деталями;

2. Уменьшение содержания олова в электролите ниже нижнего заявляемого предела приводит к уменьшению катодных плотностей тока электроосаждения и ухудшению качества осаждаемого покрытия.

3. Увеличение содержания цинка в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно, что связано с увеличением содержания цинка в покрытии, ухудшением качества покрытий, увеличением расхода цинка за счет уноса электролита вместе с деталями.

4. Увеличение содержания цитрата натрия и лимонной кислоты в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно. Это связано с увеличением стоимости электролита.

5. Уменьшение содержания лимонной кислоты и цитрата натрия ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к снижению выхода по току, интервалов работы электролита, ухудшению качества покрытий.

6. Увеличение содержания дифениламина в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно. Это связано с увеличением содержания цинка в сплаве.

7. Уменьшение содержания дифениламина ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к образованию дендритов и ухудшению качества покрытий.

8. Увеличение содержания препарата ОС-20 в электролите выше верхнего заявляемого предела нецелесообразно. Это связано с образованием белесого налета на поверхности покрытия.

9. Уменьшение содержания препарата ОС-20 ниже нижнего предела указанной концентрации приводит к уменьшению содержания олова в сплаве, к образованию дендритов и ухудшению качества покрытий.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электрохимическому нанесению защитных покрытий сплавом олово-цинк. Электролит содержит, моль/л: сульфат олова 0,087-0,094; сульфат цинка 0,07-0,09; лимонную кислоту 0,32-0,34; цитрат щелочного металла 0,66-0,69; препарат ОС-20 0,76-0,92 г/л; дифениламин 0,25-0,35 г/л. Использование предлагаемого электролита позволяет наносить полублестящие покрытия сплавом олово-цинк 30-17%, которые обладают повышенной коррозионной стойкостью по сравнению с цинковыми покрытиями в 1,2 раза. Электролит обеспечивает стабильность состава сплава и снижение экологической нагрузки на окружающую среду, а наличие дифениламина позволяет исключить из состава ионы аммония, которые пагубно влияют на фауну водоемов, очистка сточных вод от которых затруднена. 1 табл.

Электролит низкоконцентрированный для нанесения полублестящего покрытия сплавом олово-цинк, содержащий сульфат олова, сульфат цинка, цитрат щелочного металла, лимонную кислоту и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дифениламин и препарат ОС-20 при следующем соотношении компонентов, моль/л:

Сульфат олова0,087-0,094Сульфат цинка0,07-0,09Лимонная кислота0,32-0,34Цитрат щелочного металла0,66-0,69Препарат ОС-20, г/л0,76-0,92Дифениламин, г/л0,25-0,35