ЭЛЕКТРОЛИТ БЛЕСТЯЩЕГО ЦИНКОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C25D3/22 

Изобретение относится к области нанесения гальванических покрытий, в частности цинковых. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в отраслях машиностроения для защиты металлоконструкций от коррозии.

Известен кислый электролит блестящего цинкования (патент RU №2058435 от 20.04.1996, М.кл.⁶ С25D 3/22), который содержит сернокислый цинк, сернокислый натрий, аминоуксусную кислоту, а в качестве блескообразующей добавки используется -1-оксиэтил- 3,4, 6- триметил - 1,2 - дигидро - 2 - оксопиримидиний йодид при следующем соотношении компонентов, г/л:

сернокислый цинк 200-250

сернокислый натрий 30-40

аминоуксусная кислота 10-20

1-оксиэтил - 3,4, 6 - триметил - 1,2 - дигидро - 2 - оксопиримидиний йодид 0,7-2.

Процесс цинкования проводят при катодной плотности тока 10-15 А/дм², рН 2,0-4,0. Выход цинка по току 70-90%. Полученные в данном электролите цинковые покрытия обладают хорошей адгезией с основным металлом; степенью блеска 55-85%.

К недостатком электролита относится следующее:

1. Малый диапазон катодной плотности тока 10-15А/дм² (у предлагаемого электролита интервал катодной плотности тока 0,5-19 А/дм²).

2. Выход по току известного электролита 70-90% (выход по току предлагаемого электролита 97-99%), что свидетельствует о недостаточной интенсификации процесса.

3. Получаемые в известном электролите покрытия характеризуются недостаточно высокой степенью блеска 55-85%, а следовательно, более низкими механическими и защитно-декоративными свойствами (предлагаемый электролит позволяет получать покрытия со степенью блеска 96-99%).

Описанный в патенте RU №2063481 от 10.07.1996, М.кл.⁶ С25D 3/22 электролит блестящего цинкования содержит соль цинка, сульфат натрия, клей мездровый, а в качестве блескообразующей добавки - настой корневищ амброзии полыннолистной при следующем соотношении компонентов, мас.%:

соль цинка (в пересчете на металл) 1,0-1,3

сульфат натрия 3,0-3,5

клей мездровый 0,20-0,25

настой корневищ амброзии полыннолистной

(в пересчете на сухую массу) 0,5-0,7

вода - остальное

Процесс цинкования проводят при температуре 18-35°С, катодной плотности тока 1-18 А/дм², умеренном перемешивании. Рассеивающая способность электролита 72-73%, выход цинка по току 98-99%. При эксплуатации известного электролита получаются светлые, равномерные, беспористые мелкокристаллические покрытия со степенью блеска 93-95%. Выбор этого электролита в качестве прототипа обусловлен его общностью с предлагаемым электролитом: оба электролита содержат одинаковое число ингредиентов; в качестве основного компонента (источника катионов цинка) используется соль цинка; в качества блескообразующей добавки в обоих случаях взят настой растения; при эксплуатации обоих электролитов получаются блестящие покрытия; электролит-прототип и предлагаемый электролит можно эксплуатировать при комнатной температуре (20-22°С).

Недостаток известной конструкции электролита блестящего цинкования заключается в том, что:

1) рассеивающая способность известного электролита 72-73% (у предлагаемого электролита 72-76%), что свидетельствует о том, что известный электролит может быть использован для цинкования деталей менее сложной конфигурации;

2) известный электролит характеризуется интервалом катодной плотности тока 1-18 А/дм², тогда как предлагаемый электролит - 0,5-19 А/дм²;

3) при эксплуатации известного электролита получаются покрытия со степенью блеска 93-99%, что свидетельствует о более низких механических и защитно-декоративных свойствах получаемых покрытий.

Задачей настоящего изобретения является замена токсичных, дефицитных, дорогостоящих блескообразователей на безвредную для живого организма, недефицитную, недорогостоящую блескообразующую добавку, а также повышение катодной плотности тока и увеличение рассеивающей способности электролита.

Сущность в том, что в электролит блестящего цинкования, содержащий семиводный кристаллогидрат сульфата цинка, десятиводный кристаллогидрат сульфата натрия, костный клей, вводят в качестве блескообразующей добавки настой тополиного пуха при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ZnSO₄·7Н₂O-10,0-20,0, костный клей - 0,2-0,25,

Na₂SO₄·10Н₂O-8,0-10,0, настой тополиного пуха - 0,5-0,7

(в пересчете на сухую массу).

Блескообразующее действие настоя тополиного пуха связано с содержанием в нем поверхностно-активных компонентов, в частности целлюлозы, жиров, лигнина, смол, которые вызывают резкое повышение электродной поляризации и тем самым тормозят электродный процесс разряда ионов цинка и обусловливают качество гальванического покрытия. Применение указанной добавки взамен традиционно используемых индивидуальных химических веществ в определенной степени решает экологическую проблему, т.к. последние, в частности алифатические амины, аминоэфиры, тиомочевина, гипосульфит натрия относятся к числу токсичных и даже канцерогенных. Обезвреживание отработанных электролитов по таким добавкам требует дополнительных экономических затрат (реактивов, оборудования, электроэнергии, обслуживающего персонала), что полностью исключено в отношении электролита блестящего цинкования с добавкой настоя тополиного пуха. Тополиный пух не является дефицитным, дорогостоящим компонентом. Это растение, а точнее часть растения, тополя, выполняя важную, с точки зрения физиологии растения, функцию, является фактически мусором на территории проживания людей. Своевременный сбор тополиного пуха путем срезания тополиных «сережек» непосредственно с деревьев до начала интенсивного цветения тополя устраняет его характерные особенности - быть раздражителем чувствительных участков кожи человека и являться переносчиком пыльцы растений - аллергенов, играть роль пожароопасного мусора. Настой тополиного пуха готовится следующим образом. Навеску тополиного пуха массой 5-7 г предварительно высушенного, измельченного, заливают 100-120 мл кипящей воды и настаивают в течение 45-50 мин. Далее смесь фильтруют. Твердый остаток промывают 2-3 раза 40-50 мл горячей воды. Промывные воды вместе с фильтратом вносятся в электролит.

Для приготовления раствора костного клея навеску его в 2-2,5 г помещают в стакан емкостью 50 мл и заливают водой. Всю систему нагревают при непрерывном перемешивании до образования однородной массы. Электролит блестящего цинкования готовится простым смешиванием исходных растворов сульфатов цинка и натрия, полученных полным растворением рассчитанных навесок в дистиллированной воде. Настой клея и добавки вносят в электролит непосредственно перед началом эксперимента. Затем общий объем электролита доводят до заданного объема дистиллированной водой.

Процесс цинкования проводят при температуре 20-35°С, катодной плотности тока 0,5-19А/дм², при умеренном перемешивании раствора электролита. Внешний вид покрытия оценивался визуально. Определение отражательной способности проводили в сравнении с отражающей способностью серебряного зеркала. Определение прочности сцепления покрытия с основой (адгезия) проводилось методом нанесения сетки царапин. Рассеивающая способность электролита определялась по методу Филда. В результате испытаний установлено, что предлагаемый электролит позволяет получать светлые равномерные беспористые мелкокристаллические покрытия с высокой степенью блеска - 99-96% в пределах плотности тока 0,5-19А/дм², при выходе цинка по току 99-97%, что свидетельствует об интенсификации процесса. Предлагаемый электролит характеризуется высокой рассеивающей способностью 76-72% (рассеивающая способность известного электролита 73-72%), что позволяет наносить качественные покрытия на детали более сложной конфигурации (см. таблицу 1 и 2).

Электролит прост в приготовлении, нетоксичен, экологически оправдан, не содержит дорогостоящих, дефицитных компонентов.

Пример 1. Электролит блестящего цинкования состоит из следующих компонентов, мас.%:

Семиводный кристаллогидрат сульфата цинка - 10,0

Десятиводный кристаллогидрат сульфата натрия - 8,0

Костный клей - 0,20

Настой тополиного пуха - 0,5

Вода - остальное.

рН 3,0, температура 20°С, катодная плотность тока 0,5 А/дм², степень блеска 99%, рассеивающая способность (по методу Филда) 76%, выход по току 99%. Покрытие светлое, равномерное, беспористое, мелкокристаллическое.

Пример 2. Электроосаждение цинка ведут из электролита следующего состава, мас.%:

Семиводный кристаллогидрат сульфата цинка - 20,0

Десятиводный кристаллогидрат сульфата натрия - 10,0

Костный клей - 0,25

Настой тополиного пуха - 0,7

Вода - остальное.

рН 5,5, температура 35°С, катодная плотность тока 19 А/дм², степень блеска 96%, рассеивающая способность (по методу Филда) 72%, выход по току 95%. Покрытие светлое, равномерное, беспористое, мелкокристаллическое.

Пример 3. Электроосаждение цинка ведут из электролита следующего состава, мас.%:

Семиводный кристаллогидрат сульфата цинка - 15,0

Десятиводный кристаллогидрат сульфата натрия - 9,0

Костный клей - 0,25

Настой тополиного пуха - 0,6

Вода - остальное.

рН 4,0, температура 30°С, катодная плотность тока 10 А/дм², степень блеска 97%, рассеивающая способность (по методу Филда) 74%, выход по току 99%. Покрытие светлое, равномерное, беспористое, мелкокристаллическое.

Таблица 1Составы апробированных электролитов, электролита - прототипа и электролита - аналогаКомпонентыСодержание компонентов в составепредлагаемого электролита, в%прототипа, в%аналога, в г/лZnSO₄·7Н₂О1231,0-1,3200-25010,015,020,0Na₂SO₄·10H₂O8,09,010,03,0-3,530-40Аминоуксусная кислота----10-20Клей костный0,200,220,25--Клей мездровый---0,20-0,25-Настой тополиного пуха0,50,60,7--Настой корневищ амброзии полыннолистной   0,5-0,7 1-оксиэтил - 34,6-триметил -1,2-дигидро -2-оксопиримидиний йодид----0,7-2Водаост.ост.ост.ост.ост.

Таблица 2Технологические параметры процесса и полученные результатыСостав из таблицы 1123прототипаналогрН3,04,05,52,9-3,52,0-4,0Температура, С°20303518-35 Катодная плотность тока, А/дм²0,510191-1810-15Рассеивающая способность, в % (по методу Филда)76747272-73 Выход по току, %99999798-9990-70Визуальная оценка качества покрытийСветлое, равномерное, беспористое, мелкокристалическоеСветлое, равномерное беспористое, мелкокристалическое Степень блеска, %99979693-9555-85Адгезияудовл.удовл.удовл.  

Изобретение относится к области нанесения гальванических покрытий, в частности цинковых, и может быть использовано в машиностроении для защиты металлоконструкций от коррозии. Электролит содержит, мас.%: ZnSO₄·7H₂O 10,0-20,0; Na₂SO₄·10H₂O 8,0-10,0; костный клей 0,2-0,25; настой тополиного пуха 0,5-0,7; вода остальное. Технический результат: замена токсичных, дефицитных, дорогостоящих блескообразователей на безвредную для живого организма, недефицитную, недорогостоящую блескообразующую добавку, а также повышение катодной плотности тока и увеличение рассеивающей способности электролита. 2 табл.

Электролит блестящего цинкования, содержащий семиводный кристаллогидрат сульфата цинка, десятиводный кристаллогидрат сульфата натрия, костный клей, блескообразующую добавку и воду, отличающийся тем, что он в качестве блескообразующей добавки содержит настой тополиного пуха при следующем соотношении компонентов, мас.% (в пересчете на сухую массу):

ZnSO₄·7H₂O10,0-20,0Na₂SO₄·10H₂O8,0-10,0костный клей0,2-0,25настой тополиного пуха0,5-0,7водаостальное