Способ амальгамирования металлов и сплавов, слабовзаимодействующих с ртутью

 

СПОСОБ АМАЛЬГАМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, СЛАБОВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ С РТУТЬЮ, включающий контактирование их поверхности с ртутью находящейся в водном электролите, при условии вьщеления водорода, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества амальгамированной поверхности, в ртуть перед проведением процесса амальгамирования вводят щелочной металл т натрий или литий, а в качестве водного электролита берут 3-6 н. раствор гидроокиси натрия или 0,2-0,4 н. раствор гидроокиси лития. (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 11 А (51) С 23 С 2/04, 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ч

° З mAg

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3619433/22-02 (22) 14.04.83 (46) 07.01.85. Бюп. К- 1 (72) К.К.Лепесов, В.-С.С.Зарецкас, Л.Ф.Козин, А.К.Омаров; Т.А.Курдюмова, Н.А.Баимбетов, Л.Г.Бастина и А.Б.Зубкова (71) Институт органического катализа и электрохимии АН Казахской CCP и Казахский политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 621 793 31669.791 (088.8) (5e) 1. Патент Великобритании

У 1049810, кл. С 7 В, опублик. 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 840206, кл. С 25 D 3/34, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

М 496330, кл. С 23 С 1/10, 1973.

4. Авторское свидетельство СССР

185067, кл. С 22 С 7/00, 1966. (54) (57) СПОСОБ АИАЛЬГАИИРОВАНИЯ

METAJIJI03 И СПЛАВОВ, СЛАБОВЗАИИОДЕИСТВУЮЩИХ С РТУТЬЮ, включающий контактирование их поверхности с ртутью находящейся в водном электролите, при условии вццеления водорода, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества амальгамированной поверхности, в ртуть перед проведением процесса амальгамирования вводят щелочной металл натрий или литий, а в качестве водного электролита берут 3-6 н. раствор гидроокиси натрия или 0,2-0,4 н. раствор гидроокиси лития.! 11333

Изобретение относится к способам нанесения жидкометаллических покрытий на твердые подложки, в частности, к нанесению ртути на поверхность металлов и сплавов, слабо взаимо5 действующих с ртутью, и может найти ,применение при производстве ртутных электрокоммутирующих изделий.

Известен способ амальгамирования стальных или никелевых образцов пу- 1О тем катодной обработки в электролиcrepe с раствором гидроокиси натрия и цианида ртути в течение 1-2 мин при плотности тока 330 мА/см . Образцы, на поверхности которых образуются мелкие капли ртути, промывают s воде или растворе слабоконцентрироваиной кислоты для удаления из ртути натрия. Катодную обработку н промывку повторяют до получения gp сплошной пленки ртути на поверхности образца 1.1 ).

Однако этот способ не обеспечивает требуемое качество амальгамиро= ванной поверхности так, как при катодной обработке ртуть покрывает поверхность образца каплями, кроме тоFo он малопроизводителен, так как для получения сплошной пленки ртути катодную обработку и промывку амаль- 3О гамируемого изделия повторяют многократно. !

Известен способ амальгамирования металлов, обеспечивающий получение пленки ртути, прочно сцепленной с 35 основной, включающий катодную обработку в кислом электролите, содержащем сериокислую соль щелочного или щелочноземельного металла (100f50 г/л), сернокислую соль двухвалвнтной ртути (14-30 г/л) и серную кислоту (50-100 г/л) . В качестве анода берут платину или другие благородные металлы (золото, серебро). Электролиз проводят при плотности тока 45

100-200 иА/см в течение 40-60 мин.

В процессе электролитического осаждения ртути на поверхности металла параллельньи процессом является выделение газообразного водорода. Обра-5О ботка поверхности выцеляющимся водородом способствует улучшению условий сцепления осаждающейся ртути z поверхностью (2 1

К недостаткам данного способа 55 относятся большая продолжительность процесса и высокий расход электроэнергии. Кроме того, он предусматll 2 ривает применение драгоценных металлов в качестве анодов.

Известен также способ, совмещающий одновременно два процесса: очистку металлической поверхности и ее амальгамирование, согласно которому процесс амальгамирования осуществляют на двух группах собранных контактронов которые разделяют на пару электродов, погружают в раствор разбавленной соляной кислоты, подключают к источнику переменного тока и, не прекращая наложения переменного тока, в той же электролизной ванне обрабатывают отдельно каждую металлическую поверхность ртутью.

При этом ртуть капиллярно растекается по металлической поверхности, образуя пленку амальгамы, затем электролит удаляют, а контактроны . промывают (3 g.

В связи с тем, что в этом способе наложение переменного тока осуществляется в процессе амальгамирования металлической поверхности, то воздействию переменном току подвергается не только поверхность, подготавливаемая к амальгамированию, но и заамальгамированные электроды.

При этом на заамальгамированном электр роде при протекании анодной части переменного тока происходит электрохимическое окисление ртути и образование малорастворимого в водной, хпоридной среде соединения — каломели (Hg Cl ). При протекании катодной части переменного тока должно происходить выделение водорода на заамальгамированной поверхности, вследствие чего происходит защелачивание приэлектродного слоя. Взаимодействие ионов ртути, образовавшихся при прохождении анодной части переменного тока, с ОН -ионами, генерируемыми при нрохождении катодной части переменного тока, также приводит к обра-. зованию труднорастворимых гидроксо активных соединений ртути. Таким образом, применение этого технического решения при амальгамировании металлов и сплавов с использованием переменного тока и одновременной обработке поверхности металлической ртутью приводит к образованию на заамальгам рованной поверхности малорастворимых и трудноудаляемых соединений ртути, что не позволяет получить качественную амальгамированную пленку.

11333

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и дос тиг аемому результату является способ амальгамирования металлов и сплавов, слабовзаимодействующих с ртутью, согласно которому процесс осуществляют при контактировании их поверхности с ртутью, находящейся в водном электролите, в частности в растворе соляной кислоты, при условии выделе- 10 ния водорода, для чего в раствор соляной кислоты добавляют магний(4).

Однако известный способ не обеспечивает получение качественной амальгаммы (по истечении некоторого времени потенциалы заамальгамированых образцов становятся близки . к потенциапам незаамальгамированных образцов). Это связано с тем, что активация амальгамируемой поверхности недостаточно надежна, так как водород выделяется во всем объеме раствора, а на обработку поверхности

{на ее активацию) идет лишь некоторая его часть. Низкое качество амаль- g5 гамы связано также со шламообразованием на поверхности ртути вследствие непрерывного растворения металлического магния и пересьщения раствора хлоридом и гидроокисью магния.

Цель изобретения — улучшение качества амальгамированной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу амапьгамирования металлов и сплавов, слабо35 взаимодействующих с ртутью, включающему контактирование их поверхности с ртутью, находящейся в водном электролите, при условии выделения водо40 рода, в ртуть перед проведением процесса амальгамирования вводят щелочной металл †.натрий или литий, а в качестве водного электролита берут 3-5 н. раствор гидроокиси натрия или 0,2-0,4 н. раствор гидроокиси

45 лития.

Процесс амальг амиров ания изделий проводят следующим образом.

Перед амальгамированием в ртуть 50 вводят щелочной металл, например электролизом. Для этого ртуть и вспомогательный электрод (анод) помещают в раствор гидроокиси натрия или гидроокиси лития. В качестве матерна-55 ла анода используют никель или благородный металл, например платину.

На электроды (руть и никель) на11 4 кладывают постоянный ток плотностью

100-300 мА/см2 и процесс электролиза ведут в течение 1-3 мин. При электролизе на ртути вьщеляется щелочной металл, растворяющийся в ртути с образованием амальгамы щелочного металла.

Изделия перед амальгамированием обезжиривают в четыреххлористом углероде в течение 4 мин. Химически о полируют при 80 С в растворе, содержащем, мп: HNO (пл. 1,4) 60, Н SO+ (пл. 1,84) 20, НЗРО4 (пл. 1,8)

20, СН СООН (пл . 1,065) 100, затем промавают водой и химически травят. в смеси кислот, содержащей, об.Х:

Н PO+ (пл. 1,8) 60, Н2БО+ (пл. 1,84)

20, HNO) (пл. 1,42) 20 в течение

1 мин, а затем промывают водой.

После этого изделия приводят .в соприкосновение через слой электролита: водного раствора гидроокиси натрия или лития с ртутью, содержащей растворенный щелочной металл.

При этом на поверхности иэделия наблюдается бурное вьщеление водорода и смачивание поверхности ртутью.

Выделяющийся при взаимодействии на металлической поверхности водород активирует ее, что повышает смачиваемость поверхности ртутью. Водород выделяется только на поверхности амальгамируемого иэделия, что обеспечивает более эффективную активацию поверхности, в то время как в известном способе газовьщеление протекает во всем объеме раствора и не обеспечивается достаточного контакта поверхности с водородом.

Изделие погружают в ртуть постепенно соответственно скорости распределения амальгамы по его поверхности

Поскольку высокое качество амальгамированной поверхности в предлагаемом способе достигается вследствие очистки поверхности амальгаяируемого образца выделяющимся на ней водородом, то количество и скорость газовыделения могут служить косвенными характеристиками амальгамирования.

Измерено количество вьщеленного водорода (Ч, мп) во времени. (, мин) на никелевой пластине (S

= 0,7 см ) в 1 И NaOH с использованием амальгамы, синтезированной электрохимически и путем растворе3 11ЗЗЗ.11 6 ния металлического натрия во ртути.

Концентрация натрия в амальгаме в обоих случаях 0,54 в X.

Результаты исследований представлены в табл. 1. 5

15

Пример 3. Ртутный и нике- 4> левый электроды, причем ртуть является катодси, помещают в 4,0 н. раствор гидроокиси натрия, пропускают ток 300 мА/см в течение 5 мин. После электролиза подготовленную к ама >0 гамированиипластинку размером

5 к 10 0,1 мм из сплава НиИо приводят в соприкосновение с амальгамой натрия, постепенно погружают пластинку в нее соответственно скорости 55 распространения амальгамы по ее поверхности и хранят ее под слоем ртути. Затем производят замер потенциаИз таблицы видно, что количество водорода, выделяющегося при использовании амальгамы, приготовленной электролизом НаОН и растворением металлического натрия, одинаково.

Пример 1. Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть является катодом, помещают в 3,0 н. раствор гидроокиси натрия, пропускают ток

100 мА/см2 в течение 1 мин. После электролиза подготовленное к амальгамированию изделие из никеля приводят в соприкосновение со ртутью, содержащей растворимый натрий, посте- 20 пенно погружают в него соответственно скорости распространения амальгамы на его поверхности, и хранят его под слоем ртути. Затем производят замер потенциала заамальгамирован- 25 ного изделия, который равен 0,020 В и близок к потенциалу ртутного электрода.

Пример 2. Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть является 30 катодом, помещают в 6,0 н. раствор гидроокиси натрия, пропускают ток

200 мА/см в течение 3 мин. После электролиза подготовленное к амальгамированию изделие из сплава Ниво приводят в соприкосновение с амальгамой натрия, постепенно погружают иэделие в него соответственно скорости распространения амальгамы по его поверхности и хранят его под слоем ртути. Затем производят замер потенциала заамальгамированного изделия который равен 0,019 В и близок к потенциалу ртутного электрода. ла заамальгамированного изделия, который равен 0,018 В и близок к потенциалу ртутного электрода.

Пример 4. Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть является катодом, помещают в 0,2 н. раствор гидроокиси лития, пропускают ток

100 мА/см- "в течение 3 мин. После электролиза подготовленную к амальгамированию пластинку размером

5 к 10 к 0,1 мм из сплава 52Н приводят в соприкосновение с амальгамой лития, постепенно погружают пластинку в нее соответственно скорости распространения амальгамы по ее поверхности и хранят ее под слоем ртути. Затем производят замер потенциала заамальгамированного изделия, который равен

0,021 В и близок к потенциалу ртутного электрода.

Пример 5. Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть является катодом, помещают в 0,3 н. раствор гидроокиси лития, пропускают ток

100 мА/см2 в течение 1 мин. После электролиза подготовленную и амальгамированную пластинку размером

5 к 10 к 0,,1 мм из сплава 29НК приводят в соприкосновение с амальгамой лития, постепенно погружают пластинку в нее соответственно скорости распространения амальгамы по ее поверхности и хранят ее под слоем ртути.

Затем производят замер потенциала заамальгамированного изделия, который равен 0,021 В и близок к потенциалу ртутного электрода.

П р и и е р 6. Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть является катодом, помещают в 0,4 н. раствор гидроокиси лития, пропускают ток 200 мА/см2 в течение 2 мин. После электролиза подготовленную к амальгамиров анию пл астинку размером

5 x10 0,1 мм из сплава нихром приводят в соприкосновение с амальгамой

1 лития, постепенно погружают пластинку в нее соответственно скорости распространения амальгамы по ее поверхности и хранят ее под слоем ртути. Затем производят замер потенциала заамальгамированного электрода, который равен 0,019.В и близок к потенциалу ртутного электрода.

Результаты измерений потенциалов образцов перед амальгамированием, а также после амальгамирования известным и предлагаемым способами приведены в табл. 2.

1133311

Таким образом, предлагаемый способ позволяет быстро и качественно амальгамировать металлические поверхности миниатюрных контактов в труднодоступных местах.

Т а б л и ц а 1

Методы приготовления амальгамы

Электрохимический

ЧН ° wx

6, мин

ЧН, мп

4,2

4,0

7,3

7,5

8,1

0,5

Таблипа 2

МФ пп

Материал

Потенциал, В перед амальгамированием осле амальгамиро- после амальгамироания известным вания предлагаемьик пособом способом

-О, 147

-0,276

-0,284

1 Никель

2 Пермаллой (52Н)

3 .Ковар (29НК) 4 Нихром

-0,335

-0,483

5 НиМо

6 НиВо

-0,597

0,020

7 Ртуть

Составитель P.Óõëèíîâà.

ТехредЛ.Мартящова КорректорА.Ипьий

Редактор Н.Яцола

Заказ 9927/26 Тирах 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д 4/5

Филиал ППП."Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Сравнительный анапиз табл. 2 показывает, что после амальгамирования предлагаемым способом поверхность образца близка по. свойствам к поверхности ртутного электрода. 5

-О, 150

-0,278

-0,284

-0,337

-0,484

-0,594

О, 020

0,021

0,02 t

0,019

0,018

0,019