Электролит блестящего цинкования

 

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности, к электрохимическим покрытиям, и может быть использовано в машиностроении для защиты металлоконструкций от коррозии. Электролит блестящего цинкования содержит, 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 полынной Ambrosia artemisiifolia (в пересчете на сухую массу) 0,5 - 0,7; воду - остальное. Введение настоя корневищ амброзии полынной в качестве блескообразующей добавки обеспечивает увеличение рассеивающей способности электролита до 72 - 73%, повышение степени блеска до 93 - 95%. Интервал допустимых значений катодной плотности тока 1 - 18 А/дм², выход по току 98 - 99%. 2 табл.

Изобретение относится к области гальваностегии, а точнее, к области нанесения цинковых гальванических покрытий, и может быть использовано в отраслях машиностроения для защиты металлоконструкций от коррозии.

Известен кислый электролит блестящего цинкования для получения противокоррозионных покрытий [1] содержащий сульфат цинка, сульфат натрия, борную кислоту, органическую добавку отработанную щелочь целлюлозного производства и тиомочевину. К недостаткам электролита относятся многокомпонентность (пять наименований) и большое количественное содержание основного ингредиента (сульфата цинка). Главным же недостатком данного электролита является присутствие вредного для организма человека вещества - тиомочевины, которая оказывает общетоксическое (головные боли, сонливость, общая слабость, бледность, одутловатость лица) и канцерогенное действие [2] Из известных электролитов цинкования наиболее близким к предлагаемому электролиту является электролит блестящего цинкования [3] содержащий соль цинка (сульфат или хлорид), хлорид аммония, костный или столярный клей, а в качестве блескообразующей добавки настой травы горца птичьего Polygonum aviculare при следующем соотношении компонентов, мас.

Соль цинка (в пересчете на металл) 2,5 5,0 Хлорид аммония 9,0 10,0 Костный или столярный клей 0,15 0,20 Настой травы горца птичьего (в пересчете на сухую массу) 0,07 0,10 Вода остальное Процесс цинкования проводят при температуре 20 22^oC, катодной плотности тока 2,5 17 А/дм², умеренном перемешивании. Рассеивающая способность электролита 45 52% выход цинка по току в данном электролите 97 99% При эксплуатации известного электролита цинкования получаются светлые, равномерные, беспористые, мелкокристаллические покрытия со степенью блеска 80 85% Выбор этого электролита в качестве прототипа обусловлен его общностью с заявляемыми изобретением: оба электролита характеризуются одинаковым числом ингредиентов; в качестве основного ингредиента (источника катионов цинка) используется соль цинка (сульфат или хлорид); в качестве 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^oC).

К недостаткам известного электролита относится следующее: 1. Относительно невысокая рассеивающая способность электролита (45 - 52% ), что свидетельствует о том, что электролит может быть использован для цинкования деталей лишь малосложного профиля.

2. Получаемые в известном электролите покрытия характеризуются недостаточно высокой степенью блеска (80 85%) и, следовательно, относительно низкими механическими и защитно-декоративными свойствами.

3. Оптимальный режим электролита в известном электролите предполагает использование только комнатной температуры (20 22^oC). Однако следует учитывать, что в процессе эксплуатации электролита гальванической ванны происходит его разогревание за счет прохождения электрического тока. Следовательно, исключение авторами возможности работы электролита при более высоких температурах является недостатком прототипа.

Сущность предлагаемого изобретения в том, что составляют электролит подбором таких компонентов, которые позволяют увеличить рассеивающую способность электролита, повысить степень блеска покрытия, достигнуть возможность получать качественные покрытия в условиях естественного разогрева электролита.

Поставленная задача достигается введением в электролит в качестве блескообразующей добавки настоя корневищ амброзии полынной Ambrosia artemisiifolia 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 полынной Ambrosia artemisiifolia (в пересчете на сухую массу) 0,5 0,7
Вода остальное
Процесс нанесения покрытия осуществляют при температуре 18 35^oC, катодной плотности тока 1 18 А/дм², умеренном перемешивании, в интервале pH 2,9 3,5.

Амброзия полынная Ambrosia artemisiifolie однолетний яровой карантинный сорняк семейства сложноцветных Compositae. Образует большую подземную массу, сильно иссушает почву, заглушая посевы. Его пыльца в массовом масштабе вызывает аллергическое заболевание поллиноз (сенная лихорадка). Известные методы борьбы с Ambrosia artemisiifolia сушение стерни, периодическая вспашка почвы, предпосевная культивация, боронование до и после всходов, использование гербицидов и др. Применение данного растения в качестве блескообразующей добавки к электролиту цинкования (а следовательно, предварительное извлечение растения из почвы) можно рассматривать как еще один из методов борьбы с этим злостным сорняком и источником растительного аллергена пыльцы. Для предотвращения возникновения аллергических реакций у контактирующих с этим растением рекомендуется сбор корневищ Ambrosia artemisiifolia осуществлять в период вегетации до наступления сроков цветения.

Блескообразующее действие настоя корневищ Ambrosia artemisiifolia, видимо, связано с большим содержанием в них продуктов вторичного метаболизма (что характерно для всего семейства сложноцветных), обладающих поверхностно-активным действием. Эти вещества, как известно, вызывают повышение электродной поляризации и тем самым тормозят электродный процесс разряда ионов цинка, что и обусловливает качество гальванического покрытия.

Электролит блестящего цинкования состоит из мас. соли цинка (в пересчете на металл) 1,0 1,3; сульфата натрия 3,0 3,5; клея мездрового 0,20 0,25; настоя корневищ амброзии полынной Ambrosia artemisiifolia (в пересчете на сухую массу) 0,5 0,7; воды остальное. Электролит готовится следующим образом. Навески соли цинка (сульфата или хлорида цинка) и сульфата натрия растворяются в отдельных порциях воды. Полученные растворы сливаются в рабочую ванну, в которую затем вводят раствор мездрового клея и настой корневищ амброзии полынной Ambrosia artemisiifolia; общий объем раствора доводится до заданной величины. Для приготовления раствора клея навеску последнего заливают 15 20 мл воды и нагревают до образования коллоидного раствора (при этом непрерывно перемешивают для предотвращения подгорания).

Для получения настоя блескообразующей добавки к электролиту навеску измельченного растения заливают 50 мл кипящей воды и помещают на 45 минут на водяную баню, после чего полученный настой фильтруют и сливают в рабочую ванну. Настой растения можно приготовить иначе. Для этого навеску предварительно измельченного растения ставят на плиту на 45 минут; при этом следят, чтобы настой не кипел. Далее раствор снимают и фильтруют, после чего помещают в гальваническую ванну.

Составы опробованных электролитов приведены в табл. 1, результаты их испытаний в табл. 2.

Процесс цинкования в предлагаемом электролите проводят при температуре 18 35^oC, катодной плотности тока 1 18 А/дм², умеренном перемешивании.

Внешний вид покрытия оценивался визуально.

Определение отражательной способности проводили в сравнении с отражательной способностью серебряного зеркала. Микроструктуру определяли с помощью металлографического микроскопа МИМ-7.

Определение прочности сцепления с основой проводили методом изгиба.

Рассеивающую способность электролита определяли по методу Филда.

В результате проведенных испытаний установлено, что предложенный электролит позволяет получать светлые, равномерные, беспористые, мелкокристаллические покрытия со степенью блеска 93 95% в интервале катодной плотности тока 1 18 А/дм² при выходе по току 98 99% и рассеивающей способности 72 73%
Преимуществами предлагаемого электролита является следующее:
1. Предлагаемый электролит имеет более высокую рассеивающую способность по сравнению с таковой известного электролита (72 73% против 45 52% известного электролита), что дает возможность наносить покрытия на деталь более сложного профиля.

2. Покрытия, получаемые при эксплуатации предлагаемого электролита, имеют большую степень блеска, чем покрытия, получаемые при эксплуатации известного электролита (93 95% против 80 85% известного электролита).

3. Предлагаемый электролит успешно функционирует (с позиций качества, выхода по току и рассеивающей способности) в температурном режиме 18 - 35^oC (против 20 22^oC известного электролита), что не требует дополнительного охлаждения гальванической ванны вследствие ее естественного разогревания в процессе электролиза.

Предлагаемый электролит не содержит избытка хлорид ионов в отличие от известного электролита (последний содержит их за счет хлорида аммония 9,0 - 10,0 мас.), которые вызывают разрушение анодов и, накапливаясь в порах даже в небольших количествах, вызывают коррозию стали. Другим преимуществом предлагаемого электролита является использование в его составе в качестве блескообразующей добавки настоя растения (Ambrosia armisiifolia), которое является злостным сорняком сельскохозяйственных культур и возбудителем поллиноза (в отличие от известного электролита, при приготовлении которого используется в качестве блескообразователя настой лекарственного растения - горца птичьего Polygonum aviculare).

Наконец, предлагаемый электролит содержит меньшее количество основного ингредиента соли цинка по сравнению с таковым известного электролита (1,0 1,3 мас. против 2,5 5,0 мас. известного электролита, в пересчете на металл), что очень важно с позиций экономии материала и охраны окружающей среды (стоки гальванического производства легче, с меньшими экономическими затратами очистить от меньшего количества соли цинка).

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

Формула изобретения

Электролит блестящего цинкования, содержащий соль цинка, неорганическую соль, добавку клея, блескообразующую добавку и воду, отличающийся тем, что он в качестве неорганической соли содержит сульфат натрия, в качестве добавки клея клей мездровый, а в качестве блескообразующей добавки настой корневищ амброзии полынной Ambrosia artemisiifolia при следующем соотношении компонентов, мас.

Соль цинка (в пересчете на металл) 1,0-1,3
Сульфат натрия 3,0-3,5
Клей мездровый 0,2-0,25
Настой корневищ амброзии полынной (в пересчете на сухую массу) 0,5-0,7
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1