Электролит для осаждения черных хромовых покрытий

 

Изобретение относится к электроосаждению металлических покрытий, в частности, к нанесению черных хромовых покрытий. Осаждение покрытия ведут из электролита, содержащего, г/л: оксид хрома (VI) 300 - 600; тетраборат натрия 20 - 50; нитрат натрия 2 - 4; кремнефторид калия 0,4 - 1,5; предельный одноатомный спирт 0,5 - 1,5. Покрытие осаждают при плотности тока 20 - 150 A/дм² и температуре 15 - 40 ^oC; скорость осаждения составляет 20 - 25 мкм/час. Электролит позволяет получать черные хромовые покрытия высокого качества с коэффициентом поглощения более 98% и микротвердостью более 630 кг/мм². Покрытия обладают низкой пористостью и повышенной коррозионной стойкостью. Электролит не теряет работоспособность после пропускания электричества в количестве 1600 А-ч/л. 2 табл.

Изобретение относится к электроосаждению металлических покрытий, в частности, к нанесению черных хромовых покрытий.

Для осаждения черных хромовых покрытий применяются электролиты на основе оксида хрома (VI) [1] В эти электролиты вводят добавки борной кислоты и ее солей, солей азотной и азотистой кислот, фторидов, органических кислот (уксусной, щавелевой и др.) и различных органических соединений.

Общим недостатком этих электролитов является низкая коррозионная стойкость получаемых покрытий. Кроме того, большинство электролитов черного хромирования недостаточно стабильны в работе: они теряют работоспособность при пропускании электричества в количестве менее 1000 А-час/л.

Известен также электролит черного хромирования, содержащий оксид хрома (VI) с добавками органических карбоновых кислот: пропионовой, масляной или изомасляной [2] Этот электролит позволяет получать осадки хорошего качества с высоким коэффициентом поглощения. Однако стабильная работа данного электролита наблюдается только при температуре не выше 10^oC, что делает его практически неприемлимым для использования в производственных условиях, так как требует постоянного охлаждения электролизера.

Наиболее близким к предлагаемому по составу является электролит, содержащий хромовый ангидрид 300 360 г/л, борную кислоту или ее соль 15 45 г/л (в пересчете на кислоту), неорганическое азотсодержащее соединение (например, азотную кислоту, нитрат натрия) до 5 г/л, кремнефторид калия до 0,25 г/л, органическую кабоновую кислоту до 20 г/л и гидроксид калия 10 40 г/л [3] Этот электролит позволяет получать хромовые покрытия хорошего качества, однако они не всегда обеспечивают требуемую коррозионную стойкость, что может быть связано с их высокой пористостью. Другим недостатком данного электролита является недостаточно высокий коэффициент (менее 92%) светопоглощения получаемых хромовых осадков.

Задача изобретения снижение пористости черных хромовых покрытий и повышении их коррозионной стойкости.

Это достигается тем, что электролит для нанесения черных хромовых покрытий, содержащий оксид хрома (VI), борсодержащую неорганическую соль, неорганическое азотсодержащее соединение и кремнефторид калия, отличающийся тем, что дополнительно содержит предельный одноатомный спирт, в качестве борносодержащей неорганической соли тетраборат натрия, а в качестве неорганического азотсодержащего соединения нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, г/л: Оксид хрома (VI) 300 600 Тетраборат натрия 20 50 Нитрит натрия 2 4 Кремнефторид калия 0,4 1,5 Предельный одноатомный спирт 0,5 1,5 Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения его с аналогами и прототипом. Изобретение явно не следует из существующего уровня техники и известных изобретений. Предлагаемый электролит может быть использован на практике, что не требует больших энергетических и материальных затрат.

Нанесение покрытий из предлагаемого электролита рекомендуется проводить при плотности тока от 20 до 150 А/дм² и температуре 15 40^oC. При этом скорость электроосаждения составляет 20 25 мкм/ч. Как показали наши исследования, при плотностях тока более низких, чем 20 А/дм², падает скорость осаждения. При превышении максимального рекомендуемого значения плотности тока ухудшается равномерность покрытия.

Для определения оптимального соотношения компонентов приготовлено 18 вариантов предлагаемого электролита с различным содержанием компонентов, а также электролит-прототип. Состав всех использованных растворов приведен в табл. 1. Электролит N 20 имел тот же состав, что и электролит N 3, но испытывался после длительной эксплуатации (после пропускания 1600 А-ч/л электричества).

Результаты испытаний электролитов и покрытий приведены в табл. 2. Коррозионные испытания проводили в эксикаторе над 3%-ным раствором NaCl с контролем образцов 1 раз в сутки.

В качестве предельного одноатомного спирта, применяли метанол, этанол, н-пропанол и н-бутанол. Существенных различий в свойствах покрытий при использовании различных спиртов не обнаружено. В электролите-прототипе в качестве органической карбоновой кислоты использовали уксусную кислоту.

Концентрация оксида хрома (VI) в электролите менее 300 г/л приводит к снижению скорости электроосаждения, а более 600 г/л нежелательна по экологическим соображениям.

Недостаток (менее 20 г/л) тетрабората натрия вызывает неравномерный характер покрытия: появление серых пятен. При этом снижается и коэффициент светопоглощения. Концентрация буры более 50 г/л не дает улучшения качества покрытий или параметров электроосаждения.

Требуемая коррозионная стойкость покрытия получается при концентрации кремнефторида натрия более 0,4 г/л и нитрита натрия от 2 г/л. Использование концентрации кремнефторида натрия более 1,5 г/л нежелательно, так как может сделать электролит агрессивным в коррозионном отношении. Увеличение концентрации нитрита натрия более 4 г/л не целесообразно, так как не приводит к улучшению свойств покрытий.

Наконец, концентрация алифатического спирта менее 0,5 г/л приводит к получению покрытий с больше пористостью и меньшей коррозионной стойкостью. Концентрация спирта более 1,5 г/л приводит к снижению коэффициента светопоглощения получаемого покрытия.

Использование предлагаемого электролита позволяет получить ряд преимуществ: повышение коррозионной стойкости, а, следовательно, и срока службы покрытий; уменьшение пористости покрытий.

При этом все основные свойства электролита и покрытий (скорость электроосаждения, микротвердость, коэффициент светопоглощения) не уступают покрытиям, получаемым из известных электролитов, или превосходят их.

Формула изобретения

Электролит для осаждения черных хромовых покрытий, содержащий оксид хрома (VI), борсодержащую неорганическую соль, неорганическое азотсодержащее соединение и кремнефторид калия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит предельный одноатомный спирт, в качестве борсодержащей неорганической соли тетраборат натрия, а в качестве неорганического азотсодержащего соединения нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:
Оксид хрома (VI) 300 600
Тетраборат натрия 20 50
Нитрит натрия 2 4
Кремнефторид калия 0,4 1,5
Предельный одноатомный спирт 0,5 1,5р

РИСУНКИ

Рисунок 1