Электролит бронзирования

 

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий, в частности бронзовых, гальваническим способом. Бронзовые покрытия могут быть использованы как в качестве подслоя (вместо никеля или меди), так и в качестве самостоятельного покрытия. Электролит бронзирования содержит, г/л: медь сернокислая 15-25, олово сернокислое 5-8, аммоний щавелевокислый 45-55, борная кислота 10-30, фторид аммония 2-17, формалин 1-5 мл/л, вода до 1 л. Технический результат: увеличение рабочего диапазона плотностей тока и устойчивости электролита к процессам окисления. 3 табл.

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий, в частности бронзовых, гальваническим способом. Бронзовые покрытия могут быть использованы как в качестве подслоя (вместо никеля или меди), так и в качестве самостоятельного покрытия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Известен цианистый электролит бронзирования [1], содержащий, г/л: медь - 15 - 18 олово - 23 - 28 калий цианистый (свободный) KCN - 26 - 28 натр едкий (свободный) NaOH - 9.5 - 10 вода - до 1 литра катодная плотность тока, А/дм² - 2-3 анодная плотность тока, А/дм² - 2.7-3 температура, ^oC - 65
катодный и анодный выход по току, % - 70-75
Недостатком аналога является его токсичность, высокая концентрация компонентов, работа при повышенной температуре.

Известен также сульфатный электролит бронзировання [1], содержащий, г/л:
медь сернокислая - 30 - 50
олово сернокислое - 30 - 50
серная кислота - 50 - 100
фенол - 5 - 10
желатин - 1.5 - 3
тиомочевина - 0,005
вода - до 1 литра
катодная и анодная плотности тока, А/дм² - 0.5-1
катодный выход по току, % - 100
температура, ^oC - 18-25
Недостатком аналога являются низкая стабильность, низкая рассеивающая способность, а также содержание экологически опасных веществ (фенол).

Наиболее близким к предлагаемому электролиту по совокупности признаков, то есть прототипом, является оксалатный электролит бронзирования [2], содержащий, г/л:
медь сернокислая - 20 - 25
олово сернокислое - 3 - 10
аммоний щавелевокислый - 45 - 55
борная кислота - 15 - 25
желатин - 0.1 - 0,2
триэтаноламин - 0.3 - 0,5
вода - до 1 литра
pH - 3.5 - 6
температура, ^oC - 18 - 25
катодная плотность тока, А/дм² - 0.3 - 07
Недостатком прототипа является низкая рабочая плотность тока, снижающая производительность электролита. Кроме того, прототип обладает недостаточной устойчивостью к окислению солей олова (II) кислородом воздуха, что приводит к необходимости периодической корректировки и фильтрации электролита.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретательская задача состояла в увеличении рабочего диапазона плотностей тока, а также в повышении его устойчивости к процессам окисления.

Поставленная задача достигается путем создания электролита бронзировання, включающего медь сернокислую, олово сернокислое, аммоний щавелевокислый, борную кислоту и воду, который дополнительно содержит фторид аммония и формалин при следующем соотношении компонентов, г/л:
медь сернокислая - 15 - 25
олово сернокислое - 5 - 8
аммоний щавелевокислый - 45 - 55
борная кислота - 10 - 30
фторид аммония - 2 - 17
формалин - 1-5 мл/л
вода - до 1 литра
pH - 4.5 - 5.5
температура, ^oC - 20
катодная плотность тока, А/дм² - 0.2 - 1.0
Сопоставительный анализ состава электролита с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый электролит отличается от него введением новых компонентов, а именно фторида аммония и формалина.

Медь сернокислая, 5-водная, ТУ 6-09-4525-77, ч, химическая формула CuSO₄ · 5H₂O, плотность 3.603 г/см³ температура плавления 200^oC, растворимость 20.2 г в 100 г воды при температуре 20^oC [3].

Олово сернокислое, ТУ 6-09-1502-75, ч, химическая формула SnSO₄, разлагается при температуре менее 360^oC, растворимость 19 г в 100 г воды при температуре 20^oC и 18.1 г в 10 г воды при температуря 100^oC [3).

Аммоний щавелевокислый, 1-водный, аммоний оксалат, ГОСТ 5712-78, чда, химическая формула (NH₄)₂C₂O₄H₂O, плотность 1.50 г/см³ температура плавления - разлагается, растворимость 2.6 г в 100 г воды при температуре 0^oC в 11.8 г в 100 г воды при температуре 50^oC [3].

Борная кислота (орто), ГОСТ 9656-75, ч, химическая формула ₃BO₃, плотность 1435 г/см³ температура плавления 185^oC - разлагается, растворимость 2.7 г в 100 г воды при температуре 0^oC и 39 г в 100 г воды при температуре 100^oC [3].

Фторид аммония ГОСТ 4518-75, ч, химическая формула NH₄F·HF, растворимость 39.76 г в 100 г воды при температуре 0^oC и 592 г в 100 г воды при температуре 100^oC [3].

Формалин ГОСТ 1625-75, ч, химическая формула HCHO, плотность 0,815 г/см³, температура плавления -92^oC, растворим в воде [3].

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

ПРИМЕР 1. Для приготовления 1 литра электролита 50 г аммония щавелевокислого растворяли в воде при температуре 60^oC, добавляли 6 г олова сернокислого, 20 г меди сернокислой и 10 г фторида аммония при тщательном перемешивании. Борную кислоту в количестве 20 г также добавляли в виде раствора в 200 г горячей воды. Затем раствор охлаждали до комнатной температуры и вводили формалин в количестве 2 мл, после чего объем доводили до 1 литра. Требуемое значение pH 5 устанавливали при помощи серной кислоты или 25% раствора аммиака. Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л:
медь сернокислая - 20
олово сернокислое - 6
аммоний щавелевокислый - 50
борная кислота - 20
фторид аммония - 10
формалин - 2 мл/л
вода - до 1 литра
pH - 5
Примеры с другими значениями концентраций заявляемого электролита приведены в таблице 1.

Бронзовое покрытие наносили на свежеосажденный блестящий никелевый подслой электрохимическим способом. Качество полученных бронзовых покрытий оценивали по внешнему виду в соответствии с требованиями ГОСТа 9.301-86, по сцеплению с основным металлом - согласно ГОСТу 9.302-88. Введение фторида аммония и формалина приводит к значительному расширению рабочего диапазона плотностей тока. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Из представленной таблицы видно, что в разработанном оксалатном электролите бронзирования значительно увеличивается диапазон рабочих плотностей тока.

Определяли стабильность электролита к окислению кислородом воздуха в течение времени. Оказалось, что оксалатный электролит является более стабильным по сравнению с прототипом. Полученные результаты представлены в таблице 3.

Из представленной таблицы видно, что при заявляемых условиях электроосаждения оксалатный электролит стабилен в работе в течение длительного времени и после корректировки полностью восстанавливает свои свойства в отличие от прототипа, в котором уже через 1 день происходит окисление олова (II) до олова (IV) кислородом воздуха, что вызывает нестабильность электролита.

Таким образом, предлагаемый электролит позволяет получить бронзовые покрытия, качества которых соответствует требованиям указанных выше стандартов и в процессе эксплуатации электролита не происходит необратимых изменений, нарушающих его стабильность.

ЛИТЕРАТУРА
1. Вячеславов П.М. Электролитическое осуждение сплавов.- Л.: Машиностроение, 1977. - 18-20 с.

2. Патент РФ N 2130513 "Электролит бронзирования". / Ю.Я. Лукомский, О. Л. Кунина // опубл. в Б.И. N 14 от 20.05.99 г.

3. Справочник химика, II том, Л.: Химия, 1964.

Формула изобретения

Электролит бронзирования, включающий медь сернокислую, олово сернокислое, аммоний щавелевокислый, борную кислоту и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фторид аммония и формалин при следующем соотношении компонентов, г/л:
Медь сернокислая - 15 - 25
Олово сернокислое - 5 - 8
Аммоний щавелевокислый - 45 - 55
Борная кислота - 10 - 30
Фторид аммония - 2 - 17
Формалин - 1 - 5 мл/л
Вода - До 1 л

РИСУНКИ

Рисунок 1