Электролит блестящего никелирования

 

Изобретение относится к электролитическому нанесению металлических покрытий, в частности никелевых, которые могут использоваться в качестве защитно-декоративных покрытий в различных областях техники. Электролит содержит никель сернокислый 220-260 г, никель хлористый 30-50 г, борную кислоту 30-50 г. В качестве ингибитора наводороживания - дигидрохлорид-2-аллилокси-1,3-диморфолинопропан, а в качестве блескообразователя - 2,4-динитрофенилгидразин и воду до 1 л. Электролит позволяет получать качественные гальванические осадки с зеркальной поверхностью в широком интервале плотностей тока от 1 до 9 А/дм², металлокристаллической структурой, хорошо сцепленные с основой, практически без наводороживания стальной основы. 4 табл.

Изобретение относится к электролитическому нанесению металлических покрытий, в частности никелевых, которые могут использоваться в качестве защитно-декоративных покрытий в различных областях техники.

Известны электролиты для никелирования [1-5], содержащие сернокислый никель, хлористый никель, борную кислоту и различные блескообразующие и выравнивающие добавки.

Наиболее близким по технической сущности является электролит для нанесения никелевых покрытий [3].

Однако указанные электролиты недостаточно эффективны в широком интервале плотностей тока от 1 до 9 А/дм² без наводороживания стальной основы и получения качественных гальваноосадков с зеркальной поверхностью.

Задачей данного изобретения является уменьшение наводороживания стальной основы и получение качественных гальваноосадков с зеркальной поверхностью в широком интервале плотностей тока от 1 до 9 А/дм².

Указанная задача достигается тем, что в электролит, включающий сернокислый и хлористый никель, борную кислоту, входят ингибирующие и блескообразующие добавки - дигидрохлорид-2-аллилокси-1,3-диморфолинопропан в сочетании с 2,4-динитрофенилгидразином при следующем соотношении компонентов: Никель сернокислый, г - 220-260 Никель хлористый, г - 30-50 Кислота борная, г - 30-50 Дигидрохлорид- 2-аллилокси-1,3-диморфолинопропан, ммоль/л - 1-3 2,4-Динитрофенилгидразин, ммоль/л - 1-3 Вода, л - До 1 Режим электролиза: плотность тока 1, 3, 5, 7, 9 А/дм², температура 40-50 ^oС, рН 4,5-5,0, перемешивание магнитной мешалкой.

Для получения 1 л электролита были приготовлены три смеси компонентов (cм. табл.1). / В качестве ингибитора наводороживания использовали дигидрохлорид-2-аллилокси-1,3-диморфолинопропан со структурной формулой:
а в качестве блескообразователя -2,4-динитрофенилгидразин с общей формулой:

Электролит готовят следующим образом: растворяют отдельно при температуре 40-50^oС сернокислый и хлористый никель, борную кислоту и смешивают. Электролит прорабатывают при Дк=1 А/дм² в течение 4 ч для удаления примесей. Раствор фильтруют и прибавляют органические добавки. Все реактивы марки "Х. Ч." и "Ч.Д.А.".

Наводороживание стальной основы при электроосаждении никеля определяли по изменению пластичности стальной пружинной проволоки из углеродистой стали У8 диаметром 1 мм, длиной 110 мм, измеряемой числом оборотов до разрушения на машинке К-5. Пластичность /N, %/ стальных образцов определяли по формуле: N = (а/а_о)•100, где а и а_о - число оборотов до разрушения проволочного образца после и до никелирования. Подготовка образцов заключалась в полировке тонкой наждачной шкуркой, обезжиривании венской известью, промывании дистиллированной водой.

Водородсодержание в металле определяли по методике, предложенной Клячко Ю.А. и Шкловской И.Ю. [6].

Физико-механические свойства осадков никеля изучали на стальных пластинках 40 х 40 х 2 мм. Блеск никелевых покрытий определяли фотометрическим блескомером ФБ-2 по отношению к увиолевому стеклу, блеск которого составлял 65 отн. ед. Область значений 10-50 соответствует полублестящей, 50-90 - блестящей, 90-100 - зеркальной поверхности. Пористость никелевых покрытий определяли по ГОСТу 9.302-79. Потенциал катода измеряли на потенциометре Р-375, а в качестве электрода сравнения применяли хлор серебряный. Выход по току определяли с помощью медного кулонометра. Прочность сцепления (адгезия) покрытия с основой определяли нанесением пересекающихся царапин на пластинах и перегибом проволочных образцов на 180^o.

Испытания образцов на коррозионную стойкость проводили в камере солевого тумана [7]. Защитный эффект определяли по формуле:

где К1 и К2 - скорость коррозии (г/м²•сут) образцов, покрытых никелем, в электролите без добавок и с добавками. Скорость коррозии рассчитывали по формуле: К = Δm/ST, где Δm - масса образовавшихся продуктов коррозии на пластине; S - площадь образца; Т- время коррозионных испытаний.

Поверхностное натяжение определяли на приборе Ребиндера и рассчитывали по формуле:
σ = K•Δh,
где σ - поверхность натяжения, дин /см;
К - константа прибора;
Δh - изменение высоты капиллярного поднятия электролита.

В остальном методика не отличалась от ранее описанной [8].

Результаты экспериментального анализа проведены в табл. 2-4.

Высокая эффективность ингибирующего наводороживания действия добавки дигидрохлорида-2-аллилкоси-1,3-диморфолинопропана объясняется наличием морфолинового кольца, двойной связи и увеличением алифатического радикала, что и обуславливает более прочную связь молекулы ингибитора с поверхностью катода, при этом диффузия водорода в глубь стальных образцов затруднена. А в присутствии блескоообразователя 2,4-динитрофенилгидразина эффективность его действия еще больше усиливается.

Пример 1. Для осаждения никеля использовали состав 1 таблиц 1 при Дк = 5 А/дм². Потенциал катода сильно понижен до - 0,59 В. Осадки мелкокристаллические, ровные, гладкие, полублестящие (36-48 отн. ед.), хорошо сцепленные с основой. Поверхностное натяжение электролита равно 59 дин/см. Выход по току 90% (табл. 2). Пластичность стальных образцов 89-92%. Водородсодержание составляет 13-36 (τ = 12,5 мин) и 18-40 мл/100 г Ме табл.4.

Пример 2. Для электроосаждения никеля использовали состав 2 таблицы 1, при Дк = 9 А/дм² и С = 3 ммоль/л. Потенциал катода понижается до - 0,67 В. Катодные осадки получаются хорошего качества, однако полублестящие и отслаивающиеся по краям. Выход по току составляет 88%. Пластичность остальных образцов довольно высока 91-95% (табл. 3, 3).

Пример 3. Введение в сульфатный электролит дополнительного блескообразователя-2,4-динитрофенилгидразина с добавкой дигидрохлорид-2-аллилокси-1,3-диморфолинопропана позволило достичь желаемого эффекта. Использовали состав 2 табл. 1 при Дк = 1 А/дм². Осадки получаются качественные с мелкокристаллической структурой, ровные, гладкие, зеркальные (блеск 100 отн. ед.), хорошо сцепленные с основой, практические беспористые (при толщине покрытия свыше 7 мкм число пор 2-1 на 1 см², табл. 3, 4). Поверхностное натяжение электролита в присутствии этих добавок наименьшее - 52,6 дин/см. Наводороживание полностью исключено (100%), так как осадки плотные, беспористые, препятствующие диффузии водорода в стальную основу. Водородсодержание наименьшее при τ= 12,5 мин и = 20-24 мкм Н₂ составляет 8-4, а при τ= 26 мин и тех же режимах 8-6 мл/100 г МЕ (табл. 4, 4). Выход по току 100%. Защитный эффект - 85%, а скорость коррозионного поражения наименьшая - 1, т.е. обнаружено слабое потемнение поверхности или отсутствие мажущего налета продуктов коррозии покрытия.

Пример 4. Состав 2 табл. 1 при Дк = 7 А/дм². Потенциал катода понижен до - 0,68 В. Осадки качественные, мелкокристаллические с хорошей адгезией, зеркальные (блеск 100 отн.ед.). Выход по току 97%.

Стальные катоды полностью защищены от наводороживания (95-97%, табл. 3, 4).

Иcточники информации
1. А.С. 908867. СССР. БИ 1982, 8.

2. А.С. 238982. СССР. БИ 1969, 10.

3. А.С. 1093733, СССР. БИ 1984, 19 С 25 D 3/12.

4. А.С. 491726. СССР. БИ 1976, 42.

5. А.С. 469767. СССР. БИ 1976, 17.

6. Ключко Ю.А., Шкловская И.Ю., Иванова И.А. // Зав.лаб. 1970. Т. 36, 9, с. 1089 - 1091.

7. Лошкарев Ю.М. / Дис. д-ра хим.наук. Днепропетровский гос.ун-т, 1973, с.545.

8. Милушкин А. С., Белоглазов С.М. Ингибиторы наводороживания и электрокристаллизации при меднении и никелировании. Л.: Изд-во ЛГУ, 1986, с. 168.

Формула изобретения

Электролит блестящего никелирования, содержащий сернокислый и хлористый никель, борную кислоту, блескообразующую добавку и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ингибитор наводороживания-дигидрохлорид-2-аллилокси-1,3-диморфолинопропан, имеющий структурную формулу

а в качестве блескообразующей добавки - 2,4-динитрофенилгидразин, имеющий структурную формулу

при следующем соотношении компонентов:
Никель сернокислый, г - 220 - 260
Никель хлористый, г - 30 - 50
Кислота борная, г - 30 - 50
Дигидрохлорид-2-аллилокси-1,3-диморфолинопропан, ммоль/л - 1 - 3
2,4-динитрофенилгидразин, ммоль/л - 1 - 3
Вода, л - До 1

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4