Электролит для осаждения покрытий из сплава никель-железо

 

Изобретение относится к гальваностегии. Электролит содержит никель сернокислый 225-255 г, никель хлористый 30-40 г, железо сернокислое 75-85 г, кислоту борную 40-70 г, ингибитор наводороживания - фуксин основной 1-3 ммоль/л, блескообразователь - хромовый черный 1-2 ммоль/л или антипиттинговую добавку "Прогресс" 1-2 ммоль/л и воду - до 1 л. Электролит обеспечивает получение качественных гальванических осадков, хорошо сцепленных с основной, блестящей поверхностью, минимальным наводороживанием стальной основы и высокой коррозийной стойкостью. 3 табл.

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к электролитическому осаждению покрытий из сплава никель-железо.

Известны электролиты (1-9) для осаждения покрытий из сплава никель-железо, применяемые для защиты от коррозии, замены дефицитного никеля и придания защитно-декоративных свойств, содержащие сернокислый и хлористый никель, сернокислое железо, борную кислоту и различные органические добавки.

Нанесение таких покрытий означает не просто повышение или улучшение эксплуатационных характеристик, а создание новых композиций с качественными, часто весьма высокими свойствами, которые позволяют повысить производительность механизмов при увеличении их надежности и долговечности.

Наиболее близким аналогом предлагаемого электролита является электролит (9) для осаждения покрытий из сплава никель-железо, раскрытый в RU 2152461 С2 (МПК 7 C 25 D 3/56, опубл. 10.07.2000).

Однако наличие добавок приводит к сложности состава, необходимости частой корректировки электролита, низкому выходу по току, небольшому блеску и пластичности.

Задачей данного изобретения является получение железоникелевого сплава с высоким выходом по току, блестящей поверхностью и минимальным наводороживанием стальной основы. Технический результат заключается в возможности получения блестящих качественных покрытий на сталь.

Указанная задача достигается тем, что электролит, содержащий сернокислый и хлористый никель, сернокислое железо, борную кислоту, органические добавки и воду, в качестве органических добавок содержит производное трифенилметана - фуксин основной в сочетании с красителем - хромовым черным или антипиттинговую добавку "Прогресс" при следующем соотношении компонентов: Никель сернокислый, г - 225-255 Никель хлористый, г - 30-40 Железо сернокислое, г - 75-85 Кислота борная, г - 40-70 Фуксин основной, ммоль/л - 1-3 Хромовый черный, ммоль/л - 1-2 или Антипиттинговая добавка "Прогресс", ммоль/л - 1-2 Вода, л - До 1
Для получения электролита были приготовлены смеси компонентов, представленые в таблице 1.

В качестве органических добавок использовали:
Фуксин основной - ярко-красный триарилметановый краситель, хорошо растворим в воде. Получается совместным окислением анилина, о- и п-толуидинов нитробензолом в присутствии хлорного железа при температуре 100-175^oС [10].

Хромовый черный

"Прогресс" - (C_nH_2n+1CH(CH₃)OSO₂NA, n=6÷16
Электролит готовят следующим образом: при температуре 40-60^oС в дистиллированной воде раздельно растворяют никель и железо сернокислые, никель хлористый, борную кислоту; растворы смешивают.

Электролит прорабатывают при Дк = 2 А/дм² в течение 4 ч с целью удаления примесей, фильтруют и добавляют органические добавки - фуксин основной и хромовый черный или "Прогресс". Все реактивы использовали марки "ч.д.а."
Наводороживание стальной основы при осаждении электроникелевого сплава определяли по изменению пластичности стальной пружинной проволоки марки У8-А ⊘ 1 мм (длина образца 100 мм, растягивающая нагрузка 1,5 кг), измеряемой числом оборотов до разрушения при скручивании на машине К-5. О наводороживании судим по уменьшению пластичности (N, %) стальных образцов:

где а и a₀ - число оборотов проволочного образца до разрушения покрытого сплава и непокрытого.

Электроосаждение сплава проводили на пластинках 40х40х03 мм из стали 20. Внешний вид покрытий описывался с помощью микроскопа.

Поляризационные измерения выполняли на мультиметре. Электродом сравнения служил хлорсеребряный электрод. Катодный выход по току определяли кулонометрическим методом.

Блеск покрытий измеряли на фотоэлектрическом блескомере ФБ-2 по отношению к увиолевому стеклу, блеск которого принят равным 65 отн. ед.

Испытания железоникелевого сплава на коррозийную устойчивость проводили в камере "солевого тумана". Раствор, содержащий 30 г/л хлористого натрия, распыляли через каждые 15 мин в течение 7 ч в сутки. Продолжительность распыления 3 мин. Результаты оценивали по шкале коррозийной стойкости гальванопокрытий. Защитный эффект определяли по формуле

,
где Δm - изменение массы покрытой пластинки;
S - площадь пластины;
t - время опыта.

Результаты экспериментального анализа приведены в табл. 2 и 3. Исследование органические добавки оказались весьма эффективными ингибиторами наводораживания и электрокристаллизации (табл. 2 и 3). Ингибиторы на поверхности металла адсорбируются электростатически (адсорбция ионов полярных групп за счет кулоновских сил), специфически (за счет молекулярных вандерваальсовых сил), химически (хемосорбция ионов и молекул за счет валентных сил).

Ингибирующее действие фуксина основного ( 90-98, ВТ 93-96) связано с повышенной электронной плотностью у атомов азота бензольного кольца, так как электроннодонорный метальный заместитель - СН₃ заставляет аминогруппу вывернуться и тем самым частично выключить из цепи спряжения [11]. Осадки, хорошо сцепленные с основой, полублестящие, блестящие (40-75 отн. ед.), однако, растрескивающиеся по краям, имеется частичный питтинг и нитевидные дендриты. Коррозионные поражения соответствуют II степени, т.е. наличие продуктов коррозии в виде пятен или точек на 10-15% поверхности образца. Спорость коррозии составляет 1,04 г/м²•сут., а защитный эффект - 91% (табл. 3).

Эффективным ингибитором является и хромовый черный, в присутствии которого пластичность составляет 86-92% при С=2 ммоль/л, а выход по току 92-96%. Эта добавка имеет две электродонарные спиртовые - ОН и сульфогруппу - SO₃Н, обладающих реакционными центрами О и S, причем у сульфогруппы сфера отдает свои три пары электронов на кислород, обладающих повышенной электронной плотностью, также способные вступать во взаимодействие с поверхностью металла катода, что и обуславливает более прочную связь с металлом основы. Потенциал катода понижается до -0,72-0,92 В, что согласуется с качеством гальванопокрытий. Осадки мелкокристаллические плотные, гладкие, хорошо сцепленные с основой, блестящие (50-83 отн. ед.). Скорость коррозии составляет 0,96 г/м²•сут., защитный эффект 94%, а степень коррозионного поражения I.

Пример 1. Для осаждения железоникелевого сплава использовали состав III (табл. 1) при Дк=1-5 А/дм² под 6 табл. 2. Потенциал катода понижается от -0,81 до -0,92 В, благодаря чему осадки качественные, мелкокристаллические, ровные, гладкие, хорошо сцепленные с основой, блестящие (70-75 отн. ед.). Выход по току 96-97%. Через такие плотные покрытия затруднен поток диффузии водорода в остальную основу и наибольшая пластичность образцов 95-100%.

Пример 2. Состав III (табл. 1) при Дк= 1-5 А/дм² под 5 табл. 2. Потенциал катода изменяется от -0,79 до -0,90 В, обеспечивая получение качественных осадков, с мелкокристаллической структурой, плотных, гладких, без питтинга и нитевидных дендритов, хорошо сцепленных с основой, с блестящей поверхностью (79-88 отн. ед.). Выход по току 96-98%. Пластичность стальных катодов 87-96%. Скорость коррозии 0,85 г/м²•сут., степень коррозионного поражения I, защитный эффект 93% (табл. 3, 3).

ЛИТЕРАТУРА
1. Patel N. K. , Franco Mdas, Patel J.S. // Plat. and Surface Finish., 1976. V.63, 8, p.13-14.

2. Law Malcolm John, Hutchinson Peter Sames // Bull. Electrochem., 1985. V.32, 10, p.417.

3. Singh D., Singh V. // Jndian J. Technol., 1975. V.13, 11, p.520-523.

4. A. c. 855364 СССР, М. Кл.³ С 25 D 3/56. Электролит для осаждения покрытий из сплава никель-железо.

5. Пат. 387306 США, МКИ С 25 Р 204-43Т. Электролитический способ получения блестящего покрытия железоникелевого сплава и электролит для его осуществления.

6. Пат. 3969198 США, МКИ С 25 Р 204-43Т. Способ электроосаждения сплава никель-железо.

7. Милушкин А.С. // ЖПХ., 1997. Т.70. Вып.2, с.256-260.

8. А.С. 857306 СССР, М. Кл.³ С 25 D 3/56.

9. Патент RU 2152461 С2 (МПК 7 С 25 D 3/56, опуб. 10.07.2000).

10. Химический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983. С.640.

11. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. Изд. 2-е. - М.: Химия, 1974, С.78-97.

Формула изобретения

Электролит для осаждения железоникелевого сплава, содержащий сернокислый и хлористый никель, сернокислое железо, борную кислоту, органические добавки и воду, отличающийся тем, что он в качестве органических добавок содержит ингибитор наводороживания - фуксин основной и блескообразователь - хромовый черный или антипиттинговую добавку "Прогресс" при следующем соотношении компонентов:
Никель сернокислый, г - 225-255
Никель хлористый, г - 30-40
Железо сернокислое, г - 75-85
Кислота борная, г - 40-70
Фуксин основной, ммоль/л - 1-3
Хромовый черный, ммоль/л - 1-2
или
Антипиттинговая добавка "Прогресс", ммоль/л - 1-2
Вода, л - До 12

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3