Электролит для осаждения покрытий из сплава кадмий-хром
Владельцы патента RU 2333296:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники. Электролит содержит, г/л: сульфат кадмия 18-22; сульфат хрома (III) 18-22; оксалат натрия 18-20; муравьинокислый натрий 18-20; 1,4-бутандиол, см3/дм3, 0,8-1,0; сульфат натрия 114-170 и воду. Повышается электропроводность раствора, коррозионная стойкость покрытия, стабильность электролита, расширяются интервалы рабочих плотностей тока. 1 табл.
Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к электролитическому осаждению покрытий из сплава кадмий-хром.
В литературе отсутствуют сведения по электроосаждению сплава кадмий-хром. Имеются сведения по электроосаждению покрытий кадмием [1-10] и сплавами кадмий-никель [11], кадмий-олово, кадмий-свинец [3] и кадмий-титан [12-14].
Однако приведенные покрытия не обладают необходимой коррозионной стойкостью или твердостью при работе во влажной атмосфере или используются при их получении ядовитые цианистые электролиты [3, 12-14].
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является получение покрытий с улучшенными свойствами и замена экологически опасного цианида калия.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении электропроводности раствора, повышении коррозионной стойкости, расширении интервала рабочих плотностей тока и стабильности электролита.
Указанный технический результат достигается тем, что электролит для электроосаждения покрытий из сплава кадмий-железо содержит сульфат хрома (III), сульфат натрия, сульфат кадмия, оксалат натрия, муравьинокислый натрий, 1,4-бутандиол и воду при следующем соотношении компонентов: сульфат кадмия - 18-22 г/л; сульфат хрома (III) - 18-22 г/л; сульфат натрия - 114-170 г/л; оксалат натрия - 18-20 г/л; муравьинокислый натрий - 18-20 г/л; 1,4-бутандиол - 0,8-1,0 см3/дм3; вода - до рабочего объема.
Процесс осаждения рекомендуется проводить при рН электролита 1,9-2,3, катодной плотности тока 2,3-2,7 А/дм2 при температуре 20-25°С, при непрерывном перемешивании электролита с использованием платиновых анодов.
Электролит готовится следующим образом.
Требуемое количество оксалата натрия растворяют в 1/3-1/4 части необходимого для приготовления электролита объема дистиллированной воды.
В отдельных порциях воды, составляющих по 1/4 части необходимого объема для приготовления электролита, растворяют требуемые количества зеленой модификации сульфата хрома, сульфата кадмия и муравьинокислого натрия. Затем к приготовленному раствору оксалата натрия добавляют при перемешивании приготовленные растворы сульфатов кадмия и хрома. К полученной смеси добавляют приготовленный раствор муравьинокислого натрия, требуемое количество сульфата натрия, 1,4-бутандиола и доводят объем электролита до рабочего дистиллированной водой.
Используемый в электролите оксалат натрия образует с кадмием и, особенно с хромом, комплексы средней прочности и тем самым предотвращают гидролиз солей. При использовании лиганда, образующего с хромом (III) очень прочный комплекс (трилон Б), хром не восстанавливается до металла.
Муравьинокислый натрий образует буферный раствор, поддерживающий постоянство рН в прикатодном слое.
Добавление сульфата натрия позволяет увеличить электропроводность раствора, а следовательно, и его производительность.
Поверхностно-активное, неионогенное вещество, 1,4-бутандиол, адсорбируясь на катоде, ингибирует процесс электровосстановления ионов металлов, одновременно улучшая смачиваемость осадка, что приводит к получению мелкозернистых осадков и повышению равномерности распределения металла по поверхности катода.
Конкретные примеры, иллюстрирующие использование изобретения, приведены в таблице.
Использование предлагаемого электролита позволяет осадить серебристые, полублестящие, плотные, мелкозернистые, хорошо сцепленные с подложкой покрытия.
Микротвердость покрытия составляла 80-85 МПа, выход по току 80-85%.
Скорость коррозии покрытия полученного из предлагаемого электролита, на 20-25% меньше таковой для покрытий Cd-Sn и Cd-Pb [3].
В результате использования данного электролита осаждаются мелкозернистые, полублестящие, коррозионно-стойкие покрытия, выдерживающие изгиб под углом 45° без излома и отслаивания от подложки.
После пропускания 400-600 А·ч/м3 необходимо производить корректировку электролита с добавлением веществ, входящих в состав электролита.
| Таблица | |||
| Компоненты электролита и параметры исследования | Состав по примерам | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Сульфат кадмия, г/л | 18 | 20 | 22 |
| Сульфат хрома (III), г/л | 18 | 20 | 22 |
| Сульфат натрия, г/л | 114 | 140 | 170 |
| Оксалат натрия, г/л | 18 | 19 | 20 |
| Муравьинокислый натрий, г/л | 18 | 19 | 20 |
| 1,4 бутандиол, см3/дм3 | 0,8 | 0,9 | 1,0 |
| Плотность тока, А/дм2 | 2,3 | 2,5 | 2,7 |
| Температура, °С | 20 | 22 | 25 |
| рН | 1,9 | 2,1 | 2,3 |
| Перемешивание, об/мин | 60 | 60 | 60 |
| Выход по току, % | 81 | 85 | 82 |
| Содержание хрома в сплаве, масс.% | 12,1 | 12,7 | 12,3 |
| Скорость коррозии в 3% водном растворе NaCl, кг/м2ч | 0,002 | 0,0023 | 0,0025 |
| Внешний вид покрытия | Полублестящие, плотные | Полублестящие, плотные | Полублестящие, плотные |
Источники информации:
1. Ильин В.А. Цинкование и кадмирование. - Л.: Машиностроение, 1971, 88 с.
2. Беспалько О.П. Электроосаждение металлов и сплавов. - Киев: Наукова думка, 1971, 132 с.
3. Иванова Н.Д., Иванов С.В., Болдырев Е.И. Фторсодержащие растворы для осаждения и обработки материалов. - Киев: Наукова думка, 1987, 160 с.
4. Ильин В.А. Цинкование, кадмирование, оловянирование и свинцевание. - Л.: Машиностроение, 1983, 86 с.
5. Кузнецов В.В., Скибин Д.М., Лавочкин Р.А. и др. Влияние строения и концентрации краун-эфиров на их эффективность при электроосаждении кадмия и никеля из сульфатных растворов // Защита металлов, 2003, Т 39, №2, с.176-184.
6. Орехова В.В., Андрющенко Ф.И. Полилигандные электролиты в гальваностегии. - Харьков, Высшая школа, 1979, 144 с.
7. Савочкина И.Е., Береснева Л.Н., Халдеев Т.В., Кадмиевые покрытия с повышенной коррозионной стойкостью // Защита металлов, 1993, Т.29, №2, с.301-307.
8. Поветкин В.В., Ермакова Н.А. // Электрохимия, 1982, Т.18, №12, с.1663-1665.
9. Ковязин Л.И., Буторина Н.Н., Овчинникова Т.М. // Журнал прикладная химия, 1974, т.34, №5, с.59-61.
10. Каблуновский B.C., Трилонатные электролиты кадмирования // Электродные процессы при осаждении и растворении металлов. - Киев: Наукова думка, 1978, с 6-12.
11. Кудрявцев Н.Т., Фиргер С.М., Докина Н.Н. Электроосаждение сплава кадмий-никель // Тр. МХТИ им. Д.И.Менделеева. - М., 1963, №44, с.91-95.
12. Авторское свидетельство СССР №505755, кл. С25D 3/56, 1973.
13. Авторское свидетельство СССР №393370, кл. С25D 3/56, 1971.
14. Авторское свидетельство СССР №709717, кл. С25D 3/56, 1980.
Электролит для осаждения покрытий из сплава кадмия с хромом, содержащий сульфат хрома (III), сульфат кадмия, сульфат натрия, комплексообразователь - оксалат натрия, муравьинокислый натрий, 1,4-бутандиол и воду при следующем соотношении компонентов, г/л:
| сульфат хрома (III) | 18-22 |
| сульфат кадмия | 18-22 |
| сульфат натрия | 114-170 |
| оксалат натрия | 18-20 |
| муравьинокислый натрий | 18-20 |
| 1,4-бутандиол, см3/дм3 | 0,8-1,0 |
