Электролит для электроосаждения кадмия на сталь
Владельцы патента RU 2398917:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники. Электролит содержит, г/л: сульфат кадмия 40-60, серную кислоту 20-35, экстракт крахмалопаточный 15-20, N,N'-бис(салицилаль-о аминофенол)хелат кобальта 0,5-1,0, хинозол 0,7-1,2, неонол-1020-12 1,2-1,9. Технический результат: повышение защитных свойств кадмиевых покрытий, преимущественно в средах, содержащих хлориды, и увеличение рассеивающей способности электролита. 2 табл.
Изобретение относится к области электроосаждения защитных металлических покрытий.
Известен сульфатный электролит для осаждения на катоде кадмиевых покрытий на сталь, который сдержит следующие компоненты (г/л): сульфат кадмия 40-60, сульфат аммония 240-260, диспергатор НФ-6 50-100 мл/л, уротропин 15-20, препарат ОС-20 0,7-1,2.
В электролите осаждаются светлые матовые кадмиевые покрытия при плотности тока 0,5-1,5 А/дм2, выход кадмия по току 96-83% (Каданер Л.И. Справочник по гальваностегии. Киев: Техника, 1976, с.124). В названном электролите мала скорость осаждения кадмия, в то время как именно высокая производительность электролитов на основе простых солей кадмия является одним из главных преимуществ их. Не удается получить из указанного электролита блестящих покрытий кадмием.
Наиболее близким к предлагаемому электролиту по технической сущности и полученным результатам является электролит кадмирования по авторскому свидетельству СССР № 344025 М. Кл. С23B 5/10 (МКИ, С25D 3/00).
В известном электролите, который содержит сульфат кадмия 45-60 г/л, серную кислоту 20-15 г/л, кислые смолки (отход коксохимической промышленности 30-55 г/л), экстракт крахмалопаточный ЭКП (отход производства крахмала кукурузного) 10-15 г/л, катодная плотность тока 3-5 А/дм2, что позволяет отнести данный электролит к числу выскопроизводительных. Из него получают мелкокристаллические блестящие кадмиевые осадки на стали с достаточно высокой рассеивающей способностью 27%.
Однако в известном электролите происходит довольно заметное наводороживание как покрытия, так и стальной основы, что приводит к появлению хрупкости покрытий. Вторым недостатком покрытий является их относительно невысокая защитная способность особенно в средах, содержащих хлориды.
Две главные технические задачи, поставленные в данном предлагаемом изобретении, состоят в том, чтобы снизить наводороживание и повысить защитное антикоррозионное действие кадмиевых покрытий (в частности в среде, содержащей хлориды).
Для решения поставленных технических задач в сульфатный электролит кадмирования предлагается ввести органические добавки, которые повышают защитные свойства покрытий (за счет особых специфических свойств, приобретаемых покрытиями, и увеличения равномерности осаждаемых осадков кадмия), а также снижают наводороживание.
В качестве органических добавок в электролит кадмирования вводятся следующие химические продукты: N,N'-бис(салицилаль-о-аминофенол)хелат кобальта (далее хелат Со), хинозол, неонол-1020-12, имеющие следующее строение:
Неонол-1020-12
(C2+H2n+1)(CmH2n+1)CHO(C2H4O)pH, где
n+m=10+20, p=12.
Предлагаемый электролит имеет следующий состав (г/л):
| сульфат кадмия | 40-60 |
| серная кислота | 20-35 |
| экстракт крахмалопаточный | 15-20 |
| N,N'-бис(салицилаль-о-аминофенол)хелат Со | 0,5-1,0 |
| хинозол | 0,7-1,2 |
| неонол-1020-12 | 1,2-1,9 |
Не входящий в отличительный признак электролита экстракт крахмалопаточный ЭКП содержит в своем составе (в сухом остатке) более 50% белковых веществ, крахмал 20-30%, жиры 7-8% и другие вещества. В жидком состоянии ЭКП представляет собой 5-10%-ный водный раствор.
Для приготовления электролита сначала растворяют в воде сульфат кадмия и серную кислоту (примерно в 250 мл воды), затем в 500 мл воды растворяют хелат Со при энергичном перемешивании. В оставшемся до 1 л объеме воды растворяют экстракт крахмалопаточный, хинозол и неонол-1020-12. Сливают полученные растворы в указанной очередности.
Для катодного осаждения покрытий берут растворы, составы которых указаны в табл.1.
Стальные образцы (пластинчатые и проволочные, марки ПП) предварительно обезжиривают венской известью. Взвешивание их проводилось на аналитических весах (с точностью до четвертого десятичного знака). Величина наводороживания определялась на машине К-5 при скручивании образцов до излома (измерялось число оборотов). За 100% защиты от наводороживания принималось число оборотов образца без нанесения покрытия. Опыты проводились в 5-10-кратной повторности. Рассеивающая способность электролита измерялась с помощью ячейки Филда и рассчитывалась по формуле того же автора (максимальная рассеивающая способность в этом случае 100%, а минимальная - 100%).
Коррозионные испытания проводились в гидростате Г-4 (режим 7 час нагревание до 55°С, 17 ч при выключенном нагревателе, влажность обеспечивалась водой, налитой на поддон гидростата). Выход по току измерялся с медным кулонометром.
Результаты проведенных опытов собраны в таблице 2, рассмотрение и анализ их позволяет сделать ряд выводов.
1. Степень защиты от наводороживания (столбец 4) в предлагаемом электролите (№№4 и 4) заметно выше, чем в известном (№№1 и 2). Среди отдельных добавок в наибольшей степени защищает от наводороживания хелат Со (№№5-6), несколько слабее защитный эффект у неонола (№№9-10).
2. Рассеивающая способность, характеризующая равномерность нанесения покрытия, также имеет наилучшие показатели в предлагаемом электролите (№№3 и 4) по сравнению с известным (№№1 и 2). При этом наибольший вклад в повышение равномерности вносит хинозол (№№7 и 8), а также неонол (№№9 и 10).
3. Наименьший частотный показатель коррозии, свидетельствующий о максимальной степени защиты образцов от коррозии, наблюдается в предлагаемом электролите (№№3 и 4), где при 30-суточных испытаниях достигается практически полная защита. В то же время на полученных в известном электролите покрытиях первые очаги коррозии обнаруживаются уже через 9-15 суток. Как видно из таблицы 2, наиболее заметное влияние на повышение защитных свойств оказывают хинозол и неонол. Поэтому следует считать, что усиление защиты от коррозии в первую очередь проявляют адсорбционные свойства указанных препаратов.
Коррозионные испытания, проведенные в жидкой фазе (водопроводная вода, раствор хлорида натрия 5 г/л, морская вода), показали, что защитная способность покрытий, полученных в предлагаемом электролите, выше, чем при кадмировании в известном. Положительный эффект проявляется во всех трех жидких средах, но особенно значительное усиление защиты наблюдается в хлоридном растворе и в морской воде, где степень защиты (время появления первых очагов коррозии) в 2-3 раза выше, чем для покрытий, осажденных в известном электролите.
Таким образом, все проведенные испытания свидетельствуют о существенном превосходстве покрытий из предлагаемого электролита по сравнению с покрытиями из известного электролита.
Предлагаемый электролит может быть использован во всех случаях кадмирования с целью антикоррозионной защиты стали.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Состав электролитов кадмирования | ||||||||||
| Вещества | Номер электролита | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| CdSO4 | 45 | 60 | 40 | 60 | 40 | 60 | 40 | 60 | 40 | 60 |
| H2SO4 | 20 | 15 | 20 | 35 | 20 | 35 | 20 | 35 | 20 | 35 |
| ЭКП | 10 | 15 | 15 | 20 | 15 | 20 | 15 | 20 | 15 | 20 |
| Кислые смолки | 30 | 55 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Хелат Со | - | - | 0,5 | 1,0 | 0,5 | 1,0 | - | - | - | - |
| Хинозол | - | - | 0,7 | 1,2 | - | - | 0,7 | 1,2 | - | - |
| Неонол-1020-12 | - | - | 1,2 | 1,9 | - | - | - | - | 1,2 | 1,9 |
| Таблица 2 | ||||||
| Свойства покрытий | ||||||
| Электролит, № | Плотность тока, А/дм2 | Выход по току, % | Степень защиты от Н2, % | Рассеивающая способность по Филду, % | Время появления 1-го очага коррозии, сутки | Частотный показатель коррозии, % |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | 2 | 93 | 76 | 25 | 12 | 15 |
| 5 | 85 | 81 | 23 | 9 | 20 | |
| 2 | 2 | 92 | 68 | 27 | 15 | 11 |
| 5 | 87 | 73 | 22 | 10 | 18 | |
| 3 | 2 | 94 | 100 | 37 | 29 | 1 |
| 5 | 91 | 98 | 34 | - | 0 | |
| 4 | 2 | 97 | 100 | 41 | - | 0 |
| 5 | 92 | 99 | 38 | - | 0 | |
| 5 | 2 | 95 | 92 | 30 | 17 | 12 |
| 5 | 90 | 93 | 27 | 12 | 14 | |
| 6 | 2 | 90 | 97 | 31 | 19 | 10 |
| 5 | 89 | 97 | 29 | 17 | 10 | |
| 7 | 2 | 88 | 88 | 34 | 23 | 6 |
| 5 | 85 | 91 | 32 | 25 | 4 | |
| 8 | 2 | 91 | 90 | 35 | 26 | 4 |
| 5 | 88 | 88 | 34 | 23 | 6 | |
| 9 | 2 | 90 | 92 | 34 | 21 | 4 |
| 5 | 88 | 94 | 33 | 26 | 2 | |
| 10 | 2 | 91 | 95 | 36 | 27 | 3 |
| 5 | 89 | 97 | 34 | 25 | 2 |
Электролит для электроосаждения кадмия на сталь, включающий сульфат кадмия, серную кислоту и экстракт крахмалопаточный, отличающийся тем, что он дополнительно содержит N,N'-бис(салицилаль-о-аминофенол)хелат кобальта, хинозол и неонол-1020-12 при следующих концентрациях компонентов, г/л:
| сульфат кадмия | 40-60 |
| серная кислота | 20-35 |
| экстракт крахмалопаточный | 15-20 |
| N,N'-бис(салицилаль-о-аминофенол)хелат кобальта | 0,5-1,0 |
| хинозол | 0,7-1,2 |
| неонол-1020-12 | 1,2-1,9 |
