Электролит для электроосаждения цинк-никелевых покрытий

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий цинк-никелевыми сплавами на сталях и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобильной промышленности и других областях. Электролит содержит, г/л: цинк сернокислый 7-10; никель сернокислый 20-30; калий хлористый 120-130; таурин 45-50; вода до 1 литра. Технический результат - снижение скорости коррозии цинк-никелевых покрытий при сохранении покрытиями анодного характера защиты сталей (содержание никеля в покрытиях 12-15 ат.%) с одновременным снижением экологической нагрузки на очистку сточных вод за счет снижения токсичности электролита. 2 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий цинк-никелевыми сплавами на сталях и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобильной промышленности и др.

Известен хлоридный электролит для получения Zn-Ni сплавов с содержанием никеля в сплаве 42% [Т. Vasilache, S. Gutt, I. Sandu, V. Vasilache, G. Gutt, M. Risca, A.V. Sandu Electrochemical Mechanism of Nickel and Zinc-Nickel Alloy Electrodeposition // Recent Patents on Corrosion Science, 2010, 2, 1-5], содержащий (г/л):

Хлорид цинка 130
Хлорид никеля 130
Калий хлористый 230
рН 5-6

Режим работы:

потенциал, мВ 1000
температура, °С 24-30

Состав покрытия: 42% Ni и 58% Zn.

Известен электролит для осаждения блестящих покрытий из сплава цинка с никелем, содержащего 15-25% Ni [Гальванотехника: Справ, изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. - М.: Металлургия, 1987. - 736 с.], содержащий (г/л):

Оксид цинка 15
Хлорид никеля 35-90
Хлорид аммония 250
Борная кислота 20
рН электролита 6,5-6,8

Режим осаждения:

температура, °С 40
катодная плотность тока, А/дм2 0,5-2,0

Недостатками приведенных аналогов являются низкие защитные свойства покрытий по сравнению с предлагаемым электролитом ввиду того, что по отношению к стали получаемые покрытия, как и никель, являются катодными. Кроме того, в электролите используется токсичная борная кислота, у него узкий интервал рабочих плотностей тока и высокая концентрация хлорида аммония, создающая дополнительные трудности при очистке сточных вод гальванического производства.

Известен пирофосфатный электролит для осаждения сплава цинк-никель [Гальванотехника: Справ, изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. - М.: Металлургия, 1987. - 736 с.], содержащий (г/л):

Оксид цинка 8-20
Сульфат никеля 15-55
Хлорид аммония 90-180
Пирофосфат калия 140-280
рН электролита 6,5-6,8

Режим осаждения:

температура, °С 20-40
катодная плотность тока, А/дм2 1-5,0

Содержание никеля в указанном электролите составляет 10-30%. Недостатком аналога является невысокая коррозионная стойкость покрытий, связанная с потерей анодного характера защиты стали при высоком легировании цинка никелем. Кроме того, электролит сложен в приготовлении, а достаточно высокое количество аммиакатных и пирофосфатных комплексов никеля и цинка затруднит последующее обезвреживание сточных вод и электролита.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, то есть прототипом, является сульфатный электролит [M.J. Rahman, S.R. Sen, M. Moniruzzaman // Journal of Mechanical Engineering, Vol. 40, No. 1, June 2009] предложенного состава (г/л):

Цинк сульфат 150
Никель сульфат 350
Натрия сульфат 150
рН 2-3,7

Режим осаждения:

температура, °С 45
катодная плотность тока, А/дм2 10-25
содержание никеля в покрытии 9-12%

Недостатками прототипа являются высокая скорость коррозии Zn-Ni сплава, полученного из вышеуказанного электролита, равная 50 мкА/см2, связанная с недостаточным легированием никелем цинка. Кроме того, электролит работает при кислом рН, что приводит к повышенному выделению водорода и наводороживанию покрытий. Более высокое содержание никеля достигается при очень высоких плотностях тока, при которых получаются грубые, высокопористые покрытия, а также применяются более высокие концентрации сернокислых солей цинка и никеля, что приведет к дополнительным затратам при очистке сточных вод гальванических производств. Для поддержания буферности раствора требуется значительная концентрация сульфата натрия.

Техническим результатом изобретения является снижение скорости коррозии цинк-никелевых покрытий при сохранении покрытиями анодного характера защиты сталей (содержание никеля в покрытиях 12-15 ат.%), с одновременным снижением экологической нагрузки на очистку сточных вод за счет снижения токсичности.

Указанный результат достигается тем, что электролит для электроосаждения цинк-никелевых покрытий, содержащий цинк сернокислый, никель сернокислый, калий хлористый, воду, согласно изобретению дополнительно содержит таурин, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Цинк сернокислый 7-10
Никель сернокислый 20-30
Калий хлористый 120-130
Таурин 45-50
Вода до 1 л,

при этом рН составляет 4-6, температура 20-60°С, катодная плотность тока 0,5-3,0 А/дм2. Выход по току сплава 96-98%. Аноды - никель и цинк.

Цинк сернокислый, ГОСТ 4174-77, ч, химическая формула ZnSO4·7H2O, плотность 3,74 г/см3, растворимость в воде 36,7 г в 100 г воды при 25°С, 40,9 г при 75°С.

Никель (II) сернокислый, 7-водный, ГОСТ 4465-74, ч, химическая формула NiSO4·7H2O, плотность 1,949 г/см3, растворимость 21,4 г в 100 г холодной и 43,42 в 100 г горячей воды.

Калий хлористый, ГОСТ 4234-77, ч, химическая формула KCl, плотность 1,989 г/см3, растворимость в воде 34,3 г в 100 г воды при 20°С, 40,3 г при 40°С.

Таурин - (β-аминоэтансульфоновая кислота) HO3SCH2CH2NH2, кристаллы; хорошо растворим в воде, плохо в спирте, нерастворим в эфире. Разбавленные растворы таурина имеют нейтральную реакцию, концентрированные растворы - кислую реакцию.

Технический результат достигается за счет того, что при указанном соотношении компонентов в растворе образуются комплексные соединения цинка и никеля с таурином. Это приводит к сближению потенциалов осаждения компонентов сплава, что обеспечивает увеличение содержания никеля по сравнению с прототипом. Кроме того, добавка таурина обеспечивает стабилизацию состава покрытия при изменении условий электроосаждения. Применение указанного комплексного электролита позволяет получать покрытия сплавом цинк-никель, обладающие высокими защитными свойствами, сохранить покрытиями анодного характера защиты сталей (содержание никеля в покрытиях 12-15 ат.%), а измененная концентрация компонентов обеспечивает снижение токсичности, т.е. улучшение экологических показателей производства.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Пример 1. Для приготовления 1 л электролита в 250 мл воды растворяют 50 г таурина. Растворяют в отдельной емкости сернокислый никель в количестве 30 г в 200 мл воды и вводят в раствор таурина. Растворяют в отдельной емкости сернокислый цинк в количестве 10 г в 100 мл воды и также вводят в раствор таурина (раствор №1). Добавляют в раствор №1 предварительно растворенный в 400 мл воды калия хлорид в количестве 130 г. После введения в электролит всех компонентов его объем доводят водой до 1 л.

Приготовленный электролит имеет следующий состав, г/л:

Цинк сернокислый 10
Никель сернокислый 30
Калий хлористый 130
Таурин 50
Вода до 1 л,

при этом рН составляет 6, температура 60°С, катодная плотность тока 0,5-3,0 А/дм2. Выход по току сплава 96-98%. Аноды - никель и цинк.

Примеры с другими значениями концентраций заявляемого электролита приведены в таблице 1.

При выходе за граничные значения заявляемых показателей составов и режима электроосаждения возможно нарушение стабильности раствора, а также ухудшение качества получаемых цинк-никелевых покрытий.

Из приготовленных электролитов осаждают цинк-никелевые покрытия.

Для определения диапазона рабочей плотности тока на образцы из стали наносили цинк-никелевое покрытие толщиной 6 мкм. Полученные покрытия по внешнему виду соответствуют требованиям ГОСТа 9.301-86, а по сцеплению с основным металлом - ГОСТу 9.302-88.

Для определения химического состава сплавов использовали сканирующий электронный микроскоп с интегрированной системой энергодисперсионного анализа (EDS) PHENOM proX.

С целью определения коррозионной стойкости полученные образцы испытывали в 3% NaCl. Определяли плотность тока коррозии Zn-Ni покрытие - сталь.

При всех испытаниях получаемых покрытий проводили не менее 4-5 параллельных опытов и брали среднеарифметические значения величин. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый электролит (примеры 1-3) позволяет получать цинк-никелевые покрытия с содержанием никеля 12-15 ат.%, которые характеризуются скоростью коррозии, в 3-4 раза меньшей по сравнению с прототипом.

Другим преимуществом заявляемого электролита является то, что он обладает более широким диапазоном рабочих плотностей тока и температуры. Кроме того, в электролите снижены концентрации основных компонентов, поэтому он имеет более низкие токсичность, а значит и стоимость, таким образом, его использование выгодно как с точки зрения экологии, так и экономики.

Электролит для электроосаждения цинк-никелевых покрытий, содержащий цинк сернокислый, никель сернокислый, калий хлористый и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит таурин, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Цинк сернокислый 7-10
Никель сернокислый 20-30
Калий хлористый 120-130
Таурин 45-50
Вода до 1 л



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области гальванотехники. Электролит содержит соль меди и соль никеля, вещество, образующее комплексы с металлами, множество обеспечивающих проводимость солей, отличающихся друг от друга, соединение, выбранное из группы, состоящей из дисульфидных соединений, серосодержащих аминокислот и их солей, соединение, выбранное из группы, состоящей из сульфоновых кислот, сульфимидных соединений, соединений сульфаминовых кислот, сульфонамидов и их солей, и продукт реакции простого глицидилового эфира и многоатомного спирта.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области упрочнения электроосажденного на стальные детали железохромистого покрытия цементацией, применяемого для восстановленных поверхностей стальных деталей.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и автомобилестроении для защиты от коррозии стальных изделий.

Изобретение относится к области металлургии, в частности получению стального компонента с металлическим покрытием, который используют в качестве материала для кузовов транспортных средств.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для восстановления изношенных поверхностей деталей машин, в частности подшипников скольжения автомобильных двигателей.
Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых, износостойких покрытий, в частности железоалюминиевых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из металлических сплавов с применением гальванической технологии. .
Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении для получения покрытий. .
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения композиционных гальванических градиентных покрытий на основе хрома в машиностроении и других отраслях промышленности при изготовлении или восстановлении деталей и инструментов с износостойкими антифрикционными покрытиями, в частности, для повышения стойкости деформирующих инструментов.

Изобретение относится к области гальванотехники. Способ включает подачу тока через щелочную ванну для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащую катод и анод, причем катодная область, включающая катод, и анодная область, включающая анод, отделены друг от друга анионообменной мембраной, католит, содержащийся в катодной области, представляет собой щелочной электролит для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащий хелатообразователь на основе амина, а анолит, содержащийся в анодной области, представляет собой водный щелочной раствор. Технический результат: повышение срока службы электролита при сохранении характеристик получаемых покрытий. 13 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для нанесения на изделия гальванических покрытий цинковым сплавом. Способ электролитического осаждения цинкового сплава в щелочной ванне включает подачу тока через щелочную ванну для электролитического осаждения цинкового сплава, содержащую катод и анод, причем катодная область, включающая катод, и анодная область, включающая анод, отделены друг от друга сепаратором, содержащим электропроводящий электролитный гель, при этом содержащийся в катодной области католит представляет собой щелочной электролит для электролитического осаждения никель-цинкового сплава, содержащий хелатообразователь на основе амина, а анолит, содержащийся в анодной области, представляет собой водный щелочной раствор. Технический результат: продление срока службы электролита при сохранении его характеристик. 21 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр., 7 ил.

Изобретение относится к области гальваностегии, в частности к нанесению гальванических покрытий сплавом олово-цинк с содержанием цинка в сплаве 20-80%, и может быть использовано для нанесения защитных покрытий, в том числе в виде альтернативы кадмиевым покрытиям. Способ включает электроосаждение сплава из электролита, содержащего тетрахлорид олова, оксид цинка и воду, при катодной плотности тока 0,5-1,5 А/дм2, при этом электроосаждение проводят с использованием инертных анодов из электролита, содержащего тетрахлорид олова 30 г/л (в пересчете на олово), оксид цинка 2,5 г/л (в пересчете на цинк), молочную кислоту (80% раствор) 50 мл/л, при рН 2,5 и температуре электролита 20-25°C. Техническим результатом является получение равномерных, полублестящих, хорошо сцепленных с основой покрытий с высоким выходом по току. 5 табл.

Изобретение относится к области гальваностегии и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, морском транспорте и других отраслях промышленности. Способ включает электролитическое осаждение антифрикционных покрытий из сплава на основе олова в электролите, содержащем, г/л: олово(II) борфтористое 10-40, медь(II) борфтористую 10-25, сурьму(III) борфтористую 5-10, кадмий борфтористый 5-15, цинк(II) борфтористый 5-15, индий(III) борфтористый 2-5, серебро(I) борфтористое 0,5-1,5, борфтористоводородную кислоту 105-130, борную кислоту 50-100, антиокислитель 1,5-5, поверхностно-активное вещество 7-20, при катодной плотности тока 2,0-5,0 А/дм2 и температуре электролита 18-25°С. Технический результат: повышение абразивной и коррозионной стойкости, прочности покрытий в агрессивных средах, снижение коэффициента трения, повышение твердости, износостойкости и термической стабильности покрытий при одновременном повышении пластичности. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области гальваностегии и может найти применение в радиоэлектронной промышленности, машиностроении и других областях, требующих получения тонких защитных пленок либо нанесения подслоя никель-алюминий. Электролит содержит эвтектическую смесь холин-хлорида и мочевины, причем эвтектическая смесь приготовлена путем смешения компонентов в молярном соотношении, равном 1:2, в которой растворены хлорид никеля и хлорид алюминия в количестве, г/л раствора: хлорид никеля 3,2-33,0, хлорид алюминия 12,5-144,0. Технический результат - получение качественных тонких беспористых покрытий и снижение токсичности электролита за счет использования экологически безопасных компонентов.

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к осаждению сплава пермаллоя Ni81Fe19 для получения магнитомягкого материала элементов интегральных микросистем, концентрирующих или экранирующих магнитное поле. Способ включает электрохимическое осаждение пленок пермаллоя в гальванической ванне с вертикальным расположением электродов на постоянном токе при перемешивании хлоридного электролита, который содержит атомы никеля и железа при соотношении концентраций NNi/NFe = 4,26, соответствующему составу сплава, добавку соляной кислоты вводят для получения pH=1,7 ± 10 % в электролит с температурой 60-70°С, а осаждение проводят при плотности тока 20 ± 1,0 мА/см2 в локальных областях, ограниченных фоторезистивной маской на окисленной кремниевой пластине, поверхность которой металлизирована никелем с подслоем нихрома, при этом катодом и анодом служат листы никелевой фольги и катод контактирует с металлизированным слоем на краю пластины. Технический результат: получение пленок пермаллоя толщиной порядка 10 мкм при снижении механических напряжений в пленке и улучшении магнитных свойств без высокотемпературного отжига. 4 ил.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и автомобилестроении для защиты от коррозии стальных изделий. Электролит для электроосаждения цинк-никелевых покрытий содержит оксид цинка, едкий натр, никель сернокислый, триэтаноламин, диглицин и воду, а также дополнительно включает этилендиаминдиянтарную кислоту (ЭДДЯК) при следующем соотношении компонентов, г/л: оксид цинка 12; едкий натр 100; никель сернокислый 7; триэтаноламин 20; ЭДДЯК 0,5; диглицин 2; вода до 1 литра. Техническим результатом изобретения является снижение скорости коррозии гальванического покрытия с применением экологически безопасного процесса осуществления гальванического покрытия. 3 табл., 4 пр.
Изобретение относится к области гальваностехники и может быть использовано для восстановления изношенных поверхностей деталей машин. Электролит содержит, г/л: сульфат цинка 200-240; сульфат железа 15-20; сульфат алюминия 31-40; карбонат натрия 80-120; гидрохлорид тетраэтиламмония 3-4. Технический результат: повышение физико-механических характеристик покрытия: адгезии, оптимальной структуры осадка, стабильности электролита и снижение дендридообразования.
Изобретение относится к области электролитического осаждения твердых износостойких покрытий, в частности железо-кобальтовых покрытий, применяемых для восстановления и упрочнения поверхностей деталей. Способ включает осаждение покрытия из электролита, содержащего хлорид железа 350-400 кг/м3, хлорид кобальта 5-50 кг/м3, соляную кислоту 0,5-2,0 кг/м3 и воду, на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии тока 1,2-6,0 при температуре электролита 30-50°C, при этом в состав электролита вводят хлорид натрия в количестве 5-20 кг/м3, а осаждение ведут в интервале катодных плотностей тока 60-100 А/дм2. Технический результат: повышение стабильности электролита, предотвращение быстрого его окисления, увеличение электропроводности электролита и скорости осаждения покрытия.

Изобретение относится к изготовлению дырчатых пластин аэрозольных устройств. Изготовление заготовки аэрозолеобразующей дырчатой пластины для ингаляционного распылителя лекарственного средства включает обеспечение матрицы из проводящего материала, нанесение на матрицу защитного покрытия в виде набора столбиков, гальванизацию областей вокруг столбиков, удаление защитного покрытия с получением заготовки из нанесенного гальваническим образом материала с образующими аэрозоль отверстиями в местах, где были столбики защитного покрытия, и удаление заготовки с матрицы. Указанные столбики имеют глубину в диапазоне от 5 до 40 мкм, ширину в плоскости матрицы в диапазоне от 1 до 10 мкм и плотность в диапазоне от 111 до 2500 мм-2. При этом за указанными стадиями нанесения защитного покрытия и гальванизации следует по меньшей мере один последующий цикл нанесения защитного покрытия и гальванизации поверх указанного нанесенного гальваническим образом материала для увеличения толщины заготовки. Общую толщину заготовки в по меньшей мере одном последующем цикле доводят до значения более 50 мкм. По меньшей мере один последующий цикл обеспечивает после удаления защитного покрытия области, по меньшей мере некоторые из которых перекрывают множество образующих аэрозоль отверстий, и нанесенный гальваническим образом материал, который закрывает некоторые из образующих аэрозоль отверстий. Указанный по меньшей мере один последующий цикл выполняют в соответствии с необходимым расходом через дырчатую пластину. В результате обеспечивается увеличение производительности распылителя. 7 н. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области получения гальванических покрытий цинк-никелевыми сплавами на сталях и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, автомобильной промышленности и других областях. Электролит содержит, гл: цинк сернокислый 7-10; никель сернокислый 20-30; калий хлористый 120-130; таурин 45-50; вода до 1 литра. Технический результат - снижение скорости коррозии цинк-никелевых покрытий при сохранении покрытиями анодного характера защиты сталей с одновременным снижением экологической нагрузки на очистку сточных вод за счет снижения токсичности электролита. 2 табл., 4 пр.

Наверх