Электролит для электрополирования серебра

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2288301:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ГОУВПО "ИГХТУ") (RU)
Институт химии растворов Российской академии наук (ИХР РАН) (RU)

Изобретение относится к области технологических процессов обработки поверхности изделий из серебра и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и ювелирной промышленности. Электролит содержит, г/л: роданид калия или натрия 300-400, глицерин 20-40, этиловый спирт 1,7-6,7, каптакс 0,5-1,5, вода до 1 литра. Технический результат: разработан нетоксичный электролит, позволяющий повысить стойкость к потускнению поверхности изделий, уменьшить шероховатость и увеличить отражательную способность. 2 табл.

Область техники

Уровень техники

Известен цианистый электролит для электрополирования серебра [Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. - 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1987. 232 с.], содержащий (г/л):

серебро цианистое	-20
натрий цианистый	-30
плотность тока, А/дм²	-1-1.2
напряжение, В	-1.2-1.3
температура, °С	-20-25
время полирования, мин	-2-3

Недостатками аналога являются: токсичность раствора, нестабильность состава электролита в процессе полирования из-за разницы анодного и катодного выходов по току, а также сравнительно высокая стоимость электролита из-за наличия в нем цианистого серебра.

Известен цианистый электролит для электрополирования серебра [Справочное руководство по гальванотехнике. Ч.1: Пер. с нем./Под ред. В.И.Лайнера. М.: Металлургиздат, 1969. 415 с.], содержащий (г/л):

серебро цианистое	-35
калий цианистый	-37-70
калий углекислый	-38-40
плотность тока, А/дм²	-2
напряжение, В	-2.4-3.5

Недостатками аналога являются: токсичность раствора, высокая энергоемкость процесса и высокая стоимость раствора электролита.

Известен также ферроцианидный электролит полирования серебра [Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. - 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1987. 232 с.], содержащий следующие компоненты (г/л):

калий железистосинеродистый	-60
натрий цианистый	-60
плотность тока, А/дм²	-15-25
напряжение, В	-6

Недостатками данного аналога являются: токсичность раствора и высокая энергоемкость процесса.

Наиболее близким к предлагаемому электролиту по совокупности признаков, то есть прототипом, является роданидный водный электролит для электрополирования серебра [Т. - И.Ю.Янкаускас, П.А.Юзикис, В.А.Кайкарис А.с.№497357 СССР. М. Кл.² С 23 В 3/06. Заявл.22.06.73, Опубл.30.12.75, БИ №48, 1976], содержащий (моль/л):

роданид калия, натрия, лития, аммония или кальция	-2-4,
вода	-до 1 литра

а режим процесса электрополирования:

плотность тока, А/дм²	-70-200
длительность импульса, с	-0.5-1.0
интервал между импульсами, с	-5-20

Недостатками прототипа являются: неудовлетворительная стойкость поверхности к потускнению в атмосфере, содержащей соединения серы, необходимость применения высоких плотностей тока и невысокая отражательная способность поверхности в результате процесса полирования.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в разработке состава нетоксичного водно-органического электролита, позволяющего повысить показатели процесса электрополирования серебра, а именно: 1) стойкость к потускнению, 2) выравнивание поверхности, проявляющееся в увеличении относительного сглаживания высоты микронеровностей - ΔRa=(Ra_нач.-Ra_кон.)/Ra_нач. и в уменьшении микрошероховатости и 3) отражательную способность поверхности.

Поставленная задача достигается путем создания электролита электрополирования серебра, включающего следующие компоненты (г/л):

роданид калия (KSCN) или натрия (NaSCN)	-300-400
глицерин (С₃Н₈О₃)	-20-40
этиловый спирт (С₂Н₅ОН)	-1,7-6,7
каптакс (C₆H₄SNCSH)	-0.5-1.5
вода	до 1 литра
плотность тока, А/дм²	-60-80
длительность импульса, с	-0.5-1.0
скважность	-5-10

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый электролит отличается от него введением новых компонентов, а именно глицерина, этилового спирта и каптакса.

Роданид натрия, ГОСТ 10643-75, химическая формула NaSCN, температура плавления 287°С, растворимость 166 г в 100 г воды при температуре 25°С и 225 г в 100 г воды при температуре 100°С 100 мл воды [Справочник химика, том.2, Л.: Химия, 1964].

Роданид калия, ТУ 264311-019-45225481-01, химическая формула KSCN, температура плавления 173.2°С, растворимость 217 г в 100 г воды при температуре 20°С и 670 г в 100 г воды при температуре 100°С [Справочник химика, том.2, Л.: Химия, 1964].

Глицерин, ТУ 264311-025-45225481-01, химическая формула C₃H₈O₃ плотность 1.2641 г/см³, температура плавления 20°С, растворимость в 100 мл воды равна бесконечности [Справочник химика, том. 2, Л.: Химия, 1964].

Спирт этиловый технический ректификованный, ГОСТ 18300-87, химическая формула C₂H₅OH, плотность 0.7813 г/см³, температура плавления -114,6°С, растворимость в 100 мл воды равна бесконечности [Справочник химика, том.2, Л.: Химия, 1964].

Каптакс (2-меркаптобензтиазол), ГОСТ 739-74, химическая формула С₆Н₄SMCSH, температура плавления 132°С, не растворим в воде, труднорастворим в эфире, растворяется в горячем этиловом спирте [Справочник химика, том.2, Л.: Химия, 1964].

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1.

Для приготовления 1 литра электролита 400 г роданида калия растворяли в воде при температуре 20-25°С, добавляли 40 г глицерина в виде раствора в теплой воде, затем добавляли горячий спиртовой раствор каптакса, содержащий 4,2 г этилового спирта и 1 г каптакса. Затем объем полученного раствора доводили до 1 литра.

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

Таблица 1
состав электролита, г/л	номера электролитов
	1	2	3	4
				прототип
роданид калия или натрия	400	350	300	300
глицерин	40	30	20	-
каптакс	1	1.5	0.5	-
этиловый спирт	4,2	6,7	1,7	-

Процесс электрополирования проводился в ячейке объемом 50 мл при перемешивании. В качестве катода использовали медную пластинку площадью 3 см², а в качестве анода серебряный дисковый электрод площадью 0.12 см².

Режим полирования

температура, °С	20-25
плотность тока в импульсе, А/дм²	60-80
длительность импульса, с	0.5-1.0
скважность	5-10

Для увеличения скорости обработки и повышения качества обработанной поверхности целесообразно проведение процесса электрополирования серебра в импульсном режиме в диапазоне длительностей импульсов 0,5-1 с.

Для характеристики качества поверхности измеряли шероховатости (высоту микронеровностей) и отражательную способность поверхности электрода до и после процесса полирования. Для установления оптимальной концентрации глицерина в растворе электрополирования серебра исследовали зависимость шероховатости поверхности от концентрации органического компонента. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таким образом, из представленной таблицы видно, что введение глицерина, этилового спирта и каптакса в электролит для электрополирования серебра позволяет улучшить состояние поверхности, а именно: повысить стойкость к потускнению в атмосфере, содержащей соединения серы (время до начала потускнения увеличивается в 3-4 раза), значительно улучшить качество обработанной поверхности (увеличить величину относительного сглаживания поверхности в 1,30-1,44 раза и уменьшить величину шероховатости в 2,67-3,20 раза) и повысить (в 1,25 раза) отражательную способность обработанной поверхности (ее блеск).

Дополнительными преимуществами электролита по сравнению с прототипом являются: существенное (в 2,2 раза) уменьшение энергозатрат за счет снижения рабочей плотности тока с 70-200 до 60-80 А/дм²; повышение устойчивости электролита - работоспособность электролита увеличивается в 2 раза (корректировка предлагаемого электролита проводится после прохождения через него 4-5 А час/л, в то же время для прототипа эта величина составляет 2-2.5 А час/л).

Таблица 2
Электролит	Стойкость к потускнению, мин	Относительное сглаживание поверхности ΔRa, %	Шероховатость, Ra, мкм	Отражательная способность поверхности, %
По примеру 1	17	86.1	0,062	82.9
По примеру 2	21	83.7	0,071	82.7
По примеру 3	15	77.1	0,075	85.9
Прототип	5	59.6	0,20	68.7

Электролит для электрополирования серебра, включающий роданид калия или натрия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит глицерин, этиловый спирт и каптакс при следующем соотношении компонентов, г/л:

Роданид калия или натрия	300-400
Глицерин	20-40
Этиловый спирт	1,7-6,7
Каптакс	0,5-1,5
Вода	До 1 л

Изобретение относится к области электрохимических методов финишной обработки поверхностей, а именно к способам электрохимического полирования поверхностей металлов.

Раствор для электрохимической обработки металлов // 498371

Способ электролитического фрезерования соединительных окон внутренних каналов в деталях из алюминия и его сплавов // 110679

Способ обработки поверхности металлов // 2550436

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электротехнической промышленности, в приборостроении и для декоративных целей при производстве товаров народного потребления. Способ характеризуется тем, что анод из серебра и серебряных сплавов и металлический катод погружают в электролитическую ванну и на них подают напряжение 280-370 В при анодной плотности тока 0,4-0,8 A/см2 и при температуре водного раствора электролита 20-40 °С, при этом в качестве электролита используют водный раствор, содержащий хлористый аммоний, аммоний лимоннокислый и винную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлористый аммоний 3-10; аммоний лимоннокислый 2-6; винная кислота 1-3; вода остальное. Технический результат заключается в полировании серебряной или серебросодержащей детали - анода и получении оксида серебра на поверхности катода.

Раствор электролита и электрохимические способы модификации поверхности // 2561549

Изобретение относится к области электрохимической обработки заготовок из цветных металлов, а именно к используемому для обработки водному раствору электролита. Раствор электролита содержит лимонную кислоту с концентрацией в диапазоне от 1,665 г/л до 982 г/л, гидродифторид аммония с концентрацией от 2 г/л до 360 г/л и не более 3,35 г/л сильной кислоты. Обработка поверхности заготовки включает подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, регулирование температуры ванны меньше или равной 85°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну и пропускание через ванну тока менее чем 255000 ампер на квадратный метр. Изобретение позволяет использовать водный раствор электролита для обработки различных цветных металлов, при этом электролит является экологически безопасным и не создает опасных отходов. 6 н. и 23 з.п. ф-лы, 12 ил., 9 табл.

Способ декоративного электрохимического анодирования поверхности серебра // 2643290

Изобретение относится к области электрохимических методов обработки металлических поверхностей, в том числе декоративной обработки. Способ включает обработку поверхности серебра в водном растворе тиосульфата натрия Na2S2O3×5H2O - 790 г/л при температуре 35±2 °C при использовании импульсных униполярных и биполярных токов прямоугольной формы следующих амплитудно-временных параметров: tимп=0,1-10,0 мс, tотр.имп=0,1-10,0 мс, длительность задержки импульса тока отрицательной полярности tз=0,1-10,0 мс, tпаузы=0,1-10,0 мс, амплитудная плотность тока в импульсе положительной полярности iимп=0-5 А/см2, амплитудная плотность тока в импульсе отрицательной полярности iотр.имп=0-5 А/см2 и продолжительность обработки 0,5-15,0 минут, причем ток является униполярным, когда ioтp.имп=0. Технический результат – формирование устойчивых к внешним воздействиям окружающей среды пассивных декоративных пленок на поверхности сплава серебра 925 пробы. 3 ил.