Электролит для электроосаждения кадмия
Владельцы патента RU 2338814:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области электроосаждения металлических покрытий на сталь для защиты от коррозии. Электролит содержит, г/л: сульфат кадмия 40-60, серная кислота 20-40, экстракт крахмалопаточный 10-15, N,N′-Бис(2-окси-1-нафтилиден)-n-хлоранилин хелат никеля 0,7-1,5, α-толуиловый альдегид 0,5-1,0. Технический результат - снижение наводороживания стали, которое приводит при кадмировании к появлению водородной хрупкости и снижению пластичности металла. 2 табл.
Изобретение относится к области электроосаждения гальванических защитно-декоративных металлических покрытий.
Известен сульфатный электролит кадмирования, содержащий сульфат кадмия 40-60 г/л, сульфат аммония 240-260 г/л, диспергатор НФ-6 50-100 мл/л, уротропин 15-20 г/л, препарат ОС-20 0,7-1,2 г/л. Электролит позволяет получать светлые матовые осадки кадмия при плотностях тока 0,5-1,5 А/дм2, с выходом по току 96-83% (Каданер Л.И. Справочник по гальваностегии. Киев: Техника, 1976, стр.124).
В указанном сульфатном электролите утрачено одно из основных достоинств электролитов на основе простых солей - их высокая производительность. Не удается получить и блестящие кадмиевые покрытия.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и полученным результатам является электролит кадмирования по авторскому свидетельству СССР №344025 (МКИ С25D 3/00).
В этом электролите, компонентами которого являются сульфат кадмия 45-60 г/л, серная кислота 20-15 г/л, кислые смолки (отход коксохимической промышленности) 30-55 г/л, экстракт крахмалопаточный (отход производства крахмала кукурузного) 10-15 г/л, катодная плотность тока может быть значительно увеличена до 3-5 А/дм2, что делает этот электролит одним из наиболее производительных в области кадмирования. В электролите получают блестящие мелкокристаллические кадмиевые покрытия с хорошим сцеплением с основой, катодный выход по току 76-81%, рассеивающая способность 27% (у предыдущего сульфатного 19%). Однако в электролите наблюдается заметное наводороживание покрытий и стальной основы, что препятствует применению его в тех случаях, когда водородная хрупкость недопустима (например, при кадмировании пружины).
Основная техническая задача, поставленная в предлагаемом изобретении, - снижение наводороживания, возникающего при кадмировании.
Для решения поставленной задачи в сульфатный электролит кадмирования предлагается ввести органические добавки, которые улучшают качество осаждаемых на катоде кадмиевых покрытий и снижают наводороживание стали.
В качестве указанных добавок рекомендуется N,N'-Бис(2-окси-1-нафтилиден)-n-хлоранилин хелат никеля, имеющий следующую структуру:
и α-толуиловый альдегид
Не входящий в отличительный признак электролита крахмалопаточный экстракт представляет собой отход пищевой промышленности, являющийся продуктом, который содержит белковые соединения (более 50%), крахмал (10-30%), жиры (7-8%) и некоторые другие вещества.
Предлагаемый электролит содержит следующие компоненты, взятые в концентрациях, г/л:
| сульфат кадмия | 40-60 |
| серная кислота | 20-40 |
| экстракт крахмалопаточный | 10-15 |
| N,N'-Бис(2-окси-1-нафтилиден)-n-хлоранилин | |
| хелат никеля | 0,7-1,5 |
| α-толуиловый альдегид | 0,5-1,0 |
Кадмирование проводят при плотностях тока 1-5 А/дм2, температуре 18-25°С, продолжительность электролиза от 15 до 60 мин.
При указанных концентрациях компонентов и условиях электролиза получают блестящие осадки кадмия, отличающиеся мелкокристаллической структурой, пластичностью и хорошим сцеплением с основой. Рассеивающая способность электролита составляет 21% (при 2 А/дм2) и 29% (при 5 А/дм2), катодный выход по току 80-95%.
Электролит приготавливают следующим образом: в 500 мл серной кислоты с концентрацией вдвое больше, чем указано выше, растворяют альдегид, а затем хелат никеля при энергичном перемешивании. В 400 мл воды растворяют сульфат кадмия, в 90-100 мл воды - экстракт крахмалопаточный, а затем сливают при перемешивании полученные растворы.
Осаждение кадмия проводилось на стальную проволоку и плоские образцы (марки ПП), которые предварительно обезжиривали венской известью. Для определения наводороживания образцы скручивались до излома на машине К-5. Опыт проводили в 5-10 кратной повторности.
Число оборотов некадмированного проволочного образца до излома принималось за 100% (полное сохранение пластичности, то есть отсутствие наводороживания).
Число оборотов до излома n после кадмирования характеризует наводороживание образца в результате кадмирования: чем меньше n, тем больше водородная хрупкость стали. Тогда 100-n характеризует остаточную пластичность образца. Таким образом, чем больше величина (100-n), тем эффективнее защита от наводороживания.
В таблице 1 приводятся составы электролитов, использованных для кадмирования. Под номерами 1 и 2 фигурирует известный электролит, номера 3-5 относятся к предлагаемому электролиту, под номером 6 представлен электролит только с добавкой экстракта крахмалопаточного.
| Таблица 1 | ||||||
| Состав электролитов кадмирования | ||||||
| Состав | Номер электролита | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| CdSO4 | 45 | 20 | 45 | 60 | 60 | 60 |
| H2SO4 | 20 | 50 | 20 | 50 | 40 | 50 |
| ЭКП | 10 | 15 | 10 | 15 | 20 | 15 |
| Состав, г/л | 30 | 55 | - | - | - | - |
| Альдегид | - | - | 0,5 | 1,0 | 1,0 | - |
| Хелат никеля | - | - | 0,7 | 1,5 | 1,5 | - |
Результаты испытаний образцов на наводороживание в зависимости от состава электролита и режима электролиза приводятся в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Влияние добавок на наводороживание (полная защита 100%) | |||
| Номер электролита | Плотность тока и время электролиза | ||
| 1 А/дм2, 1 ч | 2 А/дм2, 0,5 ч | 5 А/дм2 0,2 ч | |
| 1 | 75% | 77% | 81% |
| 2 | 61% | 69% | 73% |
| 3 | 87% | 90% | 92% |
| 4 | 96% | 97% | 99% |
| 5 | 96% | 99% | 100% |
| 6 | 83% | 85% | 81% |
Рассмотрение результатов позволяет сделать ряд заключений:
1. Наиболее существенное наводороживание образцов при кадмировании наблюдается в электролитах 1 и особенно 2, то есть при максимальной концентрации кислых смолок, которые ответственны за водородную хрупкость образцов при кадмировании в известном электролите (добавка вводилась в электролит для получения блестящих покрытий).
2. В электролите 6, где присутствует только одна добавка, наводороживание меньше, чем в электролитах 1 и 2. Однако образовавшиеся кадмиевые покрытия в электролите 6 теряют блеск, а при 4 А/дм2 становятся темными.
3. В предлагаемом электролите кадмирования наводороживание образцов стали резко снижается вплоть до полного подавления его при плотности тока 4 А/дм2.
4. Таким образом, введение предложенных добавок в электролит кадмирования вместо кислых смолок позволяет решить поставленную техническую задачу.
Электролит для электроосаждения кадмия, включающий сульфат кадмия, серную кислоту и экстракт крахмалопаточный, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавки N,N′-Бис(2-окси-1-нафтилиден)-n-хлоранилин хелата никеля и α-толуиловый альдегид при следующих концентрациях компонентов, г/л:
| сульфат кадмия | 40-60 |
| серная кислота | 20-40 |
| экстракт крахмалопаточный | 10-15 |
| N,N′-Бис(2-окси-1-нафтилиден)-n-хлоранилин | |
| хелат никеля | 0,7-1,5 |
| α-толуиловый альдегид | 0,5-1,0 |
