Способ электролитического осаждения кобальта
Владельцы патента RU 2340709:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к гальваностегии и может быть использовано для получения кобальта электролитическим способом, а также может найти применение в областях техники, в которых предъявляются требования высокой коррозионной стойкости, твердости и магнитных свойств. Способ включает электролиз в нестационарном режиме из электролита, содержащего сульфат кобальта, при этом электролит дополнительно содержит хлорид натрия, борную кислоту и моноэтаноламин, а электролиз ведут при подаче на электролизер импульсного реверсивного тока с частотой 50-100 Гц, амплитудой 10-15 В при соотношении длительностей отрицательного и положительного импульсов как (20-30):(1-5). Технический результат: повышение стабильности электролита и снижение внутренних напряжений. 1 табл.
Изобретение относится к гальваностегии и может быть использовано для получения кобальтовых покрытий электролитическим способом, а также найти применение в областях техники, в которых предъявляются требования высокой коррозионной стойкости, твердости и магнитных свойств. Известен электролит для осаждения кобальтовых покрытий, содержащий хлорид кобальта, хлорид аммония и гексаметилентетрамин. Осаждение ведут на постоянном токе при рН 6-7, температуре 18-25°С и катодной плотности тока 0,5-4,5 А/дм2, скорость осаждения покрытий составляет 10-40 мкм/ч [1].
Недостатком электролита является его неустойчивость. При пропускании 4-5 А-ч/л катод пассивируется, поскольку на его поверхности образуется малорастворимый осадок.
Известен электролит кобальтирования, содержащий хлорид кобальта, аминоуксусную кислоту и гидроксид калия. Электролиз ведут на постоянном токе при рН 9,5-13 и температуре 18-30°С, катодной плотности тока 2-15 А/дм2. В этих условиях получают кобальтовые покрытия из электролита с повышенной рассеивающей способностью [2].
Недостатком электролита является высокая концентрация аминоуксусной кислоты (180-250 г/л), что удорожает электролит, способствует образованию прочных комплексов кобальта и снижению его выхода по току.
Наиболее близким по технической сущности является способ электролитического осаждения кобальта, при котором электролиз осуществляют на ассиметричном переменном токе промышленной частоты при максимальном амплитудном значении тока за катодный полупериод - 10-12 А/дм2 и анодный - 2-5 А/дм2 [3].
Недостатком способа является узкий диапазон рН в щелочной области, что снижает стабильность электролита, повышенная температура электролиза способствует увеличению энергозатрат, а большая концентрация пирофосфата калия удорожает способ кобальтирования.
Задачей заявляемого способа является повышение стабильности электролита и снижение внутренних напряжений.
Технический результат достигается тем, что электролитическое осаждение кобальта осуществляется в нестационарном режиме из электролита, содержащего сульфат кобальта, хлорид натрия, борную кислоту и моноэтаноламин, а электролиз ведут при подаче на электролизер импульсного реверсивного тока с частотой 50-100 Гц, амплитудой 10-15 В при соотношении длительностей отрицательного и положительного импульсов как (20-30):(1-5).
Примеры реализации способа.
Электроосаждение кобальта проводили из электролита состава (г/л): сульфат кобальта - 100, хлорид натрия - 5, борная кислота - 15, моноэтаноламин - 2; рН 2,5; температура 25°С; катодная плотность тока - 5 А/дм2; аноды - из кобальта. Электролиз в нестационарном режиме осуществляли на установке, позволяющей генерировать импульсный реверсивный ток с частотой 50-100 Гц, амплитудой 10-15 В и с поочередным воздействием импульсов тока отрицательного и положительного знаков. Соотношение мощностей катодной и анодной составляющих задавали амплитудами отрицательных и положительных импульсов тока, их частотой следования и длительностью и варьировали, как n(20-30):(1-5).
Качество катодных осадков оценивают по внешнему виду, отражательную способность изучали на фотометре ФМ-58М. Твердость (Hv) катодных осадков (толщиной 10 мкм) измеряют на приборе ПМТ-3. Нагрузка на индикатор составляла 50 и 100 г. Внутренние напряжения (ВН) измеряют методом изгибного катода и пересчитывают в ед. кг/см2.
В предлагаемом изобретении использование в составе сернокислого электролита дополнительно хлорида натрия, борной кислоты и моноэтаноламина, а также проведение электролиза на импульсном реверсивном токе позволяет существенно замедлить процесс образования гидроксида кобальта, который, включаясь в катодный осадок, ухудшает качество покрытий и увеличивает внутренние напряжения в них.
Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в таблице.
| Состав электролита, г/л; режим и результаты электролиза | Примеры | ||||
| Соотношение длительностей импульсов n-/n+ | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 20:1 | 20:2 | 20:5 | 30:1 | 30:5 | |
| Сульфат кобальта | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Хлорид натрия | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Борная кислота | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| Моноэтаноламин | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| pH | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| Температура, °С | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| Максимальное амплитудное значение тока за катодный и анодный период, А/дм2 | 5 | 5 | 5 | 10 | 10 |
| Частота, Гц | 50 | 50 | 100 | 100 | 100 |
| Амплитуда, В | 10 | 10 | 10 | 15 | 15 |
| Выход потока Со, % | 68 | 63 | 43 | 71 | 54 |
| ВН, кг/см2 | 1580 | 840 | 1260 | 1630 | 1330 |
| НV, кг/мм2 | 410 | 350 | 375 | 420 | 380 |
| Стабильность, А·час/л | 2100 | 2500 | 2300 | 1600 | 1900 |
Таким образом, изменение параметров импульсного тока-частоты, амплитуды и соотношения длительностей отрицательного и положительного импульсов, а также проведение электролиза из электролита, содержащего сульфат кобальта, хлорид натрия, борную кислоту и моноэтаноламин, позволяет стабилизировать электролит и снизить внутренние напряжения в кобальтовых покрытиях.
Из таблицы видно, что внутренние напряжения в кобальтовых покрытиях, осажденных на постоянном токе, существенно выше (в 1,6-3 раза), чем в покрытиях, полученных в импульсном реверсивном режиме.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №285435, М Кл. С25d 3/12, 1969.
2. Авторское свидетельство СССР №916612, М Кл. С25d 3/12, 1982.
3. Авторское свидетельство СССР №374382, М Кл. С25b 5.08, 1973.
Способ электролитического осаждения кобальта, включающий электролиз в нестационарном режиме из электролита, содержащего сульфат кобальта, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит хлорид натрия, борную кислоту и моноэтаноламин, а электролиз ведут при подаче на электролизер импульсного реверсивного тока с частотой 50-100 Гц, амплитудой 10-15 В при соотношении длительностей отрицательного и положительного импульсов как (20-30):(1-5).
