Щелочной электролит цинкования
Владельцы патента RU 2444582:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Калужский приборостроительный завод "Тайфун" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения цинковых покрытий на деталях из стали с целью защиты их от коррозии. Щелочной электролит цинкования содержит оксид цинка 5-20 г/л, гидроксид натрия 60-150 г/л, соль алкилтриметиламмония 1-5 г/л, амин или аминоспирт 0,01-0,5 моль/л. В качестве алкилтриметиламмония используют алкилтриметиламмоний хлорид или алкилтриметиламмоний сульфат, в качестве амина используют вещество, выбранное из группы, состоящей из метиламина, этиламина, диметиламина, диэтиламина, этилендиамина, диэтилентриамина, триэтилентетрамина, в качестве аминоспирта используют вещество, выбранное из группы, состоящей из этаноламина, диэтаноламина, триэтаноламина. Технический результат: получение равномерных и светлых покрытий с высоким выходом металла по току в широком диапазоне плотностей тока. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к гальванотехнике, в частности к щелочным электролитам для получения цинковых покрытий электрохимическим способом на деталях из стали с целью защиты от коррозии. Комплексные щелочные электролиты цинкования применяются преимущественно для нанесения высококачественных цинковых покрытий на стальные детали сложной конфигурации. Однако толщина металла покрытия по профилю поверхности деталей существенно отличается от средней расчетной.
Предложено большое количество щелочных электролитов цинкования, в состав которых обязательно входят различные органические добавки, выполняющие функцию поверхностно-активных веществ. (Матулис Ю.Ю., Якобсон С.С. Способ электролитического цинкования. Авт. свид. СССР №240439. Опубл. 1969. Якобсон С.С., Шармайтис P.P., Купетис Г.-К.К., Матулис Ю.Ю. Щелочной электролит цинкования. Авт. свид. СССР №320557. Опубл. 1971. Кудрявцев Н.Т., Чванкин И.В., Трифонов В.И. Водный электролит цинкования. Авт. свид. СССР №496334. Опубл. 1975., Харламов В.И., Кудрявцев В.Н., Якимчук С.Н., Смирнов К.Н., Савицкий A.M., Ваграмян Т.А. Щелочной электролит цинкования. Патент РФ №2063482. Опубл. 1996. Харламов В.И., Никольский М.В., Чугрина Е.Н., Кудрявцев В.Н., Горкуненко Г.В., Вагрямян Т.А., Чижов В.П., Королев Е.В., Полещук Е.И., Плетенев С.С. Электролит для осаждения цинковых покрытий. Патент РФ №2093613. Опубл. 1997.)
Из известных в литературе электролитов наиболее близок к заявляемому по составу электролит, выбранный за прототип, по авторскому свидетельству СССР №496334 (Кудрявцев Н.Т., Чванкин И.В., Трифонов В.И. Открытия. Изобретения. Товарные знаки. Промышленные образцы №47, 1975 г.)
Недостатком известных электролитов является невозможность получения равномерных светлых покрытий в области низких плотностей тока. В частности, на участках деталей, на которых плотность тока ниже 1 А/дм2, покрытия получаются темные (Бушин В.Г., Кудрявцев Н.Т., Ваграмян Т.А., Баева А.И. Электроосаждение цинка из цинкатного электролита при высоких плотностях тока. // Защита металлов, 1978, Т.14, №5, С.623-625. Селиванов В.Н. Особенности электроосаждения цинка из цинкатных электролитов при низких плотностях тока в присутствии катионоактивных поверхностно-активных веществ. Материалы Всероссийской конференции «Электрохимия и экология» / Под ред. Кагана Е.Ш., Смирновой Н.В. Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. (НПИ) - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2008. - С.9).
Настоящее изобретение направлено на создание щелочного электролита цинкования, в котором преодолевались бы недостатки уровня техники.
Задачей изобретения является разработка щелочного электролита цинкования, обеспечивающего получение равномерных светлых покрытий в широком диапазоне плотностей тока, включающем области с плотностью тока ниже 1 А/дм2, и с высоким выходом металла по току.
Поставленная задача достигается тем, что в щелочной электролит цинкования, содержащий оксид цинка, гидроксид натрия, органические добавки и воду, в качестве органических добавок вводят соль алкилтриметиламмония и дополнительно амин или аминоспирт при следующем содержании компонентов (г/л):
| Оксид цинка | 5-20 |
| Гидроксид натрия | 60-150 |
| Соль алкилтриметиламмония | 1-5 |
| Амин или аминоспирт | 0,01-0,5 моль/л |
Новым в щелочном электролите цинкования является то, что в качестве органической добавки применена соль алкилтриметиламмония.
Использование соли алкилтриметиламмония в качестве добавки в щелочные электролиты цинкования ранее неизвестно.
Соль алкилтриметиламмония является четвертичным аммониевым соединением, которое используется в качестве катионоактивного поверхностно-активного вещества (ПАВ). Использование этой добавки и дополнительно амина или аминоспирта в указанных количествах позволяет расширить диапазон получения цинковых покрытий высокого качества, в частности получать светлые цинковые покрытия при плотностях тока от 0,05 до 3 А/дм2 с высоким выходом металла по току.
В качестве соли алкилтриметиламмония рекомендуется использовать алкилтриметиламмонийхлорид (ATM хлорид) или алкилтриметиламмонийсульфат (ATM сульфат).
В качестве амина желательно использовать вещество, выбранное из группы включающей метиламин, этиламин, диметиламин, диэтиламин, этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин.
В качестве аминоспирта желательно использовать вещество, выбранное из группы, включающей этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин.
Выбранные диапазоны концентраций обусловлены тем, что при концентрации ATM менее 1 г/л и амина или аминоспирта менее 0,01 г/л эффект присутствия добавки минимален, а при концентрации ATM более 5 г/л и амина 0,5 г/л дальнейшего увеличения эффекта не происходит.
Для приготовления электролита в нагретый до кипения раствор гидроксида натрия при перемешивании вводят оксид цинка и продолжают нагрев и перемешивание до полного его растворения. В остывший щелочной электролит при перемешивании вводят соль алкилтриметиламмония и амин или аминоспирт и доводят объем до требуемого.
Приготовленный таким образом электролит стабилен в работе и не требует предварительной проработки.
Процесс электроосаждения цинка проводят при катодной плотности тока 0,05-3 А/дм2 и температуре 15-30°С.
Рекомендуемые условия электроосаждения цинка из заявленного электролита: температура электролита 18-30°С, катодная плотность тока 0,05-3 А/дм2.
Аноды используют цинковые марки Ц0 или Ц1.
Примеры реализации заявленного изобретения приведены в табл.1.
Во всех примерах осаждение цинка проводилось в ванне емкостью 1,5 л на образцы из стали толщиной 0,5 мм. Катодный выход металла по току измеряли с помощью медного кулонометра. Диапазон допустимых плотностей тока оценивали с помощью ячейки Хулла емкостью 267 см3 при средней плотности тока 1 А/дм2. Прочность сцепления покрытия с основой определяли методами нагрева и нанесения сетки царапин по ГОСТ 9.302-86.
Из приведенного описания изобретения и примеров следует, что заявленный щелочной электролит цинкования позволяет за счет введения в его состав соли алкилтриметиламмония и дополнительно амина или аминоспирта получать равномерные светлые покрытия цинком в области плотностей тока от 0,05 до 3 А/дм2 с высоким выходом металла по току.
| Таблица 1 | ||||||||||
| № п/п | Компоненты электролита, режимы электролиза, свойства электролита и покрытий | Содержание компонентов, г/л | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | Прототип | ||
| 1 | Оксид цинка, г/л | 8 | 12 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 2 | Гидроксид натрия, г/л | 80 | 100 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 |
| 3 | Соль алкилтриметиламмония, г/л | 1 | 2 | 3 | 3 | 3 | 5 | 5 | 5 | |
| 4 | Амин (этилендиамин), моль/л | 0,01 | 0,05 | 0,1 | 0,5 | |||||
| 5 | Аминоспирт (триэтаноламин), моль/л | 0,01 | 0,05 | 0,1 | 0,5 | |||||
| 6 | Полиэтиленполиамин, г/л | 7,5 | ||||||||
| 7 | Трилон Б, г/л | 15 | ||||||||
| 8 | Фурфурол, мл/л | 2 | ||||||||
| 9 | Диапазон допустимых катодных плотностей тока, А/дм2 | 0,05-3 | 0,05-3 | 0,05-3 | 0,05-3 | 0,05-3 | 0,05-3 | 0,05-3 | 0,05-3 | 0,5-2,5 |
| 10 | Катодный выход металла по току, % | 96,4 | 94,3 | 98,6 | 97,0 | 99,8 | 98,2 | 96,8 | 96,5 | 84 |
| 11 | Прочность сцепления | Отслаивание отсутствует |
1. Щелочной электролит цинкования, содержащий оксид цинка, гидроксид натрия, органические добавки и воду, отличающийся тем, что в качестве органических добавок он содержит соль алкилтриметиламмония и дополнительно амин или аминоспирт при следующем содержании компонентов, г/л:
| оксид цинка | 5-20 |
| гидроксид натрия | 60-150 |
| соль алкилтриметиламмония | 1-5 |
| амин или аминоспирт | 0,01-0,5 моль/л |
2. Электролит по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли алкилтриметиламмония используют алкилтриметиламмоний хлорид или алкилтриметиламмоний сульфат.
3. Электролит по п.1, отличающийся тем, что в качестве амина используют вещество, выбранное из группы, состоящей из метиламина, этиламина, диметиламина, диэтиламина, этилендиамина, диэтилентриамина, триэтилентетрамина.
4. Электролит по п.1, отличающийся тем, что в качестве аминоспирта используют вещество, выбранное из группы, состоящей из этаноламина, диэтаноламина, триэтаноламина.
