ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СЛАБОКИСЛОГО ЭЛЕКТРОЛИТА ЦИНКОВАНИЯ НА СОСТАВ И СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ЦИНКА
Соловьева Н.Д., Пчелинцева Ю.В.
Саратовский государственный технический университет.
Технологический институт. Саратовская обл., г. Энгельс, пл. Свободы, 17.
Тел.: (845-3) 96-35-18, факс (845-3) 96-35-53
Из металлических покрытий в мировой практике наиболее широко применяют цинковые, на которые приходится примерно половина всех покрытий, получаемых электролитически. По объему и номенклатуре, защищаемых от коррозии изделий цинковому покрытию нет равных.
Химические и физико-химические свойства электролитических цинковых покрыти зависят от режима электролиза, состава электролита, в частности, от природы добавок ПАВ. Поэтому задачей настоящего исследования явилось изучение влияния состава хлораммонийного электролита и природы блескообразющих добавок на качество осажденного цинкового покрытия. При осаждении из раствора сульфата цинка образуется светло-серое, матовое, равномерное покрытие с хорошей адгензией. С введением ПАВ покрытие становится темно-серым. Добавка NH4Cl (1,08 моль/л) в электролит, содержащий ZnSO4 и ПАВ, приводит к получению покрытия со слабым блеском. Несмотря на то, что выход по току при осаждении цинка из водного раствора содержащего ZnSO4 без ПАВ и в присутствии ПАВ примерно одинаков (близок к 100%) [1], на покрытии, получаемом из электролита с ПАВ, наблюдалось скопление пузырьков газа, увеличивающееся с ростом толщины осадка. Следует отметить, что при введении добавки NH4Cl изменяется внешний вид покрытия, от полублестящего до блестящего, при увеличении ее концентрации от 1,08 до 2,06 моль/л. Присутствие добавки ПАВ в двухкомпонентном электролите цинкования, содержащим ZnSO4, NH4Cl, придает осадку цинка желтоватый оттенок, который пропадает с ростом концентрации NH4Cl и покрытие становится светло серым. При увеличении длительности электролиза в двухкомпонентных электролитах с добавками ПАВ, также как и в электролитах состава ZnSO4 + ПАВ наблюдается снижение выхода по току [1], за счет выделяющегося водорода и изменяется структура поверхности.
Введение борной кислоты, играющей роль буферной добавки и комплексообразующей добавки, в электролите цинкования приводит к тому, что при рлотностях тока 0,5; 0,8 А/дм2 выход по току выравнивается и лежит в пределах 97-99% . При более высоких плотностях тока (1,0 А/дм2) выход по току зависит от толщины покрытия, что также может свидетельствовать об изменении скорости выделении водорода при наращивании покрытия. Подтверждением этому является изменение состояния поверхности цинкового покрытия осажденного из трехкомпонентного электролита без добавки ПАВ в зависимости от толщины покрытия.
Анализ полученных экспериментальных результатов позволяет рекомендовать для практического использования многокомпонентный электролит содержащий: ZnSO4(0,62 моль/л) + NH4Cl (2,06 моль/л) + H3BO3 (0,16 моль/л) + ПАВ, работающий в диапазоне плотностей тока от 0,5 до 1.5 А/дм2 при температуре 10-29 °С, обладающий максимальным значением рассеивающей способности (РС) от 30 до 36%. Результаты электроосаждения цинка из электролита состава: ZnCl2 (0,29 моль/л) + NH4Cl (3,2 моль/л) + ПАВ, предлагаемого состава сопоставлялись с данными, полученными при электроосаждении цинка из электролита, разработанного фирмой «Коламбия Кемикал Корпорейшн». Как следует из поведенных экспериментальных исследований, катионактивная добавка ПАВ, рекомендуемая фирмой для хлористых электролитов цинкования, может использоваться для электролитов, содержащих ZnSO4 и NH4Cl.
Коррозионные испытания стальных образцов с нанесенным электролитическим цинком из электролита (1) рекомендуемого состава и покрытий из электролита (2)рекомендуемого фирмой «Коламбия Кемикал Корпорейшн» в условиях солевого тумана (ГОСТ 9.308-85 (20 суток)) показали более высокую защитную способность осадков, осажденных из электролита (1).
Состав электролитического цинка, осажденного из электролитов изучаемых составов (табл. 1), анализировался методом вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС).
Таблица 1.
| № п/п |
Состав электролита, моль/л | Режимы электролиза |
| 1 2 3 4 |
ZnSO4 (0,62) ZnSO4 (0,62) + NH4Cl(2,06) ZnSO4 (0,62) + NH4Cl(2,06) + H3BO3(0,16) ZnSO4 (0,62) + NH4Cl(2,06) + H3BO3(0,16) + ПАВ |
i=0,8 А/дм2, t=20 °С, d=5 мкм |
Наибольшее содержание атомарного водорода наблюдается в покрытии, полученном из электролита №4, причем оно возрастает по мере продвижения к подложке. Аналогичная картина наблюдается для покрытия, осажденного из электролита №1 (табл.1). В составе покрытия обнаружен атомарный кислород и ОН- группы, количество которых уменьшается по мере наращивания цинкового покрытия из электролитов №1-№4. Наблюдаемый факт свидетельствует о значительном подщелачивании прикатодного слоя и участии ОН- групп в электроосаждении цинка. В присутствии ПАВ содержание О2- и ОН- уменьшается в глубине покрытия, что может быть связано с адсорбцией ПАВ, их экранированием поверхности, уменьшением площади, на которой происходит электроосаждение цинка.
Исходя из микроструктурного анализа состояния поверхности электрода, учитывая результаты по защитной способности цинкового покрытия, можно рекомендовать электролит состава ZnSO4 0,62М+ NH4Cl 2,06М+ H3BO30,16М+ ПАВ и оптимальную толщину цинка, электролитически осажденного на стальную основу, не превышающую10 мкм.
Литература
1. Пчелинцева Ю.В. Влияние добавки ПАВ на качество электролитического цинка из хлораммонийного электролита / Ю.В. Пчлинцева, Н.Д. Соловьева // Защитные покрытия в машиностороении: Сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. Пенза, 2003-С.7-9.
