Регион:

Состав электролитов цинкования и их режимы


Защитные свойства цинкового покрытия определяются не его средней толщиной на всей поверхности изделий, а фактической толщиной на том или ином участке и степенью его равномерности и целостности. Поэтому основная характеристика электролита при цинковании - рассеивающая способность.

Виды электролитов

Для осаждения цинка разработано большое количество электролитов как кислых, так и щелочных. Из кислых электролитов следует отметить:

  • сернокислые и борфтористоводородные.

А из щелочных электролитов:

  • цианистые и нецианистые. К ним относятся цинкатные, пирофосфатные и аммиакатные. Последние могут иметь и слабокислую реакцию.

Основное различие между ними - это низкая рассеивающая способность кислых и высокая рассеивающая способность щелочных электролитов. Промышленное применение из кислых электролитов нашли сернокислые электролиты, из щелочных -цианистые, а также их заменители - аммиакатные.

Для цинкования используют аноды из металлического цинка в форме вальцованных пластин толщиной 5-12 мм различных размеров или сферические аноды диаметром 50 мм. Во избежание загрязнения электролита аноды необходимо помещать в чехлы из кислотостойкой ткани (стеклоткань, шерсть). Аноды следует периодически очищать травлением или щетками. Сферические аноды более целесообразны, так как имеют равномерный износ и позволяют легко регулировать глубину погружения.

Кислые электролиты имеют плохую рассеивающую способность. Кроме того, покрытия, полученные в кислых электролитах, обладают более грубой структурой и меньшей коррозионной стойкостью, чем покрытия, полученные в щелочных электролитах. В то же время кислые электролиты устойчивы, допускают применение высокой плотности тока, особенно при перемешивании и высоком (близком к 100 %) выходе цинка по току. Покрытия имеют светлый цвет, характеризуются повышенной пластичностью, прочным сцеплением с основным металлом и могут выдержать различную механическую обработку. Поэтому кислые электролиты широко используют для нанесения покрытий на малорельефные изделия, а также полуфабрикаты - листы, проволоки, полосы.

Сернокислые электролиты отличаются простотой состава, низкой стоимостью компонентов и хорошим качеством покрытий даже при больших изменениях состава электролита и режима его работы. Так, температурный режим электролита колеблется в пределах 15-30 °С, а практически сернокислые электролиты позволяют вести осаждение цинка даже при температурах около 0 °С и ниже.

Для составления сернокислого электролита требуются следующие материалы:

  1. Сернокислый цинк ZnSО4*7Н2О - белый кристаллический порошок, растворимость в воде при 20 °С - свыше 900 г/л;
  2. Сернокислый натрий Na24*10Н2О - бесцветные кристаллы, растворимость в воде при 20 °С - более 400 г/л. Вводится для повышения электропроводности электролитов;
  3. Сернокислый алюминий Аl2(SО4)3*18Н2О - бесцветная кристаллическая масса, растворимость в воде при 20 °С около - 50 г/л. Применяется как буферное соединение для поддержания рН на заданном уровне;
  4. Пекстрин - желтый порошок, растворимый в воде с образованием клейкого мутного раствора. Применяется для создания мелкокристалличности покрытия. Качество и эффективность добавки следует проверять, растворением отдельной пробы в опытной ванночке;

При составлении сернокислого электролита желательно каждый из компонентов растворять в отдельности в теплой воде. После отстаивания и фильтрации растворы сливают вместе в рабочую ванну цинкования. Затем электролит доливают водой до заданного уровня и проверяют величину рН, корректируя ее 2-3%-ным раствором серной кислоты или едкого натра. После этого прорабатывают электролит на случайных катодах до получения светлых и гладких покрытий и приступают к его эксплуатации.

Некоторые составы кислых электролитов представлены в табл. 5.7.

Сернокислый электролит номер 1 предназначен для деталей простой конфигурации, позволяющий получать светлые матовые покрытия. Электролит номер 2 пригоден для непрерывного цинкования проволоки или ленты, с повышением плотности тока до 8-10 А/дм2. Следует иметь ввиду, что при плотности тока более 2 А/дм2 обработку производят при перемешивании и фильтрации электролита. При введении в электролит блескообразователей типа дисульфонафталиновой кислоты покрытия (электролит номер 3) получаются очень светлые, блестящие или полублестящие.

Из кислых электролитов следует для отдельных работ рекомендовать борфтористоводородный. По стоимости компонентов он дороже сернокислого, но позволяет применять плотности тока от 10 и выше А/дм2, а насыщение водородом и, следовательно, водородная хрупкость в несколько раз ниже, чем при цинковании в других электролитах. Для электролита характерен следующий состав (г/л) и режимы:

  • цинк борфтористоводородный - 280-300;
  • аммоний борфтористоводородный - 28-30;
  • аммоний хлористый - 28 30;
  • солодковый корень - 0,5-1,0;
  • кислота борфтористоводородная (свободная) вводится для достижения кислотности на уровне рН - 1,4-2;
  • температура, °С - 15-25;
  • плотность тока доходит, А/дм2 - до 10;
  • температура, °С - 50-55;
  • плотность тока, А/дм2 - до 50.

Таблица 5.7. Составы и режимы работы электролитов.

Компоненты

Содержание компонентов (г/л) в электролите

1

2

3

Сернокислый цинк

200-250

400-500

200-250

Сернокислый натрий

50-100

50-100

-

Сернокислый алюминий

20-30

20-30

25-30

Декстрин

8-10

8-10

8-10

Борная кислота

-

-

25-30

Блескообразователь ДЦУ и У2

-

-

1,5-2,5

Температура, °С

15-30

15-30

15-30

Величина рН

3,6-4,4

-

4,0-4,2

Плотность тока, А/дм2

1-4

8-10

1-3

Выход по току

96-98

96-98

-

При указанных режимах выход по току составляет около 90 %.

Щелочные электролиты обладают хорошей рассеивающей способностью, а покрытия, полученные в этих электролитах, - более высокой коррозионной стойкостью. Однако щелочные электролиты менее устойчивы, допустимая плотность тока в них ниже, и с повышением ее заметно снижается выход цинка по току. Такие электролиты применяют для цинкования изделий сложной формы. По составу щелочные электролиты подразделяются на цианистые, аммиакатные и цинкатные.

Цианистые электролиты

Цианистые электролиты обладают высокой рассеивающей способностью и служат для цинкования изделий сложной формы в стационарных, колокольных и барабанных ваннах. Сами покрытия получаются светлыми, гладкими и отличаются мелкокристаллической структурой. В настоящее время существует несколько вариантов их составов, но все они состоят из трех обязательных компонентов: окиси цинка, цианистого натрия и едкого натра, которые сочетаются между собой в различных соотношениях, образуя сложные комплексные соединения. Кроме того, они могут отличаться различными добавками, способствующими получению светлых, блестящих или полублестящих покрытий.

Однако следует иметь в виду, что цианистые электролиты очень ядовиты, и обращаться с ними необходимо очень осторожно. Токсичность их повышается, если в электролите мало едкого натра, в результате чего образуется синильная кислота - сильнейший яд.

Для составления цианистых электролитов требуются следующие химикаты:

  • Окись цинка ZnO;
  • Цианистый натрий NaСN - белый порошок, растворимость в воде до 600 г/л. Весьма ядовит. При составлении электролитов применяется только в предварительно растворенном состоянии. Служит для получения комплексной соли Na2Zn(СN)4;
  • Едкий натр NaОН;
  • Глицерин технический - вязкая прозрачная жидкость, применяется для повышения мелкокристалличности осадков цинка;
  • Сернистый натрий Na2S - белая кристаллическая масса, легко растворимая в воде, имеет характерный запах. Вводится в электролит для осаждения тяжелых металлов - меди, свинца и железа.

При составлении электролита сухую окись цинка замешивают водой до сметанообразного состояния и затем вводят в раствор цианистого натрия. После этого приливают крепкий раствор едкого натра, доводят электролит водой до рабочего уровня и вводят добавку глицерина. Сернистый натрий добавляют в последнюю очередь и дают осесть возможному осадку тяжелых металлов, затем приступают к эксплуатации.

Составы и режимы работы наиболее применяемых электролитов приведены в табл. 5.8.

Покрытия, полученные в электролите номер 1 после осветления в 3%-ном растворе азотной кислоты и пассивирования в 5%-ном растворе хромового ангидрида, становятся блестящими и не оставляют следов от захвата руками. Электролит 2 предназначен для получения светлых матовых покрытий, создающих после пассивирования на поверхности яркую радужную пленку. Электролит 3 характеризуется высокой рассеивающей способностью и особо пригоден для колокольных и барабанных ванн.

Для замены токсичных цианистых электролитов разработаны и используются аммиакатные, аммиакатно-уротропиновые, цин-катные, пирофосфатные и другие электролиты. Они не ядовиты, просты по составу и дешевы, обладают высокой электропроводностью и хорошей рассеивающей способностью цианистых электролитов. Выход цинка по току в них значительно выше, чем в цианистых.

Наиболее высокой рассеивающей способностью, приближающейся к цианистым электролитам, отличаются аммиакатные, в частности аммиакатно-уротропиновые электролиты. Для приготовления таких электролитов необходимы следующие основные химикаты:

  • хлористый аммоний NH4Cl технический - белый кристаллический порошок, растворимость в воде - до 300 г/л. Горячий крепкий раствор хлористого аммония переводит окись цинка в растворимые комплексы;
  • окись цинка ZnO - может быть заменена сухими цилковыми белилами. Белый порошок, нерастворимый в воде, но растворимый в концентрированных растворах цианистого натрия, едкого натра, а также в горячих концентрированных растворах хлористого аммония и сернокислого аммония;
  • уксуснокислый аммоний - белый кристаллический порошок.

Таблица 5.8. Составы и режимы цианистых электролитов.

Компоненты

Содержание компонентов (г/л) в электролите

1

2

3

Окись цинка

10-20

40-45

8-10

Цианистый натрий

20-30

75-85

15-25

Едкий натр

50-70

40-60

10-25

Сернистый натрий

0,5-5,0

-

-

Глицерин

0,5-1,0

-

-

Температура, °С

15-40

15-25

15-25

Плотность тока, А/дм2

1-2

1,5-7

0,5-2

Выход по току, %

80-83

75-80

70-80

Для приготовления электролита необходимо подогреть концентрированный раствор хлористого аммония до 60-70 °С и прибавить к нему при непрерывном помешивании окись цинка или гидрат окиси цинка. После растворения соединений цинка в растворе хлористого аммония и образования комплексных солей цинка в полученный раствор вводят остальные компоненты, доводят водой до рабочего уровня и устанавливают правильную величину рН. При этом если величина рН получилась менее 7, то корректировку рН производят водным раствором аммиака, а при рН = 8,5 и выше эту величину доводят до заданной раствором уксусной кислоты. После этого электролит следует проработать на случайных катодах.

Один из таких электролитов имеет следующий состав (г/л) и режим работы:

  • окись цинка - 25-40;
  • хлористый аммоний - 200-220;
  • уксуснокислый аммоний - 80-100;
  • уротропин - 20-25, диспергатор НФ, мл/л - 6-8;
  • препарат ОС-20 - 4-5;
  • температура, °С - 20-35;
  • величина рН - 7,5-8,2;
  • плотность тока, А/дм2 - 1-3.

Следует отметить, что электролиты на основе хлористого аммония содержат агрессивный ион хлора. Поэтому промывка деталей в воде (после цинкования) должна быть тщательной, особенно для деталей со сложным профилем, глухими отверстиями и щелевыми зазорами. Пренебрежительное отношение к операции промывки может привести к ускоренной коррозии.

Основной недостаток аммиакатных электролитов - наличие в сточных водах солей аммония, которые недопустимы по требованиям санитарии (допускается не более 2,5 мг/л). В связи с этим применение аммиакатных электролитов в отличие от цинкатных сокращается.

Основу цинкатных электролитов составляют окись цинка и едкий натр. Ориентировочный состав такого электролита (г/л) и режим работы следующие:

  • окись цинка - 15-16;
  • едкий натр - 150-160;
  • полиэтиленполиамин - 1,2-1,6;
  • температура, °С - 15-25;
  • плотность тока, А/дм2 - 2,0-3,0;
  • выход по току, % - 90-95.

Электролит допускает колебания температуры с перегреванием его до 40-50 °С. Для сложнопрофилированных деталей в электролит вводится добавка фенолформальдегидной смолы. Приготовление электролита не имеет специфических особенностей.

Пирофосфатный электролит получил наименьшее распространение, но рассеивающая способность его достаточно высока. Его основу составляет пирофосфорнокислый натрий Na4Р2О7*10Н2О и фосфорнокислый аммоний двузамещенный (NН4)2НРО4. Состав электролита (г/л) и его режим работы следующие:

  • пирофосфорнокислый натрий - 180-200;
  • сернокислый цинк - 50-60;
  • фосфорнокислый аммоний двузамещенный - 16-20;
  • декстрин - 3,0-5,0;
  • температура, °С - 50-55;
  • величина рН - 8,0-8,5;
  • катодная плотность тока, А/дм2 - 1,0-3,0;

Электролит пригоден для деталей средней конфигурации.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments