Никелевые покрытия - Гальванотехника

Одним из перспективных направлений современной гальванотехники является создание композиционных электролитических покрытий (КЭП). КЭП получают при совместном осаждении металла с частицами различного размера и вида, что позволяет получать покрытия с новыми свойствами: увеличить микротвердость и износостойкость, уменьшить пористость. Данные по влиянию алмаза различных модификаций в КЭП на его свойства широко представлены в литературе. Интерес представляет изучение механизма соосаждения металла со второй фазой.
Цель работы – изучить кинетические особенности разряда и ионизации никеля в тартратном электролите никелирования без и в присутствии ультрадисперсных алмазов.
Концентрация Ni2+ в электролитах варьировалась в диапазоне 0,25−1 моль/дм3, сегнетовой соли 0,1−0,3 моль/дм3. Необходимое значение рН электролитов устанавливали концентрированной H2SO4 или NaOH.
Электрохимические исследования осуществляли с помощью потенциостата IPC-Pro-M в стандартной трехэлектродной ячейке ЯСЭ-2. Электрод сравнения – насыщенный хлорсеребряный. Значения потенциалов пересчитывали в шкалу стандартного водородного электрода. Температура поддерживалась с помощью жидкостного термостата 5ОК-20/0.05-03 с точностью поддержания температуры ± 0,5 °С. Анодами служила никелевая лента толщиной 1,5 мм из металлургического никеля марки Н0. Величину выхода по току определяли гравиметрическим методом. В качестве инертной фазы использовали 5 % раствор УДА (НПЗАО «СИНТА», РБ). Для поддержания частиц во взвешенном состоянии при введении очередной порции частиц УДА перед каждым электролизом осуществляли ультразвуковую обработку раствора.
При низком содержании тартрат-иона (0,1−0,2 моль/дм3) на катодных поляризационных кривых наблюдаются перегибы, что вероятно связано с подщелачиванием прикатодного слоя и вследствие этого изменением природы разряжающихся частиц. Увеличение температуры с 30 до 70 °С на поляризационных кривых наблюдаются перегибы при более высоких плотностях тока, область перемещается соответственно с 0,04 А/см2 до 0,07 А/см2, что расширяет область рабочих плотностей тока. При плотности тока 0,05 А/см2 наблюдается уменьшение поляризации на 0,5 В. Авторы отмечают высокую катодную поляризацию тартратных электролитов по отношению к прочим гомологам, которую связывают с образованием более прочных комплексов никеля. При нагреве раствора до 60 °С сегнетова соль разлагается.
Увеличение концентрации тартрат-иона с 0,1 до 0,2 моль/дм3 при концентрации никеля 1,35 моль/дм3 практически не меняет ход поляризационной кривой, при концентрации 0,7 моль/дм3 наблюдается сдвиг в катодную область на 0,3 В при 0,05 А/см2, что свидетельствует об образовании комплексов в данном электролите.
Следует ометить, что подбирая оптимальный состав и используя в качестве буферной и комплексообразующей добавки сегнетову соль, а не винную кислоту удалось найти соотношения, позволяющие осаждать никелевые покрытия с выходом по току до 85−100 %. В то время как при использовании винной кислоты и ее гомоголов ВТк не превышал 60 %.
Повышение значения рН раствора также способствует увеличению выхода по току до 98 % (Ni2+ 1 моль/дм3, тартрат-ион 0,3 моль/дм3). Однако при таком значении рН раствор нестабилен, вероятно вследствие невысокой растворимости сегнетовой соли (63 г на 100 г воды). Повышение концентрации тартрат-иона уменьшает катодный выход по току на 10-15 % при концентрации никеля 0,7 моль/дм3 и на 20-25 % при концентрации 1 моль/дм3. Повышение температуры не оказывает значительного влияния ни на выход по току, ни на качество покрытия. Наиболее оптимальные составы тартратных электролитов: 0,7 моль/дм3 Ni2+ 0,2 моль/дм3 тартрат-ион и 1 моль/дм3 Ni2+ 0,1 моль/дм3 тартрат-ион. Электролит с концентрацией никеля 0,25 моль/дм3 использовать нецелесообразно вследствие низкого выхода по току (до 50 %).
Из всех электролитов осаждаются светло-серые покрытия с небольшим блеском. Понижение выхода по току, как правило, не сказывается на качестве покрытия, иногда по краям появляется шелушение и при активном выделении водорода – питтинг или полосы.
На анодных кривых в тартратных электролитах наблюдается один пик окисления в области потенциалов 0,1−0,5 В. При увеличении температуры в электролите с низким содержанием никеля 0,25 моль/дм3 на анодной кривой наблюдается небольшой пик окисления в области потенциалов ~0,1 В, что вероятно связано с образованием NiO, при этом анодная поляризация уменьшается на 0,5 В при увеличении температуры на 40 °С (с 30 до 70 °С) при плотности тока 0,05 А/см2. При температуре 60-70 °С пик окисления отсутствует. В более концентрированных составах пик окисления лежит в области 0,08−0,15 В и до плотности тока 0,05 А/см2.
Влияние концентрации тартрат-иона и никеля на анодные поляризационные кривые на никелевом электроде при температуре 20 °С представлено на рисунке 1,а.
Рисунок 1 – а – Влияние концентрации никеля (0,25; 0,7; 1,35 моль/дм3) и тартрат-иона (0,1; 0,2 моль/дм3) на анодные поляризационные кривые на никелевом электроде при температуре 20 °С; б – Циклические вольтамперные кривые из электролита с концентрацией Ni2+ 0,25 моль/дм3, тартрат-иона 0,1 моль/дм3 и УДА (0−2 г/дм3) на никеле при скорости развертки 5 мВ/c.
Увеличение концентрации тартрат-иона (рисунок 1, а) уменьшает пик окисления на 0,005 А/см2 при концентрации никеля 0,25 моль/дм3 и на 0,03 А/см2 при концентрациях никеля 0,7 и 1,35 моль/дм3, что способствует увеличению анодного выхода по току (таблица 3.16). Влияние УДА на поляризационные кривые никеля представлено на рисунке 1, б.
Пик окисления находится в области потенциалов 0,3 В, что совпадает с данными полученными в отсутствие УДА при аналогичных концентрациях всех компонентов.
Катодные поляризационные кривые в присутствии УДА в тартратных электролитах сдвигаются в электроотрицательную область на 0,2-0,3 В.
По поляризационным кривым, построенным в полулогарифмических координатах, рассчитаны основные кинетические параметры разряда и ионизации никеля (таблица 1).
Таблица 1 – Кинетические параметры никеля.
tart |
Ni2+ 1 моль/дм3 |
||||||
- |
Катодный участок, В |
Анодный участок, В |
io, A/м2 |
αк |
|||
T,°C |
а |
b |
a |
b |
|||
0,1 |
20 |
-0,394 |
0,168 |
-0,203 |
0,110 |
4,5∙10−3 |
0,17 |
50 |
-0,306 |
0,147 |
-0,276 |
0,126 |
8,3∙10−3 |
0,22 |
|
0,2 |
20 |
-0,430 |
0,144 |
-0,179 |
0,112 |
1,1∙10−3 |
0,20 |
50 |
-0,280 |
0,154 |
-0,217 |
0,106 |
1,5∙10−2 |
0,21 |
|
- |
сУДА, г/л |
а |
b |
a |
b |
io, A/м2 |
αк |
0,2 |
0,01 |
-1,198 |
0,212 |
-0,201 |
0,333 |
2,4∙10−3 |
0,09 |
0,2 |
0,5 |
-1,660 |
0,520 |
-0,273 |
0,456 |
2,2∙10−3 |
0,06 |
0,2 |
2 |
-0,721 |
0,798 |
-0,324 |
0,226 |
2,3∙10−3 |
0,13 |
Коэффициент а изменяется незначительно от 0,34 до 0,62. Коэффициент b реакции восстановления никеля в уравнении Тафеля находится в интервале от -0,12 до 0,33 В, что свидетельствует о замедленности стадии переноса электрона. При введении УДА увеличивается значение коэффициента b, что свидетельствует о смене лимитирующей стадии.
Установлено, что на кинетику разряда и ионизации никеля значительное влияние оказывают соотношения концентраций основных компонентов, ультрадисперсные алмазы оказывают влияние на процесс восстановления никеля.
Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:- Металлопрокат. Оцинкованный профиль
- Электрохимическое осаждение покрытий висмут-медь
- Требования к методам обработки металла перед изготовлением
- Оцинкованный металлопрокат – применение и преимущества
- Цинковые покрытия и их совместимость