Главная | Обратная связь

Покрытия из олова и свинца

 

Олово в контакте со сталью является катодным, так как его потенциал имеет более положительное значение по отношению к железу. Однако в среде органических кислот олово образует комплексные соединения и потенциал его становится более электроотрицательным. В этих средах олово выступает как анод. Покрытия из олова применяют в пищевой промышленности, при изготовлении печатных плат и т.д.

Около 50% добываемого олова расходуется на изготовление белой жести. С целью повышения коррозионной устойчивости про­изводят оплавление оловянных покрытий. Блестящее оловянирование — это нанесение на поверхность металлических изделий блестящего слоя олова. По пористости и коррозионной стойкости они не отличаются от матовых покрытий, но обладают повышенной твердостью [15].

Для оловянирования применяют кислые и щелочные электролиты. Кислые электролиты просты по составу и работают при комнатной температуре. Они применяются для покрытия деталей простой конфигурации. Состав кислого электролита для покрытия оловом (г/л): SnSО₄ — 20÷25; H₂SО₄ — 50÷100; препарат ОС-20 — 2÷5, Температура 15-30° С, плотность тока — 100-200 А/м².

Для покрытия оловом сложных деталей применяют щелочной электролит состава (г/л): Na₂Sn(OH)₆ — 45÷90; NaOH_своб. — 7÷17; CH₃COONa — 15. Температура 60-80°C, плотность тока — 50-200 А/м².

Свинец устойчив в среде серной кислоты и ее соединений. Свинец, как и олово, не может защищать стальные изделия электрохимически. Поэтому применяют свинцовые беспористые покрытия большой толщины (до 300 мкм), которые механически защищают детали из черных металлов в средах, содержащих серную и хромо-кислоты и их соли. Необходимо учитывать высокую токсичность свинца.

Для покрытия изделий свинцом в промышленности применяют борфтористоводородные или фенолсульфоновые электролиты. Осадки хорошего качества получают только в присутствии органических добавок. Состав электролитов (г/л):

 

Борфтористоводородный	Фенолсульфоновый
Pb(BF4)2 — 125-200	Pb(HОC6H4SО3)2 — 170-180
HBF4—40-600	HОC6H4SО3Нсвоб. — 20-25
Клей столярный — 0,5-1,0	Клей столярный — 0,4-0,5

 

Электролиз проводят при температуре 15-30 °С и плотности тока 50-200 А/м².

 

Никелевые покрытия

Покрытие никелем используют для защиты от коррозии и для декоративной отделки деталей. Никель обладает стойкостью на воз­духе, в растворах щелочей и в некоторых кислотах.

Никель в паре с железом является катодом, так как имеет более электроположительный потенциал, чем железо. Никель может защи­щать сталь только механическим путем, следовательно, покрытие не должно иметь пор и должно иметь большую толщину — 20-25 мкм. Существует несколько разновидностей никелевых покрытий.

Никелирование матовое — нанесение на поверхность металли­ческих деталей матового слоя никеля. Основным компонентом элек­тролитов для получения матовых осадков никеля является сульфат никеля. В раствор вводят также сульфат натрия или магния для полу­чения пластичных и полируемых покрытий, а также борную кислоту для поддержания устойчивого значения рН.

Блестящее никелирование используют для защитно-декоративной отделки поверхности. При этом отпадает необходимость полирова­ния покрытия. Блестящий никель можно наносить на детали со слож­ным профилем, он обладает способностью сглаживать неровности. Для получения блестящих покрытий в состав раствора электролита вводят специальные добавки — блескообразователи. Блестящие ни­келевые покрытия обладают пониженной коррозионной стойкостью по сравнению с матовыми покрытиями [16].

Никелирование черное — электролитическое нанесение на по­верхность металлических изделий слоя никеля черного цвета. Такое покрытие используют как с защитно-декоративной целью, так и для уменьшения коэффициента отражения света. Оно нашло приме­нение в оптической промышленности и в некоторых отраслях машиностроения. У черного никеля низкие показатели коррозионной стойкости, пластичности и прочности сцепления с поверхностью. Поэтому применяют предварительное оловянирование или осажде­ние матового никеля. Если применить предварительное цинкование, а затем осадить черный никель, то покрытия приобретают такую же коррозионную стойкость, как если бы они были покрыты толь­ко цинком. Часто черный никель наносят на изделия из меди или латуни.

Применяют также химический способ нанесения никеля на поверхность металлических изделий. Химически восстановленный никель отличается повышенной коррозионной стойкостью и твердостью. Он позволяет получать равномерные по толщине осадки, отличающиеся высокими декоративными свойствами и малой пористостью.

Усовершенствование процессов никелирования идет по пути создания новых электролитов и сплавов на основе никеля. Разработаны новые метансульфоновые растворы, из которых получают пластичные никелевые покрытия с низкими внутренними напряжениями [16].

Многослойные в два-три слоя никелевые покрытия обладают большей коррозионной стойкостью, чем однослойные. Первый слой никеля осаждают из простого никелевого электролита, а 2-й слой из электролита, содержащего серу в составе органических добавок. Потенциал никеля, содержащего серу, имеет более отрицательное значение, чем потенциал никеля без включений серы. Поэтому второй слой электрохимически защищает от коррозии первый слой никеля. Таким образом обеспечивается более высокая защита основного изделия.

Используют также двухслойное покрытие, называемое «сил-никель». Оно состоит из первого блестящего слоя никеля. Второй слой получают из электролита, содержащего в виде суспензии каолин. В ходе электролиза каолин осаждается вместе с никелем и включается в осадок.

Покрытия из сплавов Ni-W используются при изготовлении пуансонов штампов для производства телевизионных трубок. Совершенствуются процессы соосаждения Ni с фторопластом и MoS₂. Введение в матрицу покрытия алмазных и других неметаллических составляющих позволяет существенно повысить твердость и износостойкость никелевых покрытий.

Использование многослойных никелевых покрытий обеспечивает значительную экономию никеля и повышает их эксплуатационные свойства [16].

Хромирование

Хромовые покрытия широко применяют для защиты от коррозии и механического износа различных машин и аппаратов.

Хромовые покрытия бывают защитно-декоративные и функциональные. Хром по отношению к стали является катодом, и при их контакте разрушаться будет сталь. Поэтому хромовые покрытия на стали должны быть сплошными и беспористыми.

Стальные изделия могут быть защищены от коррозии в атмосферных условиях однослойным хромовым покрытием толщиной не менее 40 мкм.

Для деталей из меди и медных сплавов осаждают хром по никелевому подслою. Детали из цинковых, алюминиевых, магниевых сплавов покрывают хромом после нанесения многослойного покрытия.

Основными компонентами электролитов для хромирования явля­ются оксид хрома (VI) Cr₂O₃ и серная кислота. В водном растворе соединения Cr (VI) образуют смесь, состоящую из кислот Н₂Cr₂О₇ и Н₂CrО₄. В растворе эти кислоты находятся в динамическом рав­новесии:

 

2Н₂СгО₄ Н₂Сг₂О₇ + Н₂О

 

При электролизе на катоде одновременно происходит восстановление Сг⁺⁶ до Сг⁺³ и до металлического хрома, а также разряд ионов водорода. Выход по току хрома не превышает 15-25 %. Хромирова­ние — очень сложный процесс. Хром выделяется на катоде только при очень высоких плотностях тока (1000-3000 А/м²). Причем для каждой температуры имеется минимум плотности тока, ниже кото­рого хром не осаждается [17].

Изменяя режим электролиза можно получить блестящие, матовые (серые) или «молочные» осадки хрома. Блестящие осадки имеют наиболее высокую твердость, хорошее сцепление с основным металлом и наименьшую хрупкость. Матово-серые осадки отличаются высокой хрупкостью. Покрытия «молочным» хромом имеют высо­кую твердость, пластичность, значительно меньшую пористость и более высокую защитную способность.

Стальные детали приборов и машин, работающих в жестких условиях эксплуатации, покрывают двумя слоями хрома: нижний — молочный и верхний — блестящий. Это обеспечивает хорошую за­щиту от коррозии и высокую износостойкость при необходимых декоративных качествах.

Хромирование черное применяется для защитно-декоративной отделки деталей, поверхность которых наряду с коррозионной стойкостью должна иметь низкий коэффициент отражения света. По сравнению с другими покрытиями черного цвета черное хромовое покрытие отличается повышенной коррозионной стойкостью. Нано­сят черный хром по подслою молочного или блестящего хрома или никеля. Черные хромовые покрытия состоят на 75% из металлического хрома и на 25 % из оксидов хрома.

Традиционные процессы получения хромовых покрытий из растворов, содержащих соединения Cr (VI), экологически опасны. ПДК для Cr (VI) равно 0,02 мг/л, а для Cr (III) — 0,07 мг/л. В связи с этим отработанные гальвано стойки проходят сложную систему очистки. Первоначально соединения Cr (VI) восстанавливают до Cr (III). Если процесс восстановления проводят химическим путем, то приме­няют бисульфит натрия — NaHSО₃. Для полного восстановления соединений Cr (VI) требуется 5-7-кратный избыток бисульфита и рН = 2÷2,5. В процессе очистки часть NaHSО₃ разлагается с выделением SO₂, что приводит к дополнительному загрязнению атмосферы. Заключительная стадия очистки состоит в подщелачивании раствора до рН = 8,0-8,5 и осаждении Сг(ОН)₃ вместе с другими примесями в осадок.

С целью улучшения экологической ситуации очень привлекательно выглядит идея получения осадков хрома их электролитов, содержа­щих соединения Cr (III). На этом пути возникают трудности, связан­ные с низким рН гидратообразования Cr(ОН)₃, инертностью аквакомплексов , образованием прочных внутриорбитальных комплексов и сложной конструкцией электролизера [17].

Разработанные электролиты на основе соединений Cr (III) не позволяли получить толстые слои. При достижении толщины в несколько микрон выделение хрома прекращается. Введение в раствор слабых лигандов, таких как муравьиная или малоновая кислоты, а также ряда добавок позволяет получать толстые осадки хрома (до 100-200 мкм). Использование новых электролитов дало возмож­ность проводить осаждение хрома с выходами по току до 25-45 % и скоростью 0,8-1,6 мкм/мин вне зависимости от времени.

В процессе электролиза растворов, содержащих ионы Сг³⁺, со­единения Cr (VI) оказывают вредное влияние. Это требует усложнения конструкции электролизера и разделения диафрагмой или мембраной анодного и катодного пространства, так как шестивалентные ионы хрома (Сr⁶⁺) в основном образуются в результате химического взаимодействия с озоном, выделяющимся на аноде. Применение новых оксидных материалов, имеющих высокое перенапряжение для реакции образования соединений Cr (VI), позволило резко снизить выход по току Сr⁶⁺ и избежать конструктивного усложнения электролизера.

Таким образом, открываются перспективы для промышленного освоения новых передовых технологий нанесения защитных хромовых покрытий [17].