CC BY
100
УДК 541.138
Р.В. Шушков, Н.Д. Соловьева ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ЭЛЕКТРОЛИЗА НА СВОЙСТВА НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ
Изучено влияние стационарного и реверсивного тока на свойство никелевого покрытия, осаждаемого из малоконцентрированного и малоагрессивного электролита. Установлено, что из электролита состава, г/л: NiSO47H2O - 140, NiCh-бНО - 40, H3BO3 - 15 можно осаждать матовые никелевые покрытия с выходом по току 92%, при использовании как стационарного, так и нестационарного электролиза.
R.V. Shushkov, N.D. Solovyova THE ELECTROLYSIS MODE EFFECT ON NICKEL COATINGS PROPERTIES
The effect of both stationary and reverse currents on properties of a nickel coating deposited from a low-concentrated and non-aggressive electrolyte is studied here. It is established, that it is possible to deposit mat coatings with a current efficiency of 92% from the electrolyte containing 140 g/l NiSO4 7H2O, 40 g/l NiCh-бНО, 15 g/l H3BO3 applying both stationary and non-stationary modes of electrolysis.
Вопросам никелирования уделено много внимания в литературе [1, 2], однако остается ряд вопросов, которые требуют доработки. Одним из таких вопросов является осаждение никелевого покрытия из малоконцентрированных электролитов без добавок ПАВ при сохранении требуемых качеств покрытия.
Наиболее распространенные электролиты типа Уоттса обычно используются вместе с органическими добавками, позволяющими получать блестящие и выровненные осадки. Действие добавок обусловлено, главным образом, увеличением рН в прикатодном слое в результате повышенного расхода Н+-ионов и последующего образования коллоидной гидроокиси никеля [3]. Следовательно, любое воздействие, приводящее к локальному увеличению рН, вызовет эффект, аналогичный использованию органических добавок. Периодическое изменение полярности электродов приводит к подщелачиванию прикатодного пространства в катодный период и увеличению концентрации Ni2+ в результате его растворения в анодный период, а следовательно к образованию коллоидной гидроокиси никеля. Ее адсорбция на поверхности металла способствует получению гладких осадков и в отсутствии органических добавок в электролите [3].
Целью настоящей работы являлось изучение влияние реверсивного и стационарного тока на электроосаждение никелевого покрытия из разбавленных малокомпонентных и малоконцентрированных электролитов на стальную основу.
Никелевые покрытия наносились на металлические электроды, выполненные из стали (сталь 45) из электролита состава, г/л: NiSO4-7H2O - 140, №С12-6Н2О - 40, H3BO3 -15. Площадь рабочей поверхности электродов составляла 1 см2, нерабочая поверхность
изолировалась кислотостойким лаком МЛ-92. Предварительная подготовка поверхности исходных образцов включала механическую зачистку наждачной бумагой, катодную обработку в 10%-м растворе НС1 (ГОСТ 3118-77) (анод - титан) при плотности тока 10 А/дм2 в течение 1 мин., промывку в проточной холодной воде (1 мин.), анодную обработку в 48%-м растворе Н3Р04 (ГОСТ 18704-78) (катод - свинец) в течение 3 с при плотности тока 60 А/дм2, промывку в холодной (1 мин.) и горячей (1 мин.) воде [4]. В качестве противоэлектрода в процессе осаждения никелевого покрытия использовался никелевый анод. Плотность стационарного катодного тока (4) варьировалась от 1,5 до 5 А/дм2, при электроосаждении в нестационарном режиме, 4 изменяли от 1,5 до 4 А/дм2, при этом длительность катодной поляризации составила 10, 20, 30, 40 секунд, а анодная поляризация - 5 секунд.
Полученные экспериментальные данные электроосаждения никеля в стационарном режиме представлены в табл. 1. Из приведенных результатов видно, что покрытия с наилучшими свойствами и высоким выходом по току получаются при /*=1,5-4 А/дм2. Дальнейшее повышение плотности катодного тока до 5 А/дм2 приводит к снижению выхода по току до 41,1% и ухудшению свойств никелевых покрытий: появляются незаполненные участки поверхности электрода, осадки плохо сцеплены с основой. Наблюдаемое изменение свойств связано с интенсивным выделением Н2 и подщелачиванием раствора вблизи поверхности электрода, что создает условия для образования гидрооксида никеля и последующего его включения в состав покрытия. Вероятно, при данном режиме электролиза образуется большое количество гидрооксида никеля, которое блокирует поверхность электрода и отрицательно сказывается на свойствах электрохимического никеля.
Таблица 1
Влияние плотности тока и толщины осадка на свойства никелевого покрытия
№ опыта /, А/дм2 т, со Толщина покрытия Характеристика получаемого покрытия
1 1,5 91 15 Покрытие равномерное, матовое с элементами блеска, непористое, с хорошими адгезионными свойствами
2 2 92,4 15 Покрытие равномерное, матовое с элементами блеска, непористое, с хорошими адгезионными свойствами
87 10 Покрытие равномерное, матовое с элементами блеска, пористое, с хорошими адгезионными свойствами
3 2,5 90,8 15 Покрытие равномерное, матовое, непористое, с хорошими адгезионными свойствами
80 10 Покрытие равномерное, матовое с элементами блеска, пористое, с хорошими адгезионными свойствами
4 3 90,2 15 Покрытие равномерное, матовое, непористое, с хорошими адгезионными свойствами
89 10 Покрытие равномерное, матовое с элементами блеска, пористое, с хорошими адгезионными свойствами
5 3,5 89,6 15 Покрытие равномерное матовое, непористое, с хорошими адгезионными свойствами
80 10 Покрытие равномерное, матовое с элементами блеска, пористое, с хорошими адгезионными свойствами
6 4 89,4 15 Покрытие равномерное, непористое, матовое, с хорошими адгезионными свойствами
7 4,5 65,6 15 Покрытие равномерное, имеет незначительную пористость, плохие адгезионные свойства, матовое, без блеска
8 5 41,4 15 Покрытие неравномерное, пористое, светло-зеленого цвета, имеет плохие адгезионные свойства, остаются
незаполненные участки поверхности
Изменение толщины осаждаемого покрытия от 10 до 15 мкм позволяет получать при 4=2-3,5 А/дм2 светлые осадки, отличающиеся более высокой коррозионной стойкостью (см. рисунок).
Скорость коррозии никелевого покрытия в 3%-м растворе ЫаС!: 1 - толщина покрытия 10 мкм; 2 - толщина покрытия 15 мкм
Для изучения влияния нестационарного режима электролиза использовались плотности тока от 1,5-4 А/дм и периоды катодной и анодной поляризации: тк : та = 10 с : 5 с,
20 с : 5 с, 30 с : 5 с, 40 с : 5 с. Толщина покрытий составляла 7,5 и 15 мкм. Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 2.
Таблица 2
Влияние режима электролиза и толщины осадка на свойства никелевого покрытия
№ опыта Режим электролиза Вт, % б, мкм Характеристика получаемого покрытия
ж /к, А/дм2 с с
1 1,5 10 5 63 15 Покрытие неравномерное, серо-зеленоватого цвета с плохими адгезионными свойствами, остаются незаполненные участки
82,4 7,5 Покрытие темного цвета, пористое, неравномерное, с плохими адгезионными свойствами
2 1,5 20 5 73 15 Покрытие неравномерное, серо-зеленоватого цвета с плохими адгезионными свойствами, остаются незаполненные участки
85 7,5 Покрытие равномерное, матовое, плохо сцепленное с основой,пористое
3 1,5 30 5 74,6 15 Покрытие неравномерное, пористое, матовое, плохо сцеплено с основой
4 1,5 40 5 67 15 Покрытие неравномерное, темного цвета, пористое, с плохими адгезионными свойствами
5 2 10 5 81,3 15 Покрытие равномерное, матовое, без блеска, хорошо сцепленное с основой
89 7,5 Покрытие равномерное, матовое, плохо сцепленное с основой, непористое
6 2 20 5 87,5 15 Покрытие равномерное, матовое, без блеска, хорошо сцепленное с основой, непористое
89,2 7,5 Покрытие равномерное, матовое, непористое
Окончание табл. 2
№ опыта Режим электролиза Вт, % б, мкм Характеристика получаемого покрытия
ж /к, А/дм2 тк с с
7 2 30 5 84,8 15 Покрытие вздутое, неравномерное, пористое, с плохими адгезионными свойствами, матовое
8 2 40 5 76,2 15 Покрытие неравномерное, темно-зеленого цвета, пористое, с плохими адгезионными свойствами
9 2,5 10 5 83,6 15 Покрытие равномерное, непористое, матовое, без блеска, хорошо сцеплено с основой
10 2,5 20 5 87,2 15 Покрытие равномерное, непористое, матовое
11 2,5 30 5 61,8 15 Покрытие темное, неравномерное, с плохими адгезионными свойствами, пористое
12 2,5 40 5 51,8 15 Покрытие темное, неравномерное, с плохими адгезионными свойствами, пористое
13 3 10 5 63,8 15 Покрытие неравномерное, темно-серого цвета, плохо сцеплено с основой, остаются незаполненные участки, пористое
14 3 20 5 67,1 15 Покрытие неравномерное, темно-зеленоватого цвета, плохо сцеплено с основой, остаются незаполненные участки, пористое
15 3,5 10 5 52,6 15 Покрытие неравномерное, темного цвета, пористое, плохо сцеплено с основой, остаются незаполненные участки
16 3,5 20 5 59,1 15 Покрытие неравномерное, темное, серозеленоватого цвета, плохо сцеплено с основой, остаются незаполненные участки
17 4 10 5 50,35 15 Покрытие неравномерное, вздутое, темное, пористое, с плохими адгезионными свойствами
18 4 20 5 52,4 15 Покрытие неравномерное, вздутое, темно-зеленоватого цвета, пористое, с плохими адгезионными свойствами
* ^ 3
Величина катодной плотности тока 1к равна величине анодной плотности тока га.
При увеличении времени катодной поляризации и плотности поляризующего тока до 2,5 А/дм2 величина выхода по току растет. В интервале плотностей тока от 2 до 2,5 А/дм2 покрытие становится равномерным, матовым, непористым, с хорошими адгезионными свойствами. При повышении плотности тока от 3 до 4 А/дм2 возрастает скорость выделения водорода и величина выхода по току снижается, покрытие становится неравномерным, пористым, плохо сцепленным с основой, остаются незаполненные участки поверхности. Причиной ухудшения качества покрытий является усиленное выделение водорода и включение большого количества гидрооксида никеля в состав гальванического осадка. Следует отметить, что образовавшиеся гидроокиси никеля в приэлектродном слое в условиях эксперимента не выполняют роль выравнивающей и блескообразующей добавки. Вероятно, в связи с длительной анодной поляризацией происходит значительное накопление ионов №2+ у поверхности электрода.
Оптимальной плотностью тока при нестационарном режиме электролиза явилась плотность тока, равная 2-2,5 А/дм2 тк : та = 10 с : 5 с, 20 с : 5 с, так как при этих условиях покрытие имеет наилучшие характеристики: покрытие матовое, равномерное, непористое, с хорошими адгезионными свойствами.
Установлено, что из электролита состава, г/л: №804-7Н20 - 140, №С12-6Н2О - 40, Н3ВО3 - 15 можно осаждать матовые никелевые покрытия с выходом по току 92%, при
использовании как стационарного, так и нестационарного электролиза. Покрытия, полученные при реверсивном электролизе, уступают покрытиям, осажденным в стационарных условиях. Для повышения качества осадков, осаждаемых в нестационарных условиях, рекомендуется понизить продолжительность анодной поляризации и увеличить концентрацию борной кислоты Н3В03 в составе раствора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Милушкин А. С. Применение новых производных тиомочевины в качестве блескообразующих добавок / А.С. Милушкин, Г.В. Дундене // Защита металлов. 1991. Т. 27. № 2. С. 311-314.
2. Березина С.И. Электроосаждение твердых никелевых покрытий с низкой пористостью / С.И. Березина // Защита металлов. 1986. Т. 22. № 1. С. 93-95.
3. Милушкин А. С. Влияние реверсированного тока на наводороживание стали при электрооосаждении никеля из сульфатного электролита в присутствии солей диалкилдиаминоэфиров / А.С. Милушкин, Г.В. Дундене // Защита металлов. 1992. Т. 28. № 5. С. 806-810.
4. Попова С. С. Функциональные покрытия на основе сплавов железа / С. С. Попова // Гальванотехника и обработка поверхности. 2001. Т. 9. № 1. С. 34-40.
Шушков Роман Владимирович -
аспирант кафедры «Технология электрохимических производств»
Энгельсского технологического института (филиала)
Саратовского государственного технического университета
Соловьева Нина Дмитриевна -
доктор технических наук,
профессор кафедры «Технология электрохимических производств»
Энгельсского технологического института (филиала)
Саратовского государственного технического университета
