CC BY
30
УДК 620.197.3
Адудин И.А., Орлова К.А., Шелухин М.А., Григорян Н.С., Ваграмян Т.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БЛЕСКООБРАЗУЮЩИХ ДОБАВОК В ЩЕЛОЧНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКРЫТИЯ СПЛАВОМ ЦИНК-НИКЕЛЬ
Адудин Игорь Александрович, аспирант, e-mail: iadudin@bk.ru;
Орлова Ксения Александровна, студент 1 курса магистратуры факультета цифровых технологий и химического инжиниринга;
Шелухин Михаил Александрович студент 2 курса магистратуры факультета цифровых технологий и химического инжиниринга;
Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой инновационных материалов и защиты от коррозии;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
Исследовано влияние введения блескообразующих добавок в электролит на содержание никеля в покрытии. Установлено, что с ростом плотности тока в электролите с введенными блескообразующими добавками в диапазоне плотностей тока от 0,2 до 1 А/дм2 происходит незначительное снижение содержания никеля в покрытии, при этом, с дальнейшим повышением плотности тока содержание никеля в покрытии увеличивается. Введение блескообразующих добавок практически не влияет на состав сплава, однако значительно улучшает внешний вид покрытия. При этом введение блескообразующих добавок практически не влияет на выход по току сплава. Выявлено, что покрытия сплавом Zn-Ni с оптимальным содержанием никеля (10-15 %) формируются в диапазоне плотностей тока от 0,2 до 4 А/дм2 при рабочей температуре 20-25 °С.
Ключевые слова: электроосаждение, сплав цинк-никель, Zn-Ni, щелочной электролит, защита от коррозии, гальванотехника, обработка поверхности.
INVESTIGATION OF THE EFFECT OF GLITTER-FORMING ADDITIVES IN AN ALKALINE ELECTROLYTE ON THE CHARACTERISTICS OF THE ZINC-NICKEL ALLOY COATING
Adudin I.A., Orlova K.A., Sheluhin M.A., Grigoryan N.S., Vagramyan T.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The effect of the introduction of brightening additives into the electrolyte on the nickel content in the coating was investigated. It was found that with an increase in the current density in the electrolyte with the added brightening additives in the current density range from 0.2 to 1A / dm2, a slight decrease in the nickel content in the coating occurs, while, with a further increase in the current density, the nickel content in the coating increases. The introduction of brightening additives practically does not affect the alloy composition, however, it significantly improves the appearance of the coating. In this case, the introduction of brightening additives practically does not affect the current efficiency of the alloy. It was revealed that coatings with a Zn-Ni alloy with an optimal nickel content (10-15%) are formed in the range of current densities from 0.2 to 4 A / dm2 at an operating temperature of20-25 ° C.
Keywords: electrodeposition, zinc-nickel alloy, Zn-Ni, alkaline electrolyte, corrosion protection, electroplating, surface treatment.
Электроосаждение цинковых сплавов находит широкое применение в качестве эффективной замены цинковым и кадмиевым покрытиям при защите стали от коррозии. Среди цинковых сплавов сплав Zn-Ni, содержащий 10-15% №, показал высокие показатели коррозионной стойкости и механических свойств. Электроосаждение сплава Zn-Ni относится к типу аномального соосаждения, как было предложено Бреннером [1], то есть предпочтительнее осаждается менее благородный металл (цинк), чем более благородный (никель).В последние годы бинарные покрытия сплавом Zn-Ni приобрели большее значение благодаря своей высокой коррозионной стойкости в водном растворе хлорида натрия и улучшенным механическим характеристикам, по сравнению с чистым цинковым покрытием [2-4]. Было проведено множество исследований для понимания
характеристик процесса осаждения сплава Zn - №. Обнаружено, что характеристики нанесенного покрытия зависят от плотности тока, pH, состава электролита, добавок, температуры и т. д. Осаждение цинк-никелевого сплава из электролита, содержащего более одной органической добавки, привело к получению сплава с низким содержанием никеля. Азотсодержащие органические соединения, особенно амины, используются в гальванических ваннах для осаждения сплава Zn-Ni. Использование добавок в электролите очень важно из-за их влияния на рост и структуру получаемых покрытий. Обычно добавки вводят в раствор в очень низких концентрациях; их присутствие в ванне способствует образованию гладких и блестящих покрытий [5-7]. Адсорбированные на поверхности катода молекулы блескообразующей добавки могут влиять на энергию
активации [8] и скорость переноса заряда в электрохимической реакции, а также могут влиять на механизм электрокристаллизации. Кроме того, адсорбированные добавки блокируют часть поверхности электрода, тем самым уменьшая количество активных центров для образования зародышей и вызывая снижение скорости нуклеации [9, 10]. В настоящей работе было проведено исследование влияния введения блескообразующих добавок в электролит для электроосаждения сплава 2п-№ с акцентом на морфологию поверхности, состав сплава и коррозионные свойства
получаемогопокрытия.
Был исследован щелочной электролит для электроосаждения сплава цинк-никель на основе аминосодержащего лиганда (ЛАО-1) и блескообразующих добавок (ЦНК-01; ЦНК-11; ЦНК-12) следующего состава моль/л: Zn2+ (в виде ZnO) 0,07-0,14; №ОН 1,25-2,81; №2+ (в виде NiSO4*7H2O) 0,03-0,06; ЛАО-1 0,1-0,15, ЦНК-01 7-15 мл/л, ЦНК-11 15-20 мл/л, ЦНК-12 0,5-1 мл/л.
Исследовано влияние введения блескообразующих добавок ЦНК-01; ЦНК-11; ЦНК-12в электролит на содержание никеля в покрытии. Установлено, что с ростом плотности тока в электролите с введенными блескообразующими добавками в диапазоне плотностей тока от 0,2 до 1 А/дм2 происходит незначительное снижение содержания никеля в покрытии, при этом, с дальнейшим повышением плотности тока содержание никеля в покрытии увеличивается, что, вероятно, связано с образованием новой фазы обогащённой никелем (рис.1). Введение блескообразующих добавок практически не влияет на состав сплава, однако значительно улучшает внешний вид покрытия. Выявлено, что покрытия сплавом 2п-№ с оптимальным содержанием никеля (10-15 %) формируются в диапазоне плотностей тока от 0,2 до 4 А/дм2 при рабочей температуре 20-25 °С.
О 0,5 1 1,5 г 2,5 3 J,5 Л
1, А< дм2
Рис. 1 Зависимость содержания никеля в покрытии, полученном из электролита с блескообразующими
добавками (1) и без блескообразующих добавок (2) от катодной плотности тока
На рис.2 показана исследованная с помощью медного кулонометра зависимость катодного выхода по току сплава от катодной плотности тока.
120
го -о -
О 0,5 1 1,5 г г,5 3 3,5 1
i, л/дм-
Рис. 2 Зависимость катодного выхода по току сплава,
осажденного из электролита с введенными блескообразующими добавками (1) и электролита без добавок (2) от катодной плотности тока
Рисунок 2 подтверждает литературные данные, в которых сказано, что для щелочных электролитов, как правило, с увеличением плотности тока выход по току снижается. При этом введение блескообразующих добавок практически не влияет на выход по току сплава.
Список литературы
1. A. Brenner, Electrodeposition of Alloys. Principles and Practice // Academic press New York and London. 1963. Vols. 1 and 2. 719 p.
2. K.O. Nayana, T.V. Venkatesha, Effect of ethyl vanillin on Zn-Ni alloy electrodeposition and its properties // Bull Mater Sci. 2014. Vol. 37. P. 1137-1146.
3. H. Faid, L. Mentar, M.R. Khelladiet al. Deposition potential effect on surface properties of Zn-Ni coatings // Surf Eng. 2017. Vol. 33. P. 529-535.
4. Z. Feng, L. Ren, J. Zhang et al. Influence of additives on microstructure, mechanical and tribological properties of nanocrystalline Zn-Ni coatings in a novel alkaline bath // RSC Adv. 2016. Vol. 6. P. 42029-42040.
5. H.B. Muralidhara, Y. Arthoba Naik, H.P.Sachin, G. Achary,T.V. Venkatesha, A study on brightening and corrosive resistance property of electrodeposited zinc in non-cyanide alkaline bath // Indian Journal of Chemical Technology. 2008. Vol. 15. №. 3. P 259-265.
6. Y. Arthoba Naik, T.V. Venkatesha, A new condensation product for zinc plating from non-cyanide alkaline bath // Bull Mater Sci. 2005. Vol. 28. P.495-501.
7. H.B. Muralidhara, Y. Arthoba Naik, Electrochemical deposition of nanocrystalline zinc on steel substrate from acid zincate bath //Surface and Coatings Technology. 2008. Vol. 202.№. 14. P. 3403-3412.
8. J.J. Kelly, A.C. West, Copper deposition in the presence of polyethylene glycol I. Quartz crystal microbalance study // Journal of the Electrochemical Society. 1998. Vol. 145. №. 10. P. 3472-3476.
9. L. Bonou, M. Eyraud, R. Denoyel, Y. Massiani, Influence of additives on Cu electrodeposition mechanisms in acid solution: direct current study supported by non-electrochemical measurements // Electrochimica Acta. 2002. Vol. 47. №. 26. P. 4139-4148.
10. T.P. Moffat, D. Wheeler, D. Josell, Electrodeposition of copper in the SPS-PEG-Cl additive system: I. kinetic measurements: Influence of SPS // Journal of The Electrochemical Society. 2004. Vol. 151. №. 4. P. 262271.
