CC BY
5
УДК 621.357.7
Адудин И. А., Орлова К. А., Шелухин М. А., Григорян Н.С., Ваграмян Т. А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ РАСТВОРА НА СОСТАВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО 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 Александровичстудент 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 мольного соотношения компонентов электролита на содержание никеля в покрытии. Установлено, что при оптимальныхмольных соотношениях NP+Z^+u Ni2+/L-15 в диапазоне плотностей тока от 0,2 до 5,0 А/дм2состав получаемого покрытия изменяется незначительно и находится в допустимом диапазоне содержания никеля 12-14 масс. %. С увеличением концентрации ионов 2п2+в растворе внешний вид покрытия ухудшается. Выявлено, что покрытия сплавом Zn-Ni с оптимальным содержанием никеля (12-14масс. %) формируются в диапазоне плотностей тока от 0,2 до 5 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 THE CONCENTRATION OF THE SOLUTION COMPONENTS ON THE COMPOSITION OF THE ZINC-NICKEL ALLOY ELECTROPLATING
AdudinI.A., OrlovaK.A., SheluhinM.A., GrigoryanN.S., VagramyanT.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The influence of the molar ratio of the electrolyte components on the nickel content in the coating is studied. It was found that at optimal molar ratios Ni2 + / Zn2 + and Ni2 + / L-15 in the range of current densities from 0.2 to 5.0 A / dm2, the composition of the resulting coating changes insignificantly and is in the permissible range ofnickel content of 12-14 wt. %. With an increase in the concentration ofZn2+ ions in the solution, the appearance of the coating deteriorates. It was found that the coatings with the Zn-Ni alloy with the optimal nickel content (12-14 wt. % ) are formed in the range of current densities from 0.2 to 5 A / dm2 at an operating temperature of20-25 °C.
Keywords: electrodeposition, zinc-nickel alloy, Zn-Ni, alkaline electrolyte, corrosion protection, electroplating, surface treatment.
Для защиты стальной основы от коррозионных разрушений под действием условий окружающей среды наиболее часто применяются гальванические цинковые покрытия, благодаря их высокой защитной способности. Вместе с тем, в связи с довольно большой разницей стандартных электрохимических потенциалов цинка и железа и при наличии условий для начала процесса коррозии, цинковое покрытие подвергается довольно быстрому разрушению. В связи с чем, оно не применяется в условиях морской среды, где до сих пор широко используются токсичные кадмиевые покрытия, с 2011 года уже запрещенные целым рядом европейских государств [1].
С целью увеличения коррозионной стойкости цинковых покрытий было предложено их легирование металлами подгруппы железа, в частности никелем. При введении в состав цинковых покрытий 12-14 масс. % никеля наблюдается существенное увеличение их коррозионной стойкости, благодаря сближению
электрохимических потенциалов цинка и железа, без потери электрохимического характера защиты стальной основы.
В связи с вышеизложенным, в последние годы покрытия сплавом Zn- № приобрели большое значение в промышленности, т.к. они обладают большей коррозионной стойкостью, лучшими механическими свойствами и сопоставимой защитной способностью в сравнении с цинковыми покрытиями, а также меньшей токсичностью в отличие от кадмиевых покрытий [2-3].
Однако, получение цинк-никелевых покрытий заданного состава несколько затрудняется тем фактом, что совместное электроосаждениеэтих металлов относится к процессу, так называемого аномального соосаждения, т.е. в паре цинк-никель происходит предпочтительное осаждение цинка, как более электроотрицательного элемента, процесс осаждения никеля затормаживается[4]. Поэтому, для получения цинк-никелевых покрытий заданного состава в
электролиты цинк-никелирования вводят специальные вещества, способные образовывать устойчивые комплексные соединения с никелем и способствующие облегчению разряда ионов цинка на поверхности катода. Одними из таких веществ являются органические азотосодержащие органические соединения, в частности алифатические амины.
Кроме всего прочего, необходимо отметить тот факт, что отечественные предприятия вынуждены использовать импортные композиции для получения гальванических цинк-никелевых покрытий в связи с тем, что российские разработки не нашли широкого применения из-за проблем со стабильностью состава сплава и низкой стабильности
электролитов[5].Использование же импортных технологий сопровождается большим количеством рисков, возросших в настоящее время в связи с осуществлением жесткой санкционной политикой.
В данной работе был исследован щелочной электролит для электроосаждения сплава цинк-никель
на основе органического аминосодержащего лиганда (Ь-15) с молекулярной массой, не превышающей 500 единиц следующего состава моль/л: Zn2+ (в виде ZnO) 0,1-0,2; №ОН 2,0-4,0; №2+ (в виде NiSO4*7H2O) 0,03; Ь-15 0,15-0,9.
Исследовано влияние мольного соотношения компонентов электролита на содержание никеля в покрытии. С увеличением концентрации ионов Zn2+ в растворе внешний вид покрытия ухудшается.
Определены оптимальные мольные соотношения №2+/2п2+ и №2+/Ь-15 в электролите. Установлено, что при оптимальных мольных соотношениях №2+/2п2+ и №2+/Ь-15 в диапазоне плотностей тока от 0,2 до 5,0 А/дм2 состав получаемого покрытия изменяется незначительно и находится в допустимом диапазоне 12-14 масс. %.Выявлено, что покрытия сплавом Zn-Ni с оптимальным содержанием никеля (12-14 масс. %) формируются в диапазоне плотностей тока от 0,2 до 5 А/дм2 при рабочей температуре 20-25 °С.
Таблица 1
Зависимость содержания никеля в покрытии от мольного отношения М2+^п2+ и №2+/Ь-15 при катодной плотности тока 1 А/дм2и температуре 220С
Мольное отношение Ni/Zn Мольное отношение Ni/L-15
0,2 (0,03 Ni2+, 0,15 L-15) 0,1 (0,03 Ni2+, 0,3 L-15) 0,05 (0,03 Ni2+, 0,6 L-15) 0,033 (0,03 Ni2+, 0,9 L-15)
0,15 (0,03 Ni2+, 0,2 Zn2+> 14,2 13,0 11,8 11,7
0,2 (0,03 Ni2+, 0,14 Zn2+) 14,3 13,3 13,1 12,7
0,3 (0,03 Ni2+, 0,1 Zn2+) 15,0 14,8 15,3 13,9
- блестящиепокрытия
- полублестящиепокрытия
- матовыепокрытия
2D 18 16
2 10 — а 6 4
0 1 2 3 4 5
1, А/дм2
Рис. 1 Зависимость содержания никеля в покрытии, полученном из электролита с оптимальным соотношением №2+/7п2+ и М2+/Ь-15 от плотности катодного тока
Таким образом, определен оптимальный состав щелочного аминосодержащего электролита для получения покрытий сплавом 2п-№с
содержанием никеля в покрытии 12-14 масс. %: Zn2+ (в виде ZnO) 0,14; NaOH 2,8; Ni2+ (в виде NiSO4*7H2O) 0,03; L-15 0,3.
Список литературы
1.Поправка к химическому регламенту Европейского союза REACH (EC) No 1907/2006 «О производстве и обороте химических веществ, испытаниях продукции» (утв. Еврокомиссией с декабря 2011 года)
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. A. Brenner, Electrodeposition of Alloys. Principles and Practice // Academic press New York and London. 1963. Vols. 1 and 2. 719 p.
5. Alkaline zinc-nickel alloy plating baths: pat. US 5417840. United States. заявл. 21.10.93; опубл. 23.05.95. 8 p.
