НОВАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТОВ КАДМИРОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.357.7

Архипов Е.А., Григорян Н.С., Шувалов Д. А., Жирухин Д. А., Смирнов К.Н., Ваграмян Т.А. НОВАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТОВ КАДМИРОВАНИЯ

Архипов Евгений Андреевич, генеральный директор, ООО ПК «И1111 СЭМ.М», npp-semm@yandex. ru, 127427, г.

Москва, ул. Б.Марфинская, д. 1, корп. 2, оф.8

Григорян Неля Сетраковна, к.х.н., доцент, кафедра ИМиЗК

Шувалов Дмитрий Александрович, студент, кафедра ИМиЗК

Жирухин Денис Александрович, аспирант, кафедра ИМиЗК

Смирнов Кирилл Николаевич, к.т.н., доцент, кафедра ТИВ и ЭП

Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Инновационные материалы и защита от коррозии

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

Защитные покрытия кадмием до сих пор остаются востребованными в различных областях промышленности, при этом их основное назначение - защита от коррозии стальных изделий, эксплуатирующихся в условиях морского климата. Существующие электролиты кадмирования обладают рядом недостатков, которые осложняют процесс получения качественных кадмиевых покрытий. В настоящей работе авторами предложена универсальная композиция добавок для сульфатно-аммонийного, хлористо-аммонийного и сернокислого электролитов кадмирования и исследовано их влияние на качество получаемых покрытий.

Ключевые слова: покрытие, кадмий, кислые электролиты, добавки, кроющая способность.

NEW ADDITIVE FOR ELECTROLYTES OF CADMIUM PLATING

АгкЫроу Е.А.*, Grigoryan N.S., Shuvalov D.A., Zhiruhin D.A., Smirnov KN., Vagramyan T.A. D.Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * ООО PK "NPP SEM.M", Moscow, Russia

Cadmium protective coatings are still in demand in various fields of industry, with their main purpose - corrosion protection of steel products operating in the marine climate. The existing electrolytes of cadmium plating have a number of disadvantages that complicate the process of obtaining high-quality cadmium coatings. In this paper, the authors proposed a universal composition of additives for sulfate-ammonium, chloride-ammonium and sulfuric acid electrolytes of cadmium plating and investigated their effect on the quality of the coatings.

Keywords: coating, cadmium, acidic electrolytes, additions, covering power.

Введение

Несмотря на токсичность кадмия и его соединений, защитные покрытия кадмием востребованы во многих важных областях -космической, авиа и кораблестроении, военной технике, ответственной автоматике и др. Востребованность кадмиевых покрытий

обусловлена такими их уникальными свойствами, как высокая эластичность, способность к пайке после длительного хранения, хорошая защитная способность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью по сравнению с цинковыми покрытиями, особенно в морском климате [1].

Кроме цианидных, применение которых в современном производстве сильно ограничено наличием в составе цианистого натрия, являющегося сильнодействующим ядовитым веществом (СДЯВ), на практике применяют кислые электролиты кадмирования. Наиболее широкое распространение получили сернокислые, сульфатно-аммонийные и хлористо-аммонийные электролиты. Они обычно содержат в своем составе поверхностно-активные вещества (ПАВ) различной природы, присутствие которых позволяет получать покрытия

удовлетворительного качества. Однако применение известных ПАВ сопряжено с некоторыми особенностями [2,3].

Так, например, хлористо-аммонийный электролит содержит мездровый клей, который характеризуется плохой растворимостью, нестабильным качеством, сложностью введения в электролит и коротким сроком службы из-за биоразложения, в результате которого электролит выходит из строя. В состав сульфатно-аммонийного электролита входят диспергатор НФ, также имеющий нестабильное качество, и смачиватели ОП-7 или ОС-20, обладающие склонностью к коагулированию при высоком солесодержании раствора и являющиеся биологически жесткими веществами. Сернокислый электролит кадмирования содержит добавку «Лимеда БК-10А» импортного производства.

При этом на современных гальванических производствах, как правило, используют два типа электролитов кадмирования:

1. Хлористо-аммонийный электролит, который характеризуется низким наводороживанием; он применяется в основном для нанесения кадмия на

высокопрочные и пружинные стали. Основной недостаток этого электролита - крайне узкий диапазон рабочих плотностей тока (0,8-1,2 А/дм2).

2. Сернокислый или сульфатно-аммонийный электролиты, из которых осаждают покрытия на углеродистые стали, при этом сульфатно-аммонийный электролит также имеет узкий диапазон рабочих плотностей тока (0,8-1,2 А/дм2)

[4].

В рамках данной работы авторами была поставлена цель по замене ПАВ, входящих в указанные электролиты с составом по ГОСТ 9.30584, а также определение их влияния на внешний вид осаждаемых покрытий.

В ходе работы была разработана универсальная композиция добавок (современные биологически мягкие катионогенное и неионогенное ПАВ), которая, с одной стороны, может одинаково успешно применяться во всех типах указанных электролитов, а с другой стороны позволяет существенно расширить интервал рабочих плотностей тока, при которых получаются качественные компактные покрытия. Кроме того, данная композиция позволяет увеличить срок службы электролитов и отказаться от применения импортной продукции.

Добавкам присвоено обозначение ЦКН-05 и ЦКН-05С.

Экспериментальные данные и их обсуждение

Хлористо-аммонийный электролит кадмирования

Таблица 1. Составы электролитов и их технологические параметры

Компонент Электролит 1 (по ГОСТ 9.305-84) Электролит 2 (разработанный электролит)

Кадмий хлористый, г/л 40-50 40-50

Аммоний хлористый, г/л 200-280 200-280

Натрий хлористый, г/л 30-40 30-40

Тиомочевина, г/л 7-10 7-10

Клей мездровый, г/л 1-2 -

ЦКН-05С, мл/л - 15-20

рН электролита 1 1

Плотность тока, А/дм2 0,8-1,2 0,05-3

Методика эксперимента

Все электролиты готовились с применением дистиллированной воды по ГОСТ 6709-72 и химических реактивов квалификации не ниже «ч».

Электроосаждение металлов проводилось в прозрачной (изготовленной из оргстекла) ячейке Хулла (ЯУ-270) на медные катодные пластины, предварительно подготовленные по стандартной методике, в течении 10 минут при средней катодной плотности тока 2 А/дм2 (токовая нагрузка на ячейку 1 А).

Внешний вид и допустимую катодную плотность тока определяли визуально, пользуясь т.н. «шкалой плотностей тока» (рис. 1):

Рис. 1 Шкала плотностей тока для угловой ячейки ЯУ-270 (ячейка Хулла)

Результаты исследований показали, что интервал плотностей тока в электролите по ГОСТ, при котором осаждаются качественные покрытия, составляет 0,05 - 1,5 А/дм2. При этом, замена мездрового клея на добавку ЦКН-05С в концентрации 20 мл/л увеличивает интервал плотностей тока, при котором осаждаются светлые, компактные качественные покрытия до 0,05 - 3

А/дм2.

Сернокислый электролит

Таблица 2. Составы электролитов и их технологические параметры

Компонент Электролит 1 (по ГОСТ 9.305-84) Электролит 2 (разработанный электролит)

Кадмия окись, г/л 12-22 12-22

Серная кислота, г/л 30-50 30-50

Блескообразующая добавка Лимеда БК-10А, мл/л 18-27 -

ЦКН-05, мл/л - 3-5

ЦКН-05С, мл/л - 15-20

рН электролита 1 1

Плотность тока, А/дм2 1,5-3,0 0,05-20

В сернокислом электролите кадмирования при концентрации добавки ЦКН-05С 20 мл/л покрытия осаждаются светлыми и компактными в интервале 0,05 - 6 А/дм2, а при дополнительном введении добавки ЦКН-05 в количестве 5 мл/л диапазон плотностей тока расширяется до 20 А/дм2, а покрытия становятся полублестящими. Также стоит отметить, что добавка Лимеда БК-10А при плотности тока выше 5 А/дм2 позволяет получать зеркально блестящие кадмиевые покрытия.

Сульфатно-аммонийный электролит

Таблица 3. Составы электролитов и их технологические параметры

В сульфатно-аммонийном электролите по ГОСТ интервал плотностей тока в электролите по ГОСТ, при котором осаждаются качественные покрытия, составляет 0,05 - 1,2 А/дм2. При введении добавки ЦКН-05 в концентрации 15 мл/л интервал плотностей тока, при котором осаждаются светлые, компактные покрытия увеличивается до 5 А/дм2. Дополнительное введение добавки ЦКН-05С позволяет улучшить качество покрытия при низких плотностях тока.

Выводы

Разработана универсальная композиция добавок, которая позволяет осаждать качественные кадмиевые покрытия из сульфатного, сернокислого и хлоридно-аммонийного электролитов, исключить недостатки традиционных электролитов

кадмирования и существенно улучшить их технологические характеристики.

Список литературы

1. Смирнов К.Н., Кравченко Д.В., Архипов Е.А. Кроющая способность электролитов кадмирования // Журнал «Гальванотехника и обработка поверхности».-2013.-№4.- С.30-32.

2. В.А. Ильин. Цинкование, кадмирование, лужение и свинцевание. Библиотечка гальванотехника, Л., «Машиностроение», 1977;

3. Ф.Ф. Ажогин и др. Гальванотехника. Справочник под ред. А.М. Гинберга, Москва, «Металлургия», 1987;

4. ГОСТ 9.305-84. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий.

Компонент Электролит 1 (по ГОСТ 9.305-84) Электролит 2 (разработанный электролит)

Кадмий сернокислый, г/л 40-60 40-60

Аммоний сернокислый 240-260 240-260

Препарат ОС-20 0,7-1,2 -

Уротропин технический 15-20 -

Диспергатор НФ технический, марка Б 50-10 -

ЦКН-05, мл/л - 10-15

ЦКН-05С, мл/л - 10-15

рН электролита 4-6 3-5

Плотность тока, А/дм2 0,8-1,2 0,05-5