Характеристика щелочных электролитов цинкования.
Гальваническое цинкование в настоящее время является широко распространенным способом для защиты от коррозии и применяется во всех областях промышленности, как наиболее рациональный и экономичный способ цинкования, позволяющий в широком диапазоне регулировать толщину и свойства осажденного слоя цинка.
Существуют различные методы нанесения цинка – погружение в расплав, диффузионный, механический, гальванический или нанесение цинконаполненных составов, но ни один из способов не является универсальным (см.«Процесс цинкования»). Все они в какой-то мере взаимно дополняют друг друга и позволяют решать разнообразные технические задачи.
Гальваническое цинкование рекомендуется проводить с целью:
- защиты от атмосферной коррозии изделий, которые эксплуатируются в наружной атмосфере различных климатических регионов, в атмосфере промышленных районов, в закрытых помещениях с умеренной влажностью;
- улучшения внешнего вида;
- предотвращения контактной коррозии в соединениях деталей из черных металлов с деталями из алюминия и его сплавов;
- для защиты от коррозии резьбовых соединений.
Гальваническое цинкование не рекомендуется:
- для высоко нагруженных пружин;
- для деталей, работающих при температуре свыше 250oС;
- для деталей, работающих длительное время во влажной и жаркой среде;
- для деталей, эксплуатирующихся в пресной горячей воде (более 60oС);
- в морском приборостроении, когда из-за продуктов коррозии цинка возникает опасность короткого замыкания в электрических схемах (см.«Влияние гальванических покрытий на свойства стали. Часть 1»).
Благодаря своим амфотерным свойствам цинк может образовывать водорастворимые соединения в широком диапазоне pH: от <1 до >14. Следовательно, создаются условия, при которых гальваническое цинкование возможно осуществлять из электролитов в широком диапазоне pH.
Условно можно выделить следующие основные типы электролитов гальванического цинкования:
- Кислые – к ним относятся простые кислые электролиты (сульфатные, хлоридные, борфторидные) и смешанные (сульфатно-хлоридные);
- Слабокислые – хлоридные аммонийные, сульфатные аммонийные и хлоридные безаммонийные;
- Нейтральные и слабощелочные –аммиакатные, амминокомплексные и пирофосфатные;
- Щелочные электролиты – цианидные и цинкатные.
Принципиальное различие между ними заключается в катодной поляризации при электроосаждении и механизме разряда цинка. В простых электролитах гальванического цинкования ионы цинка разряжаются при низкой катодной поляризации, поэтому получаемые осадки имеют крупнокристаллическую структуру.
Слабокислые электролиты гальванического цинкования могут быть простыми (безаммонийные) и комплексными (содержащие соли аммония).
Нейтральные и щелочные электролиты – комплексные. В комплексных электролитах цинк находится в виде комплексных катионов, катодная поляризация высокая, поэтому осаждаются мелкокристаллические покрытия.
Цинковое покрытие из щелочных электролитов.
Наиболее распространенными долгие годы были цианидные электролиты, которые с равным успехом могут применяться для гальванического цинкования деталей на подвесках и в насыпном виде в барабанах и колоколах. Из цианидных электролитов даже при отсутствии блескообразующих добавок получаются мелкокристаллические покрытия хорошего качества – пластичные, светлые, полублестящие, равномерно распределенные по покрываемой поверхности. Добавление в цианидные электролиты блескообразующих добавок позволяет получать блестящие покрытия в широком диапазоне плотностей тока.
Состав цианистого электролита цинкования, г/л:
Цинк (мет.) 30 – 40
Цианид натрия 75 – 120
Едкий натрий 75 – 90
Натрия сульфид 0,01 – 0,1
Температура 20 – 35oС
Катодная плотность тока до 5 А/дм2
Скорость осаждения до 0,8 мкм/мин.
К недостаткам цианидных электролитов можно отнести:
– нестабильность состава вследствие окисления цианидов на стальных поверхностях анодных корзин, которые используются с цинковыми анодами;
– карбонизация цианида и щелочи;
– высокая токсичность цианидов;
– высокая стоимость обезвреживания сточных вод.
Особое место в ряду комплексных электролитов гальванического цинкования занимают щелочные цинкатные электролиты. Они просты по составу и состоят из двух основных компонентов: оксида цинка и щелочи. Введение в состав цинкатных электролитов функциональных и блескообразующих добавок в количестве 0,5 – 2 г/л, позволило повысить полязизацию разряда цинка, приближая характеристики цинкатных электролитов к цианидным.
По концентрации основных компонентов – цинка и щелочи «классическим» можно считать электролит, содержащий 10 г/л цинка, 100 г/л щелочи + блескообразователь.
При таком соотношении цинка и щелочи (10 : 100) электролит универсален и приемлем для нанесения покрытий на подвесках при плотности тока 2 – 5 А/дм2 и в барабанах (колоколах) – 1,0 – 1,5 А/дм2.
Рабочую температуру в цинкатных электролитах рекомендуется поддерживать в пределах 20 – 30oС. Повышенная температура приводит к ухудшению блеска покрытия.
Немаловажное значение применения цинкатных электролитов имеет упрощенная очистка сточных вод, (см. «Как сделать гальванику безопасной?») поскольку цинкатный комплекс при выносе электролита с деталями в ванну промывки при понижении pH<12,5 разрушается с выпадением осадка гидроксида цинка.
Щелочные цинкатные электролиты не рекомендуются для гальванического цинкования чугуна и высокоуглеродистых закаленных сталей.
Вопросы выбора кислых электролитов цинкования будут рассмотрены в следующих публикациях.
По вопросам разработки технологии гальванического цинкования обращайтесь к нам!
Нижн. Новгород Время