Оксидирование титана. Часть 1.

Химическое оксидирование титана.

Титан благодаря  своим ценным свойствам – легкости, прочности, высокой термической и коррозионной устойчивости является очень важным конструкционным материалом.

Наличие на поверхности тонкой, но достаточно плотной оксидной пленки, придает титану и его сплавам коррозионную стойкость в атмосфере, в пресной и морской воде, под напряжением, а также в кислотах органического происхождения.

Но в процессе эксплуатации от изделий порой требуются свойства, не соответствующие основному металлу, поэтому на  поверхность титана наносят специальные гальванические или химические покрытия (см.«Покрытие титана. Часть 1»).

В частности, титан и его сплавы отличаются низкой износостойкостью, что затрудняет их применение для деталей, работающих в условиях фрикционного износа. В резьбовых соединениях наблюдается задирание и наволакивание металла.

Для устранения этих недостатков рекомендуется применять процесс оксидирования титана. Оксидные  покрытия, образующиеся при этом, воздействуют на поверхностные слои, и  часто оказывают более сильное влияния на общие свойства металла, чем весь остальной материал изделия.

Оксидирование титана – это преднамеренное окисление поверхностного слоя металлических изделий, введение его в пассивное состояние. Полученные в результате оксидирования титана пленки позволяют:

  • повысить химическую стойкость металла;
  • изменить окраску его поверхности, придавая декоративность;
  • повысить адсорбционную способность поверхности для последующего нанесения лакокрасочных покрытий.

Эффективность такого метода определяется условиями процесса, составом металла, а также состоянием его поверхности.

Пассивное состояние (оксидирование титана) достигается двумя методами:

  • воздействием окислителей;
  • анодной поляризацией.

Для пассивации многих металлов используют растворы на основе окисляющих агентов, способных к образованию труднорастворимых соединений (хроматы, молибдаты, нитраты в щелочной среде и др.). Цвет поверхности при этом не изменяется.

Титан и его сплавы подчиняются общим закономерностям перехода из активного состояния в пассивное и обратно, установленным для других  пассивирующихся металлов (см. «Пассивация металлов»).

Скорость коррозии многих металлов часто значительно меньше в растворах сильных окислителей, чем в растворах окислителей более слабых. Сюда относятся такие металлы, как железо, хром, никель, титан, цирконий, алюминий и многие другие. Резкое уменьшение скорости коррозии на несколько порядков в сильных окислителях, казалось бы, противоречащее термодинамическим свойствам металла и окислителя, называется пассивацией, а состояние металла пассивным.

При повышенной температуре химическая активность титана значительно возрастает. Титан реагирует с кислородом, хлором, разбавленной серной кислотой. В азотной кислоте титан пассивируется, а в плавиковой кислоте в размельченном состоянии образует фторидные комплексы (см. «Покрытие титана. Часть 2»).

Присутствие в агрессивных средах небольших количеств окислителей смещает потенциал титана и его сплавов в растворах серной и соляной кислот в пассивную область, оксидируя титан,  при этом резко повышается коррозионная стойкость.

Присутствие в среде ионов тяжелых металлов и окислителей или наложение положительного потенциала способствует пассивации (оксидированию титана) в большинстве агрессивных сред.

Растворы пассивации (оксидирования титана).

1). 40 и 60%-ный раствор серной кислоты с контактом палладия и рения.

Пассивация наступает очень быстро и находится в устойчивом состоянии.

2). 60%-ный раствор серной кислоты в контакте с вольфрамом.

Пассивация наступает не сразу, а через длительный промежуток времени.

3). 80%-ная серная кислота в контакте с палладием.

Оксидирование титана.

Оксидирование титана.

Обнаружен еще один вид пассивации титана: химическая адсорбция отрицательных ионов, в частности гидроксила ОН. Коррозионная стойкость титана увеличивается, особенно против язвенной коррозии, при   добавлении  едкого натрия к раствору поваренной соли. Это можно объяснить адсорбцией гидроксильной группы OH и образованием защитного поверхностного слоя.

Тем не менее, на практике образование пассивирующего окисла в результате обычных реакций с участием атомов титана и молекул воды, не происходит.

Причина такого явления лежит в том, что поверхность титана всегда покрыта гидридным слоем, и в реакциях с водой участвует не сам титан, а его гидрид.

Для дополнительной, защиты от коррозии, повышения износостойкости, уменьшения задиров и декоративности поверхности применяют анодирование, т.е. электрохимическое оксидирование титана.

По вопросам технологии оксидирования титана обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | Комментарии к записи Оксидирование титана. Часть 1. отключены

Покрытие марганцем.

Марганец – немагнитный металл светло-серебристого цвета, быстро покрывается оксидной пленкой, твердый. Активно вступает в реакции (при нагревании) с неметаллами, соляной и разбавленной серной кислотой, проявляет валентность от 2 до 7. Плохо реагирует с водой. Образует кислоты и щелочи, соответствующие им соли, сплавы со многими металлами.

Марганец – металл с широким спектром применения. В промышленном масштабе он используется в качестве защитного покрытия металлов, в том числе при химическом фосфатировании. Фосфатирование представляет собой процесс обработки металлических изделий растворами кислых фосфорнокислых солей под названием МАЖЕФ (марганец, железо, фосфор), с образованием на поверхности защитной солевой пленки из нерастворимых фосфатов (см. Фосфатное покрытие металлов. Часть1., Фосфатное покрытие металлов. Часть 2.).

Покрытие марганцем надежнее цинкового, так как марганец имеет более отрицательный электродный потенциал (см. Процесс цинкования.).

По микротвердости покрытие марганцем находится между хромовым и никелевым покрытиями. Кроме того оно обладает большой коррозионной устойчивостью.

Покрытия марганцем имеют серый цвет с красноватым оттенком и температуру плавления 1260°С. Качественные полублестящие покрытия марганцем можно получать толщиной до 15 мм. В основном их применяют для специальных целей, в частности при ручной сварке электродами, т.к. покрытие марганцем повышает  износостойкость.

Покрытие марганцем на электродах для сварки.

Покрытие марганцем на электродах для сварки.

Запасы марганца в природе весьма значительны, что говорит о перспективности его использования с целью замены более дефицитных металлов в ряде отраслей производства, в том числе гальванотехнике. Покрытия марганцем применимы в некоторых случаях для защиты стали от коррозии, улучшения паяемости высоколегированных сталей.

Антикоррозионные свойства  марганцевых покрытий  проявляются в нейтральной среде. Повышение его стойкости в атмосферных условиях возможно путем пассивирования, но соответствующие рекомендации пока отсутствуют.

В различных сферах производства марганец применяется и в чистом виде, и в виде соединений: почти 90% всего металла расходуется в черной металлургии. В виде ферромарганца – сплава с железом, его добавляют в сталь, чтобы повысить ее ковкость, прочность, износоустойчивость.

Применяется марганец также для создания устойчивых к коррозии гальванических покрытий металлических изделий. Покрытия марганцем можно получить из сульфатных, сульфатно-оксалатных  и сульфатно-фторидных электролитов.

Состав сульфатного электролита, г/л:

Сульфат марганца MnSO4  100 – 250

Сульфат аммония (NH4)2SO4  75 – 100

Кислота щавелевая  15 – 20

Моющее средство «Прогресс»   0,3 – 0,5

Температура 15 – 25°С, pH 6 – 7, Дк = 10 – 30 А/дм2

Аноды из сплава свинца с серебром (3%) или из платины.

Перед процессом осаждения марганца следует подготовить аноды и провести очистку раствора. Аноды сначала поляризуют в серной кислоте, затем в электролите марганцевания и помещают в чехлы из хлопчатобумажной ткани.

Очистка раствора заключается в добавлении сульфата алюминия 1 – 3 г/л  с подщелачиванием аммиаком и последующей фильтрацией выпавшего осадка. При плотности тока до 20 А/дм2 осаждаются гладкие, блестящие покрытия.

Сульфатно-фторидный электролит покрытия марганцем отличается наличием в его составе  40%-ного раствора плавиковой кислоты.

Состав сульфатно-фторидного электролита, г/л:

Сульфат марганца MnSO4   180

Сульфат аммония (NH4)2SO4   130

Кислота  плавиковая 40%-ная  3 – 5 мл/л

Аноды из платины.

Температура 15 – 25°С, pH 6 – 7, Дк = 25 А/дм2, Вт= 70%

Покрытия марганцем получаются блестящими.

Имеются разработки электролита для получения покрытия повышенной коррозионной стойкости путем осаждения сплава цинк-марганец. Электролит содержит дополнительно сернокислый алюминий и органическую добавку – сорбит, а в качестве комплексона трилон Б – динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Состав электролита для осаждения сплава цинк-марганец, г/л:

Сернокислый цинк  40 – 50

Сернокислый марганец  30 – 40

Трилон Б  50 – 60

Сернокислый алюминий  30 – 40

Сорбит – 2 – 4

Электроосаждение покрытий ведут при катодной плотности тока 1 – 5 А/дм2, температуре 20 – 25°С, рН 3,0 – 4,0 при перемешивании с использованием цинкового анода.

В предлагаемом электролите ионы цинка и марганца связаны в очень прочные трилонатные комплексы, что препятствует гидролизу солей. При этом возрастает стабильность электролита и рассеивающая способность, что позволяет наносить покрытия сплавом марганца на детали сложной конфигурации.

В настоящее время покрытие марганцем используется для деталей, где необходимо сочетание прочности и коррозионной устойчивости.

По вопросам разработки и внедрения технологий гальванических покрытий обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Гальваника для бизнеса | 2 комментария

День Химика — 2015!

Уважаемые друзья и коллеги! 

Поздравляю Вас с замечательным праздником – Днем Химика!

День Химика 2015_1Всем желаю:

  • Качественных покрытий;
  • Безотходных технологий;
  • Доступных реактивов.

А еще много весеннего солнышка, улыбок и хорошего настроения!

Успехов Вам в покорении гальванических вершин!
Именно Вашим желанием познать новое достигается прогресс! 
Будьте счастливы!

Королева Галина Владимировна.

День Химика 2015_2

 

Рубрика: Новости | Комментарии к записи День Химика — 2015! отключены

Покрытие сплавами палладия.

Покрытия чистым палладием широко применяется в различных отраслях промышленности с целью защиты металла от окисления (см. «Покрытие палладием»). Область применения основана на его физико-механических свойствах: палладий – мягкий и ковкий металл серебристого цвета, наиболее дешевый из металлов платиновой группы.

При больших нагрузках на контакты  износостойкости палладиевых покрытий недостаточно. Легирование палладия никелем позволяет повысить износостойкость в 10 раз (при содержании Ni в сплаве Pd-Ni 20-25%) (см. «Покрытие молибденовым сплавом»).

Для получения износостойких покрытий сплавом палладий-никель используют электролит на основе аминоуксусной кислоты.

Состав электролита для получения покрытий Pd-Ni 20-25%, г/л:

Палладий хлористый (в пересчете на металл)  14 – 50

Никель хлористый (в пересчете на металл)  60 – 180

Кислота аминоуксусная 75 – 150

Аммиак (25%-ный) до pH = 8,0 – 9,5

Температура 25 – 40ºС; плотность тока 1,5 – 3,0 А/дм2.

Аноды из палладия или платины.

Выводы микросхемы с покрытием сплавом палладий-никель.

Выводы микросхемы с покрытием сплавом палладий-никель.

В производстве для осаждения сплава палладий-никель чаще применяют хлоридный электролит.

Состав хлоридного электролита, г/л:

Палладий хлористый (в пересчете на металл)  18 – 20

Никель хлористый (в пересчете на металл)  25 – 30

Аммоний хлористый    20 – 30

pH  8,5 – 9,0

Температура 20 – 25ºС; плотность тока 1,5 – 2,0 А/дм2.

Аноды из палладия, требуемое значение pH  раствора достигается введением аммиака.

Приготовление хлоридного электролита.

Для приготовления электролита отдельно растворяют хлорид палладия в 20%-ном растворе аммиака при 70 – 80ºС и хлористый никель в растворе аммиака при комнатной температуре. После охлаждения оба раствора смешивают в необходимых пропорциях, добавляют хлористый аммоний и аммиак до требуемого значения pH.

Износостойкость покрытия сплавом палладий-никель с 25%-ным содержанием никеля в 14  раз выше чистого палладиевого покрытия, микротвердость повышается в 1,5 раза, а внутренние напряжения в осадках снижаются в три раза. При этом переходное сопротивление увеличивается незначительно.

По аналогии с электроосаждением сплава палладий-никель может быть осажден сплав палладий-кобальт с содержанием 25% кобальта. Этот сплав применяется для покрытия контактов и придания изделиям специальных магнитных свойств (см. «Осаждение железо-никелевых сплавов»). Осадки получаются мелкокристаллические, полублестящие.

Состав электролита для получения сплава палладий-кобальт, г/л:

Палладий хлористый (в пересчете на металл)  18 – 20

Кобальт хлористый (в пересчете на металл)  5 – 6

Сахарин     0,3 – 0,5

Аммиак до pH   9,5 – 10

Температура 18 – 25ºС; плотность тока 1,5 – 2,5 А/дм2; аноды из палладия.

Износостойкость получаемого сплава в 25 раз больше, чем у чистого палладия.

Для повышения износостойкости золотого покрытия при одновременном сохранении низкого значения переходного сопротивления предлагается применять сплавы Au-Pd с содержанием 25% Pd.  Эти сплавы можно поучить в виде плотных полублестящих покрытий из электролита, содержащего золото в виде цианистого комплекса, а палладий в виде этилендиаминового комплекса при общей концентрации металлов в растворе 3 г/л.

Состав цианидно-этиленового электролита для осаждения покрытий палладий-золото, г/л:

Золото (в пересчете на металл)  2,5 – 3,0

Палладий (в пересчете на металл)  0,5 – 1,0

Цианид калия (свободный)  до 0,3

Этилендиамин (свободный)  25 – 50

pH = 7,5 – 8,0

Температура 55 – 60ºС; Дк = 0,3 – 0,5 А/дм2; аноды – платиновые.

При толщине 5 мкм такие покрытия практически беспористы, но широкого применения на производстве они не нашли из-за повышенной токсичности и сложности приготовления.

По вопросам разработки и внедрения процессов нанесения покрытия сплавами палладия обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: В помощь технологам | Комментарии к записи Покрытие сплавами палладия. отключены

Обработка серебра и золота методом электрохимического полирования.

Обработка серебра и золота методом электрохимического полирования — это процесс получения на металлических изделиях полированной поверхности путем анодной обработки их в соответствующих электролитах. При обработке серебра и золота происходит растворение внешнего слоя поверхности деталей и сглаживание микро-шероховатостей за счет образования пассивной пленки окисной природы (см. «Пассивация металлов»). Поверхность деталей при обработке серебра приобретает яркий блеск, но имеющиеся в наличии глубокие риски не сглаживаются (см. «Химическое и электрохимическое полирование металлов»).

Эффективность процесса обработки серебра и золота методом электрохимического полирования зависит от множества факторов:

  • состава электролита;
  • режима электролиза — плотности тока, температуры, времени процесса;
  • чистоты обработки поверхности деталей.

Требования к электролиту:

  1. Состав электролита для обработки серебра должен содержать компоненты, которые обеспечивают образование пассивной пленки в углублениях полируемых изделий, но способствуют интенсивному растворению выступов.
  2. Электролит должен быть устойчивым во времени и не должен разъедать поверхность металла в отсутствии тока.
  3. Электролит должен иметь достаточно широкий интервал рабочей плотности тока.

Из благородных металлов электрохимическому полированию подвергаются, как правило, золото и серебро, т.е. металлы, которые наиболее широко используются в ювелирной промышленности.

Способ обработки золота методом электрохимического полирования применяется:

  • для очистки поверхности золотых изделий после литья;
  • для очистки от “обогащенного слоя”, после пайки;
  • для окончательной обработки золота путем полировки изделий.

Так как “обогащенный слой” имеет более высокую концентрацию драгметаллов, удалять его желательно не шлифованием и полированием, а путем электрохимического полирования. После чего уже намного проще окончательно отполировать изделие и в результате регенерации рабочего раствора восстановить драгметалл, что является немаловажным фактором при работе с драгметаллами.

Состав электролита для снятия «обогащенного слоя» после литья при обработке золота:

Калий роданистый 400 – 500 г/л

Натрий углекислый 50 – 60 г/л

При анодной плотности тока 10 – 20 А/дм2

Температура электролита 14 – 20ºС; время обработки 0,25 – 2,0 мин.

Катод – титан.

Состав электролита электрохимического полирования золота после стравливания «обогащенного слоя»:

Гидроокись натрия  15 г/л

Натрий углекислый  30 г/л

Тринатрийфосфат  35 г/л

Анодная плотность тока  3,0 – 5,0 А/дм2

Температура электролита 70 – 80ºС; время обработки 0,5 – 3,0 мин.

В качестве катода применяют титан или нержавеющую сталь.

Золотое изделие с элементами электрополирования

Золотое изделие с элементами электрополирования

Обработку серебра методом электрохимического полирования после стравливания «обогащенного слоя» можно проводить в цианистых или щелочных нецианистых растворах.

Состав цианистого электролита электрохимической обработки серебра:

Серебро цианистое 35 г/л

Калий цианистый 20 г/л

Температура электролита 18 – 25ºС; время обработки 2,5 мин.

Анодная плотность тока 3,0 – 5,0 А/дм2

В качестве катода применяют титан или нержавеющую сталь.

Серебряное изделие с элементами электрохимической полировки

Серебряное изделие с элементами электрохимической полировки

Бесцианистые электролиты электрохимической обработки серебра, менее токсичны.

Состав электролита электрохимической обработки серебра на основе роданистого калия:

Калий роданистый 400 – 500 г/л

Глицерин 100 г/л

Спирт этиловый 50 г/л

Анодная плотность тока 20 – 40 А/дм2

Температура электролита 15 – 20ºС; время обработки 1 – 2 мин.

В качестве катода применяют титан или нержавеющую сталь.

Химический способ полирования в производстве для драгметаллов применяется редко, т.к. глянцевая поверхность достигается обработкой серебра только в цианистых растворах, что чрезвычайно токсично (см. «Безопасная гальваника»).

Состав раствора обработки серебра методом химического полирования:

Цианид  натрия — 21 г/л

30%-ная перекись  водорода — 28 г/л,

После погружения в этот раствор детали промывают в воде, после чего проводят обработку серебра в разбавленном растворе цианида натрия. Эту операцию необходимо повторить несколько раз.

Для обработки золота методом химического полирования в литературе приводится кислотный раствор.

Раствор обработки золота методом химического полирования:

Азотную кислоту смешивают в пропорции 1:1 с серной кислотой, затем добавляют хлористый натрий 5-10 г/л.

Травление производится несколькими погружениями изделий в раствор с последующей тщательной промывкой в проточной воде.

Несмотря на отсутствие цианидов, процесс требует особой осторожности и строгого соблюдения правил техники безопасности.

По вопросам разработки технологии электрохимического полирования драгметаллов обращайтесь к нам!

New!

Похожие публикации:

Рубрика: Декоративные покрытия | Комментарии к записи Обработка серебра и золота методом электрохимического полирования. отключены
Страница 3 из 2412345...Последняя »