Как приготовить электролит для холодного цинкования

Выбор электролита цинкования. Часть 1.

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 250 o С;
• для деталей, работающих длительное время во влажной и жаркой среде;
• для деталей, эксплуатирующихся в пресной горячей воде (более 60 o С);
• 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 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 – 35 o С

Катодная плотность тока до 5 А/дм 2

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/дм 2 и в барабанах (колоколах) – 1,0 – 1,5 А/дм 2 .

Рабочую температуру в цинкатных электролитах рекомендуется поддерживать в пределах 20 – 30 o С. Повышенная температура приводит к ухудшению блеска покрытия.

Источник

Гальваника: рецепты электролитов. Часть 1

Эта статья предназначена для тех, кто только начинает заниматься гальванопластикой или уже замучался, выбирая самый подходящий рецепт электролита для своих идей. Я расскажу о электролитах матового и зеркального меднения, и об их совместном использовании.

Но, во-первых, не могу не сказать несколько слов о нашем основном орудии производства — блоке питания. Если вы серьезно решили заняться гальваникой, не покупайте дешевый китайский блок питания. Сходите на радиорынок вашего города и присмотрите подержанный блок питания советских времен.

Выглядит он примерно так. Такой блок питания идеально держит настройку, не греется, не шумит, не пахнет и работает без присмотра сутки напролет.

Но вернемся к рецептам электролитов.

Итак, сернокислый электролит меднения состоит из двух основых компоненов — медного купороса и серной кислоты. Также в электролит вводятся различные блескообразующие и стабилизирующие добавки. Закон природы таков, что чем больше блескообразователей мы вводим в раствор, тем меньше серной кислоты он требует, и тем более хрупким получается изделие. Поэтому для каждой конкретной задачи выбираем свой электролит.

Общие правила смешивания электролита (на1 литр):

1. 500 мл дистиллированной воды разогреваем в микроволновке примерно до 80 градусов.

2. Высыпаем в горячую воду медный купорос, ждем, пока все растворится.

3. Через несколько слоев марли или х/б ткани процеживаем получившийся раствор.

4. Вливаем в раствор нужное количество серной кислоты.

5. Доливаем до 1 л. дистиллированной водой, вносим добавки, перемешиваем, оставляем на несколько часов.

1. Электролит матового меднения.

• 200 г медного купороса;
• 160 г серной кислоты;
• 1,5 кубика спирта (шприцом);
• совсем чуть-чуть желатина (2-4 гранулы).

Плюсы данного электролита:

1) хорошая пластичность изделия (при небольшой толщине можно гнуть просто пальцами, или греть на газу и придавать нужную форму).

2) слабая чувствительность к силе тока.

3) быстрое закрытие всей поверхности и быстрое наращивание толщины листа (экономит электричество).

1) матовая поверхность, плохо поддающяся шливовке до зеркального блеска.

Использование: на крупных (или живых) листьях, которые могут изменить форму в электролите. Для изделий сложной формы,которые нужно будет изгибать.

Впрочем, при наличии гравера со сменными насадками вполне возможно отшливовать даже такую матовую поверхность. На следующем фото эта поверхность в одном месте лишь слегка приполирована.

Но вся эта чистка и полировка требует времени и сил, так что, дабы не мучаться, получившийся матовый объект мы всего на пару часов опускаем в раствор №2.

2. Электролит зеркального меднения или электрохимической полировки

• 200 г медного купороса;
• 130-135 г серной кислоты;
• 1 капля унитиола (продается в аптеке);
• 0,05-0,08 г тиомочевины;
• 0,05 г соли.

1) совершенно зеркальное покрытие, не требующее дальнейшей обработки

1) Столь же совершенная хрупкость (данный электролит можно использовать только как электрохимическую полировку на уже говтовый омедненный объект).

2) Крайняя чувствительность к силе тока — об этом нужно говорить гораздо подробнее, но не в пределах данной статьи.

Использование: на не хрупких, не гнущихся объектах (например желуди) или как полировку на матово омедненный предмет.

В своей следующей статье я хочу дать рецепт универсального электролита, нечто среднее межу элеткролитом матового меднения и электролитом электрохимической полировки. Я называю его его электролитом гладкого меднения. Он прекрасно подходит для небольших листьев (не меняющих форму в растворе), веток и т.д., но. Об этом в следующей статье 🙂

А еще очень хочется рассказать про разные тонкости и хитрости: про создание равномерно крупитчатой структуры, или про наплывы меди, или про химическое и электрохимическое оксидирование (окраску в разные цвета), или про восстановление электролита.

Если у вас есть вопросы, можно задавать их в личном сообщении.

Источник

Состав электролитов цинкования и их режимы

Защитные свойства цинкового покрытия определяются не его средней толщиной на всей поверхности изделий, а фактической толщиной на том или ином участке и степенью его равномерности и целостности. Поэтому основная характеристика электролита при цинковании — рассеивающая способность.

Виды электролитов

Для осаждения цинка разработано большое количество электролитов как кислых, так и щелочных. Из кислых электролитов следует отметить:

• сернокислые и борфтористоводородные.

А из щелочных электролитов:

• цианистые и нецианистые. К ним относятся цинкатные, пирофосфатные и аммиакатные. Последние могут иметь и слабокислую реакцию.

Основное различие между ними — это низкая рассеивающая способность кислых и высокая рассеивающая способность щелочных электролитов. Промышленное применение из кислых электролитов нашли сернокислые электролиты, из щелочных -цианистые, а также их заменители — аммиакатные.

Для цинкования используют аноды из металлического цинка в форме вальцованных пластин толщиной 5-12 мм различных размеров или сферические аноды диаметром 50 мм. Во избежание загрязнения электролита аноды необходимо помещать в чехлы из кислотостойкой ткани (стеклоткань, шерсть). Аноды следует периодически очищать травлением или щетками. Сферические аноды более целесообразны, так как имеют равномерный износ и позволяют легко регулировать глубину погружения.

Кислые электролиты имеют плохую рассеивающую способность. Кроме того, покрытия, полученные в кислых электролитах, обладают более грубой структурой и меньшей коррозионной стойкостью, чем покрытия, полученные в щелочных электролитах. В то же время кислые электролиты устойчивы, допускают применение высокой плотности тока, особенно при перемешивании и высоком (близком к 100 %) выходе цинка по току. Покрытия имеют светлый цвет, характеризуются повышенной пластичностью, прочным сцеплением с основным металлом и могут выдержать различную механическую обработку. Поэтому кислые электролиты широко используют для нанесения покрытий на малорельефные изделия, а также полуфабрикаты — листы, проволоки, полосы.

Сернокислые электролиты отличаются простотой состава, низкой стоимостью компонентов и хорошим качеством покрытий даже при больших изменениях состава электролита и режима его работы. Так, температурный режим электролита колеблется в пределах 15-30 °С, а практически сернокислые электролиты позволяют вести осаждение цинка даже при температурах около 0 °С и ниже.

Для составления сернокислого электролита требуются следующие материалы:

1. Сернокислый цинк ZnSО₄*7Н₂О — белый кристаллический порошок, растворимость в воде при 20 °С — свыше 900 г/л;
2. Сернокислый натрий Na₂SО₄*10Н₂О — бесцветные кристаллы, растворимость в воде при 20 °С — более 400 г/л. Вводится для повышения электропроводности электролитов;
3. Сернокислый алюминий Аl₂(SО₄)₃*18Н₂О — бесцветная кристаллическая масса, растворимость в воде при 20 °С около — 50 г/л. Применяется как буферное соединение для поддержания рН на заданном уровне;
4. Пекстрин — желтый порошок, растворимый в воде с образованием клейкого мутного раствора. Применяется для создания мелкокристалличности покрытия. Качество и эффективность добавки следует проверять, растворением отдельной пробы в опытной ванночке;

При составлении сернокислого электролита желательно каждый из компонентов растворять в отдельности в теплой воде. После отстаивания и фильтрации растворы сливают вместе в рабочую ванну цинкования. Затем электролит доливают водой до заданного уровня и проверяют величину рН, корректируя ее 2-3%-ным раствором серной кислоты или едкого натра. После этого прорабатывают электролит на случайных катодах до получения светлых и гладких покрытий и приступают к его эксплуатации.

Некоторые составы кислых электролитов представлены в табл. 5.7.

Сернокислый электролит номер 1 предназначен для деталей простой конфигурации, позволяющий получать светлые матовые покрытия. Электролит номер 2 пригоден для непрерывного цинкования проволоки или ленты, с повышением плотности тока до 8-10 А/дм 2 . Следует иметь ввиду, что при плотности тока более 2 А/дм 2 обработку производят при перемешивании и фильтрации электролита. При введении в электролит блескообразователей типа дисульфонафталиновой кислоты покрытия (электролит номер 3) получаются очень светлые, блестящие или полублестящие.

Из кислых электролитов следует для отдельных работ рекомендовать борфтористоводородный. По стоимости компонентов он дороже сернокислого, но позволяет применять плотности тока от 10 и выше А/дм 2 , а насыщение водородом и, следовательно, водородная хрупкость в несколько раз ниже, чем при цинковании в других электролитах. Для электролита характерен следующий состав (г/л) и режимы:

• цинк борфтористоводородный — 280-300;
• аммоний борфтористоводородный — 28-30;
• аммоний хлористый — 28 30;
• солодковый корень — 0,5-1,0;
• кислота борфтористоводородная (свободная) вводится для достижения кислотности на уровне рН — 1,4-2;
• температура, °С — 15-25;
• плотность тока доходит, А/дм 2 — до 10;
• температура, °С — 50-55;
• плотность тока, А/дм 2 — до 50.

Таблица 5.7. Составы и режимы работы электролитов.

Источник