Современное представление прохождения процесса химического никелирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современное представление прохождения процесса химического никелирования

С.И. Бабяк - аспирант ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия

В статье представлены возможные механизмы реакций химического никелирования.

В настоящее время возникла необходимость в покрытиях, обладающих высокой технологичностью, хорошими антифрикционными свойствами, большой твёрдостью и износостойкостью и многими другими свойствами.

При использовании химического способа нанесения покрытий появляется возможность нанесения тонких плёнок с высокой степенью равномерности каталитически активных металлов и их сплавов даже на неметаллическую подложку, обладающую высокой удельной поверхностью, кроме того, благодаря этому способу появилась реальная возможность осуществлять размерное восстановление деталей.

Согласно современным представлениям, суммарный процесс химического никелирования включает в себя, по крайне мере, три реакции:

NiSO₄ + 2 NaH₂P0₂+ 2 Н₂0 > Ni + 2 NaH₂P0₃ + Н₂ + Н₂SO₄;

2NaH₂P0₂ >NaH₂P0₃ + P + NaOH + 1/2 H₂;

NaH₂P0₂ + H₂0> NaH₂P0₃ + H₂.

Согласно исследованиям К.М. Горбуновой, В.В. Свиридова [6, 7], механизм реакций при химическом никелировании представлен следующим образом. Первой стадией процесса является реакция взаимодействия гипофосфита с водой. Эта реакция, протекающая на каталитической поверхности, заключается в замене водорода из связи Р-Н в молекуле гипофосфита на группу - ОН из воды. Реакция, описывающая это взаимодействие, выражается уравнением

Н₂Р0^-_2адс + ОН^-_адс > Н₂РО^-₃+ H_адс + е. (1)

Образующиеся при реакции электрон и абсорбированный атом водорода в условиях кислой и слабощелочной среды взаимодействуют с ионами водорода по реакции

H_адс + e + H⁺_адс > H₂.

Суммарная реакция взаимодействия гипофосфита с водой соответствует уравнению

Н₂РО^-_2адс+ H₂ O >Н₂РО^-₃+Н₂ . (2)

В условиях щелочной среды (рН > 9) образующиеся при окислении гипофосфита в фосфит электрон и атом водорода из связи Р-Н, взаимодействуя с водой, приводят к молизации по типу электрохимической десорбции

Н_адс+ е + Н₂О_адс> Н₂+ ОН^-. (3)

Учитывая, что вторая константа диссоциации иона фосфита достаточно велика, можно полагать, что молизация водорода непосредственно связана с диссоциацией этого иона. В этом случае реакция элекрохимической десорбции может быть представлена уравнением

Н₂РО^-_адс+Н_адс+е> НРО^2-₃ + Н₂. (4)

Из уравнения (1) наглядно видно, что процесс окисления гипофосфита водой приводит к снижению рН раствора. Снижение рН раствора может оказаться и результатом непосредственной нейтрализации иона Н₂РО₃^- ионом ОН^-.

При наличии в растворе ионов никеля электроны, образующиеся по реакции (1), восстанавливают их до металла

Ni²⁺ + 2е >Ni.

Суммарную реакцию восстановления ионов никеля гипофосфитом можно представить в виде следующих уравнений:

Ni²⁺ + 2 Н₂РO₂^-_адс+ 2 Н₂O > Ni +2 Н₂РО₃ + 2Н+ + Н₂; (5)

Ni²⁺ + 2 Н₂РO^-_2адс+ 2 ОН^- > Ni +2 Н₂РО^-з + Н₂. (6)

При протекании реакций (5) и (6) могут также идти реакции (2)…(4), которые приводят к снижению коэффициента использования гипофосфита.

Одновременно с восстановлением никеля протекает реакция восстановления гипофосфита до элементарного фосфора. Реакция, приводящая к образованию фосфора, связана с разрывом связей Р-Н, Р-0 и Р - ОН в молекуле гипофосфита. Протекание указанной реакции может быть представлено следующим уравнением

Н₂Р0^-_2адс+е>Р+2 0Н^-. (7)

Суммарная реакция, включая и реакцию взаимодействия гипофосфита с водой, поставляющую электроны, выразится уравнением

2Н₂РО^-₂ > Н₂РO^-з + 2 ОН^- +1/2 Н₂. (8)

В соответствии с уравнением (7) экспериментально определяется установленная зависимость содержания фосфора в покрытиях от рН раствора, а именно: увеличение количества фосфора в осадке с уменьшением величины рН.

Процесс образования Ni-P-покрытий начинается самопроизвольно только на некоторых каталитически активных металлах. К их числу относятся никель, железо, кобальт, палладий и алюминий. Однако никелевое покрытие можно нанести и на другие металлы (например, на медь или латунь), если их после погружения в раствор привести в контакт с более электроотрицательным металлом, чем никель (например, с алюминием). В результате контактирования на поверхности покрываемого металла за счёт работы, возникающего при этом гальванического элемента, образуется слой никеля, на котором далее продолжается процесс восстановления [2, 3].

химический никелирование гипофосфит десорбция

Библиографический список

1. Горбунова К.М. Пути интенсификации процесса химического никелирования / К.М. Горбунова, А.А. Никифорова. - М.: ВИНиТИ АН СССР, 1958. 331 с.

2. Кельман Е.Я. Химическое никелирование. - М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского. 1958. Сб. 3. С. 41.

3. Зильберфарб М.И. Химическое никелирование / М.И. Зильберфарб, М.П. Гаретовская, - М.: МДНТП им. Ф.З.Дзёржинского. Сб. 1. 1958. 31 с.

Размещено на Allbest.ru