Хромовые гальванопокрытия из малоконцентрированных электролитов хромирования с органическими добавками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Хромовые гальванопокрытия из малоконцентрированных электролитов хромирования с органическими добавками

В.П. Горшунова, Т.Н. Цветкова

Предложены результаты исследования процесса хромирования из малоконцентрированных электролитов, один из которых является саморегулирующимся. Установлены оптимальные условия электроосаждения для получения качественных хромовых покрытий в стационарном режиме. Изучены некоторые свойства хромовых покрытий.

Снижение токсичности электролитов хромирования, повышение их эффективности и улучшение свойств покрытий - актуальные проблемы гальваностегии - связаны с необходимостью охраны окружающей среды, уменьшения затрат на очистные сооружения, экономии ценного металла хрома и топливно-энергетических ресурсов.

Наиболее перспективными с экологической точки зрения являются малоконцентрированные электролиты хромирования, содержащие различные органические и неорганические добавки. Однако большинство известных разбавленных электролитов, так же как и стандартный, широко применяемый в промышленности, имеют существенный недостаток: в процессе электроосаждения нарушается необходимое соотношение между хромовым ангидридом и ионом SO42-, равное 100:1, что приводит к уменьшению рассеивающей способности электролита, снижению качества покрытия. С целью обеспечения стабильности процессов хромирования созданы саморегулирующиеся электролиты.

Хромовые покрытия осаждали из электролитов следующего состава (г/л): CrO3 - 150, H2SO4 - 1,5 (электролит 1); CrO3 - 150, H2SO4 - 1,5, КФ (кристаллический фиолетовый - органическая добавка - катализатор) - 1,5 (электролит 2); CrO3 - 150, SrSO4 - 6, КФ - 1,5 (электролит 3). Электролит 3 - саморегулирующийся, в нем автоматически поддерживается указанное соотношение CrO3 и иона SO42- (благодаря замене серной кислоты сульфатом стронция). Добавка КФ не является экологически опасной и дефицитной. Режим электролиза - стационарный, плотность катодного тока ik - 20…240 А/дм2, продолжительность электролиза - 5…50 мин, температура электролита t - 30…60 оС. Катоды - компактная медь, медная фольга, сталь; аноды - свинцовые.

Для определения оптимальных режимов хромирования из исследуемых электролитов изучены зависимости выхода хрома по току (ВТCr) от ik , , t, а также некоторые физико-механические свойства хромовых покрытий (шероховатость и твердость).

Известно, что электролиты хромирования подвергаются предварительной проработке для накопления в них небольшого количества соединений трехвалентного хрома (1 - 2% от количества растворенного хромового ангидрида). В отличие от исследуемых электролитов 1 и 2, для проработки которых требуются плотности катодного тока 60…70 А/дм2, температура 55 оС, длительное время 2…2,5 ч, саморегулирующийся электролит 3 прорабатывается в течение 1 ч при температуре 50 оС и более низкой плотности катодного тока, равной 25 А/дм2.

Зависимости выхода по току от плотности катодного тока, представленные на рис.1, указывают на то, что в результате снижения концентрации хромового ангидрида до 150 г/л в электролитах 1 - 3 (кривые 1 -3) и введения добавки КФ в электролитах 2,3 повышается скорость осаждения хрома в 2 - 2,5 раза по сравнению со стандартным электролитом, где концентрация CrO3 составляет 250 г/л (кривая 4); расширяется диапазон рабочих плотностей тока (25…160 А/дм2) для получения качественных гальванопокрытий с выходом хрома по току 22…28 %, в то время как из стандартного электролита качественные хромовые покрытия осаждаются при плотностях 50…60 А/дм2 с малым выходом металла (11…13 %).

Рис. 1 - Зависимость выхода хрома по току от плотности катодного тока при продолжительности электролиза 5 мин, температуре электролитов 55°С: 1-3 - электролиты 1-3 соответственно; 4 - стандартный электролит

хромирование электролит покрытие токсичность

Электроосаждение хрома из саморегулирующегося электролита хромирования происходит с практически постоянным выходом хрома по току, равным 22%, в широком диапазоне плотностей катодного тока (25…160 А/дм2) (кривая 3). Данные, представленные на рис.2, свидетельствуют о том, что с увеличением продолжительности электролиза от 5 до 50 мин выход хрома по току из электролитов 1,2,4 уменьшается (кривые 1,2,4), в то время как для саморегулирующегося электролита 3 он остается постоянным (22%) (кривая 3). Очевидно, что замена серной кислоты сульфатом стронция способствует регулированию рН прикатодного слоя и улучшению качества хромовых покрытий.

Рис. 2 - Зависимость выхода хрома по току от продолжительности электролиза при плотности катодного тока 70 А/дм², температуре электролитов 55°С

Изучена зависимость выхода хрома по току от температуры электролита. Результаты исследований свидетельствуют о существенном преимуществе хромирования из малоконцентрированного саморегулирующегося электролита 3. Осаждение хрома из такого электролита можно осуществлять при температуре 45…55 оС с выходом по току 22%. Снижение температуры от 55 (электролиты 1,2) до 45 оС (электролит 3) способствует уменьшению испарения электролита, а следовательно, загрязнения окружающей среды. Существенным преимуществом также является сокращение времени проработки саморегулирующегося электролита перед началом хромирования.

Проведенные исследования позволили установить оптимальные условия электроосаждения хрома из малоконцентрированных электролитов 1 -3: ik - 60…70 А/дм2, t - 55…57 0C (электролиты 1,2) ; ik - 50…70 А/дм2, t - 45…50 oC (электролит 3).

Продолжительность электролиза зависит от толщины покрытия. Средняя скорость хромирования и выход по току составляют 0,9 мкм/мин и 22…24 % соответственно.

Изучены шероховатость и микротвердость хромовых покрытий. Микротвердость хромовых покрытий ( = 22 мкм), полученных при оптимальных условиях электролиза из электролитов 1 - 3, превышает ту же величину для покрытий из стандартного электролита (7,6 гПа) и составляет соответственно 9,3, 10,36 и 11,0 гПа.

Таким образом, исследования показали, что малоконцентрированные электролиты хромирования, являясь менее токсичными и экологически более предпочтительными в сравнении со стандартными, отличаются большей производительностью ( в 2 -2,5 раза), широким диапазоном плотностей тока (25…160 А/дм2). Хромовые покрытия, полученные из разбавленных электролитов, характеризуются более высокой микротвердостью и гладким профилем поверхности [1].

На основании данных исследований можно сделать вывод, что наиболее перспективно хромирование из малоконцентрированного саморегулирующегося электролита, в котором серная кислота заменена сульфатом стронция.

Использование саморегулирующегося электролита позволяет стабилизировать рН прикатодного слоя, ионный состав, поддерживать постоянным соотношение компонентов CrO3 : CrO22-, интенсифицировать процесс, осуществляя его при более низких температурах. Покрытия, осаждаемые из саморегулирующегося электролита хромирования, характеризуются улучшенными физико-химическими свойствами.

Малоконцентрированные электролиты, содержащие КФ, предназначены для получения защитно-декоративных и износостойких покрытий.

Список литературы

1. Фаличева, А.И. Шероховатость хромовых покрытий, полученных из малоконцентрированных электролитов с органическими добавками / А.И. Фаличева, Р.И. Бурдыкина, В.П. Горшунова // Защита металлов. - 1994. - Т30. - №3. - С.322 -324.

Размещено на Allbest.ru