УДК 621.357.035: 546.76
,
ХРОМОВЫЕ ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЯ ИЗ МАЛОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ХРОМИРОВАНИЯ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ
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 t – 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, 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 качествен-
ные хромовые покрытия осаждаются при плотностях 50…60 А/дм2 с малым выходом металла (11…13 %).
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.
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 (d = 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, хромовых покрытий, полученных из малоконцентрированных электролитов с органическими добавками / , , // Защита металловТ30. - №3. - С.322 –324.
Материал поступил в редколлегию 20.04.07.
