Электролиты цинкования

кислые электролитические растворы

Электролиты цинкования разнообразны по своему химическому составу, т. к. цинк способен образовывать различные растворимые и нерастворимые соединения в щелочных и кислых средах. Реакции, при которых образуются цинковые водорастворимые соединения (в электролитах цинкования), протекают в диапазоне кислотности (рН) от 0 до 14.

Электролиты цинкования. Классификация и виды

 

Электролиты цинкования по характеру среды делятся на

· кислые (хлоридные, сульфатные,кремнефтористоводородные , борфтористоводородные)

· слабокислые электролиты (сульфатно — аммонийные, хлоридно -аммонийные, хлоридные безаммонийные),

· слабощелочные или нейтральные (аммиакатные, пирофосфатные, аминокомплексные),

·  щелочные электролиты (цианидные, цинкатные).

Электролиты для цинкования по составу  могут быть

· простыми (к ним относятся кислые и слабокислые электролиты),

· комплексными.

В простых электролитах цинкования металл находится в виде катионов(Zn^(2+)*mH_2 O) . Механизм разряда цинка на катоде основывается на реакции присоединения к каждому иону цинка двух электронов: Zn^(2+)*mH_2 O+2¯e=Zn+mH_2 O. Двухвалентные ионы цинка разряжаются при низкой катодной поляризации (20-40 мВ). Выход по току в простых электролитах достигает 98%. Рассеивающая способность простых электролитов низкая. Структура осажденного слоя имеет неравномерное, крупнокристаллическое строение.

Комплексные электролиты цинкования характеризуются наличием в составе рабочего раствора комплексных анионов цинка: [〖Zn(CN)〗_4 ]^(2-) , [〖Zn(OH)〗_4 ]^(2-),     [〖Zn(CN)〗_4 ]^(2-). Механизм разряда ионов цинка может протекать двумя способами:

  1. [Zn(CN)_4 ]^(2- )= Zn^(2+)+ 4CN^-; Zn^(2+)+2¯e=Zn.
  2. [Zn(CN)_4 ]^(2-)+2¯e=Zn+4CN^-.

Осаждение цинка на катоде (разряд) происходит при высокой катодной поляризации. Выход по току в различных по химическому составу комплексных электролитах значительно уменьшается, по сравнению с простыми. Рассевающая способность увеличивается. Микроструктура цинкового покрытия имеет мелкозернистое строение.

Основные технологические параметры электролитов для цинкования

 

Основными отличительными признаками цинкования в различных электролитах являются:

· катодная поляризация – изменение разряда на катоде при изменении величины плотности тока (при высокой катодной поляризации высокая электропроводность электролита),

· поляризуемость электролита в процессе осаждения цинка (чем выше поляризуемость (потенциал) при изменении плотности тока, тем лучше рассевающая способность электролита),

· кинетика и механизм электроосаждения цинка.

На критерии поляризации и поляризуемости активное влияние оказывает не только тип электролита (простой, комплексный), но и рабочий интервал температур при цинковании, химический состав, концентрация составляющих компонентов, блескообразующие активные добавки. Самые высокие показатели поляризуемости присущи щелочным электролитам (цианидным, цинкатным).

Величина разряда комплексных ионов на катоде выше, чем катодная поляризация гидратированных ионов. Следовательно, рассеивающая способность увеличивается, структура поверхностного слоя становится равномерно мелкозернистой, плотной. Однако выход по току уменьшается. Цинк на аноде в результате гальванического процесса растворяется с образованием положительно заряженных гидратированных ионов и комплексных анионов.

Сравнительный анализ электролитов для цинкования 

Цинковые соли в кислых и слабокислый электролитах хорошо растворимы в воде, поэтому анодное растворение цинка происходит легко, без затруднений и практически без выделения водорода. Процесс протекает при невысокой катодной поляризации, с высокими показателями выхода по току и скоростью осаждения, низкой рассеивающей способностью.

К основным достоинствам цинкования в кислых электролитах относятся:

· высокая производительность процесса,

· стабильность и простота,

· низкий процент наводораживания готовой продукции,

· отсутствие в процессе производства ядовитых веществ.

Используются кислые электролитические растворы для оцинковки деталей простой конфигурации (проволоки, листов, ленты, стержней, пластин).

В щелочных электролитических растворах анодно — катодные процессы затруднены. Это объясняется тем, что

· выделение цинка на катоде происходит из комплексных соединений (в щелочной среде происходит гидролиз солей цинка с образованием нерастворимого осадка, поэтому в рабочем растворе необходимы компоненты, которые способны образовывать водорастворимые соединения цинка),

· разряд цинка сопровождается выделением водорода (при увеличении плотности тока возрастает потенциал выделения цинка на катоде и возрастает скорость выделения водорода),

· в составе рабочего раствора присутствуют различные загрязнения и примеси,

· существует возможность протекания на аноде как электрохимических, так и химических реакций растворения цинка.

Все вышеперечисленные факторы уменьшают показатель выхода металла по току.

В щелочных электролитах за счет высокой катодной поляризации происходит равномерное распределение осаждаемого цинка на катодной поверхности, поэтому их используют при цинковании изделий различной геометрической формы и конфигурации. К недостаткам щелочного цинкования можно отнести следующие показатели:

· наводораживание оцинкованной поверхности, что ухудшает механические свойства изделия, уменьшает пластичность, увеличивает возможность хрупкого разрушения,

· неустойчивость химического состава,

· наличие в составе некоторых электролитов ядовитых веществ (цианидные).

 

При выборе типа электролита для промышленного применения учитываются:

· производительность,

· технологическая простота использования,

· возможность получения равномерного покрытия,

· толщина и структура поверхностного слоя,

· покрытие деталей различной конфигурации,

· экологические параметры.

Разнообразие электролитических составов расширяют возможности нанесения цинкового покрытия гальваническим путем.