Кислые электролиты цинкования

кислые электролиты цинкования

Кислые электролиты цинкования, чаще всего, просты по своей форме, цинк в них находится в виде гидратированного катиона Zn^(2+). Процесс разряда положительно заряженного иона цинка на катоде в кислых электролитах протекает по формуле: Zn^(2+ )+2е=Zn.

Соли кислых электролитов цинкования

Основными компонентами рабочего состава являются следующие соли цинка:
· ZnSO_4 *〖7H〗_2 O(сернокислый электролит),
· ZnCl_2(хлористый электролит цинкования),
·〖〖Zn(BF〗_4)〗_2(борфтористоводородный электролитический раствор),
· ZnSiFe_6(кремнефтористоводородный электролит).

Сульфат цинка хорошо растворяется в воде. Средняя концентрация соли в рабочем растворе находится в интервале от 150 до 300г/л. Электропроводность хлористого цинка в 2 раза выше, чем сернокислого. Хлористые электролиты используются реже, чем сульфатные, т.к.
· ZnCl_2 в чистом виде получить затруднительно,
· наличие большего количества примесей,
· большая концентрация анионов Cl приводит к быстрому растворению цинковых анодов, а также может вызвать разрушение готового цинкового покрытия и вызвать коррозию поверхностного слоя металлической основы изделия.

Фторборатные электролиты обладают более высокими технологическими характеристиками, по сравнению с хлористыми и сульфатными. У них высокая рассеивающая способность, их можно использовать при более высоких плотностях тока. Однако в промышленности они не нашли активного применения. Это объясняется
· высокой стоимостью химических составляющих,
· сложностью приготовления рабочего раствора,
· экологической вредностью соединений бора.

Содержание цинка в кислом электролите определяет скоростной режим нанесения защитного слоя. Высокая концентрация положительно заряженных ионов Zn^(2+) в рабочем растворе позволяет производить оцинковку при высоких предельно допустимых показателях плотности тока. Однако, чем выше плотность тока, тем меньше рассеивающая способность. В результате чего, поверхностное покрытие имеет неоднородную структуру, слой пористый и рыхлый.

В кислых электролитах цинкования высокий процент выхода потоку (~ 98%). Стабильность электролитического процесса обеспечивается за счет выверенного содержания солей в рабочем растворе, поэтому анодный процесс в рабочем пространстве протекает беспрепятственно. Состав некоторых электролитов дополнительно создает возможность увеличения концентрации содержания цинка за счет химической реакции растворения анодов.

Добавки для кислых электролитов цинкования

Показатели кислотности(pH) для рассматриваемых электролитов лежат в диапазоне от 4 до 5. Увеличение рН в рабочем растворе приводит к интенсивному процессу выделения водорода на поверхности катода, что снижает процент выхода по току и ухудшает качество цинкового покрытия. Повышение кислотности может создать условия, при которых происходит процесс формирования щелочного слоя в прикатодном пространстве с образованием гидроксидов цинка, что ухудшает технологические характеристики и декоративные качества цинкового слоя.

Для поддержания РН в заданном интервале в кислые электролиты вводят буферные добавки:
· сульфат алюминия, 〖 Al〗_2 〖〖(SO〗_4)〗_3 , алюминиевые квасцы с содержанием до 30 г/л (для сульфатных),
· NH_4 Cl (для хлоридных),
· H_3 BO_3 (для фторборатных),
· борную (до 30 г/л) или уксусную кислоту (от 20 до 30 г/л), или ацетат натрия.

Для улучшения технологических характеристик процесса цинкования, для повышения показателя электрической проводимости рабочих растворов, для увеличения катодного выхода по току в электролиты вводятся соли щелочных металлов: 〖(NH〗_4 )_2 SO_4, Na_2 SO_4 — для сульфатных, NaCl , NH_4 Cl — для хлоридных, NH_4 BF_4 — для фторборатных.

Добавки стимулируют увеличение катодной поляризации и рассевающей способности, что приводит к улучшению микроструктуры и качества поверхностного слоя. В результате получается цинковое покрытие, имеющее мелкозернистое строение, с блестящим серебристым оттенком.

С увеличением температурного режима свойства стимулирующих добавок (ПАВ, блескообразователей) ухудшаются. Поэтому рабочий диапазон температур кислого электролита с дополнительными ингредиентами составляет 18 — 25 градусов С, с предельно допустимой плотностью тока от 2 до 3 А/дм2 (в неперемешиваемых электролитах). Если электролитический процесс протекает без дополнительной стимуляции, то рабочая температура электролита повышается до 50 градусов С, а плотность тока — до 5 А/дм2.

Использование ультразвукового сигнала в процессе цинкования позволяет увеличить предельно допустимый интервал плотностей тока от 20 до 50 А/дм2. При этом улучшается качество покрытия (поверхностный слой имеет блестящий вид, серебристый цвет), микроструктура слоя — равномерная, мелкозернистая. Катодный выход по току составляет 95 – 100%.

Наличие вредных примесей в электролите замедляет технологический процесс, ухудшает качество цинкового покрытия. Вредными примесями для кислых электролитов являются соли металлов, имеющих больший положительный электрический потенциал, чем цинк (медь, мышьяк, сурьма, серебро, висмут, кадмий, олово и др.).

Неполадки в работе кислых электролитов цинкования и пути их устранения

дефекты кислого цинкования Кислые электролиты используются для нанесения защитного покрытия на детали простой формы (листа, проволоки, ленты и др.). Оцинковке могут подвергаться стальные и чугунные изделия.