Слабокислые электролиты цинкования

Цинковое, гальваническое покрытие

Слабокислые электролиты цинкования формируются на базе солей соляной или серной кислот (хлориды, сульфаты). Рабочий диапазон кислотности для слабокислых электролитов цинкования находится в пределах от 4,5 до 6,5.
Различают два основных вида слабокислых электролитов цинкования:

• аммонийные — комплексные химические растворы, содержащие соли аммония (сульфатно-аммонийные, хлоридно-аммонийные),
• безаммонийные – простые электролитические составы (хлоридные).

Безаммонийные электролиты обладают схожими технологическими параметрами с простыми кислыми электролитическими растворами цинкования. Использование специальных блескообразующих добавок приводит к росту технологических показателей слабокислых электролитов, улучшая микроструктуру поверхностного слоя и внешний вид изделия.

Слабокислые электролиты для цинкования различают по

• химическому составу,
• блескообразующим, стимулирующим добавкам.

Сравнительный анализ электролитов цинкования

Кислые простые электролиты цинкования и слабокислые электролитические растворы. Процент выхода по току для слабокислых электролитов цинкования находится в диапазоне от 95% до 98%, такой же, как и в простых кислых растворах. Показатели рассеивающей способности слабокислых цинковых растворов значительно выше, за счет дополнительного использования функциональных добавок.

Щелочные и слабокислые электролиты цинкования. Высокая рассеивающая способность щелочных электролитов (цинкатных, цианидных) обусловлена высокими показателями

• электропроводности,
• поляризуемости.

Повышение плотности тока приводит к снижению технологического параметра – выхода по току. В слабокислых электролитах этот показатель неизменен — около 98%. Поэтому толщина цинкового слоя в щелочных электролитах наиболее равномерна по всей длине детали (разница в толщине от участка ближнего к аноду до самого удаленного от него составляет 20%), у слабокислых электролитов этот показатель находится в пределах 60÷70%(коэффициент неравномерности покрытия).

Зависимость выхода по току цинка от плотности тока в слабокислом электролите цинкования

Рассеивающая способность электролита обратно пропорциональна коэффициенту неравномерности покрытия:

• для щелочных электролитов — 80%,
• для слабокислых — 60%.

Низкая рассеивающая способность слабокислых электролитических растворов – результат низкой поляризуемости, т. к. изменение плотности тока не меняет показателей выхода по току.

Распределение цинка на катоде в слабокислом электролите цинкования

Согласно вышеприведенному графику, в зоне низких показателях плотности тока:

• в щелочном электролите цинк осаждается в большем объеме,
• в слабокислом растворе цинкования – показатели прироста цинковой массы относительно малы.

Кривые графического изображения наглядно показывают, что для щелочного электролита цинкования разброс данных по массе прироста осадка меньше, чем в слабокислом электролитическом растворе.

В связи с тем, что выход по току у слабокислых электролитов намного выше, чем у щелочных, то показатели прироста цинкового осадка за одинаковый промежуток времени в слабокислом растворе будут выше, чем в щелочном (в 1,5 раза).

В слабокислых электролитах цинк осаждается быстрее и в большем объеме. Однако поверхностный слой различен по своей толщине, возможен вариант отсутствия цинкового покрытия в труднодоступных местах (углублениях, выемках, отверстиях). В щелочных растворах, за счет высокой рассеивающей способности, распределение цинкового осадка равномерно по всей поверхности с процинковкой труднодоступных участков.

Слабокислые и цианидные электролиты цинкования. Сравнивая электролитические растворы с экологической точки зрения, однозначный напрашивается вывод, что слабокислые электролиты опаснее цианидных. Это объясняется проблемой нейтрализации и утилизации технологических отходов производственных процессов. Цианидные соединения, получаемые после цинкования, токсичны, но вопросы их обезвреживания успешно решаются. После оцинковки деталей в слабокислых аммонийных электролитах, промывочные сточные воды содержат комплексные соединения аммония с железом, медью, хромом и др. металлами. Эти комплексы обладают прочными химическими связями и при нейтрализации сопротивляются выделению гидроксидов. Обезвреживание отходов после слабокислого процесса цинкования приводит к дополнительным затратам.

Добавки для слабокислых электролитов цинкования

Блескообразующие добавки для слабокислых электролитов цинкования – это комплексные соединения, состоящих из нескольких веществ.

Первый компонент стимулирующих добавок. Эмульгатор – поверхностно-активное вещество, легко растворимое в электролите. Компонент предназначен для

• увеличения показателей катодной поляризации,
• роста поляризуемости рабочего раствора при цинковом разряде,
• расширения рабочего интервала плотностей тока, стимулирующих создание мелкодисперсного цинкового слоя,
• создания с труднорастворимыми веществами, присутствующими в электролите, блескообразующих композиций.

Второй компонент стимулирующих добавок. Плохо растворимое в электролите вещество, образующее эмульсионную композицию с первым компонентом (неионогенным ПАВ). Второй компонент добавок – блескообразователь, производимый из ароматических альдегидов или др. веществ.
Каждый из используемых компонентов в отдельности тормозит процесс катодного осаждения цинка (эмульгатор – в большей степени). Общее взаимодействие двух компонентов в электролитическом растворе

• стимулирует катодную поляризацию,
• улучшает поляризуемость слабокислого электролита,
• увеличивает рассевающую способность.

В результате чего, получается блестящее цинковое покрытие с мелкокристаллической структурой.

Особенности выбора добавок для слабокислого электролита цинкования

1. Рост температурного режима рабочего раствора (от 35°C и выше) ухудшает

• технологические свойства эмульсионной композиции, которая становится нестабильна,
• качество получаемого покрытия.

2. Повышенное содержание эмульгатора (ПАВ) в слабокислом электролите цинкования приводит к обильному пенообразованию при непрерывном воздушном перемешивании рабочего раствора.

3. Высокая концентрация поверхностно-активных веществ в электролите создает дополнительные проблемы при нейтрализации и очистке сточных вод.

Недостатки слабокислых электролитов цинкования

1. При оцинковке деталей, имеющих сложный профиль, могут возникнуть проблемы, связанные с неравномерностью наложения цинкового покрытия (большая разбежка по толщине слоя).
2. Химическая агрессивность электролита. Загрязнение рабочего раствора ионами железа (упавшие на дно детали, коррозия незащищенных конструкций и приспособлений в рабочем пространстве технологической ванны). Следствие – ухудшение качества покрытия (дефекты покрытия – отслоение цинкового слоя, шелушение, отсутствие покрытия и др.).
3. Возможность образования щелевой коррозии после процесса цинкования на изделиях с точечносварными и заклепочными соединениями.
4. Использование в технологическом процессе специального, химически устойчивого оборудования и коррозионностойких приспособлений.

Дефекты покрытия после оцинковки деталей в слабокислых электролитах цинкования

Неполадки в работе слабокислых электролитов цинкования и пути их устранения наглядно представлены в таблице.

Области применения слабокислых электролитов цинкования

Слабокислые электролиты цинкования используются для получения блестящих и ярко-блестящих цинковых покрытий на изделиях, имеющих простую конфигурацию. Однако слабокислые электролиты цинкования обладают хорошей кроющей способностью, поэтому их активно используют при оцинковке сложнопрофильных деталей из чугуна, где рассевающая способность не так важна.

Чугун и высокоуглеродистые стали – основные материалы для нанесения цинкового покрытия из слабокислых электролитов. Благодаря использованию разнообразных стимулирующих добавок, расширяется и область применения слабокислых электролитов цинкования.