Цинкование в аммиакатных электролитах.

В заводской практике широкое применение получили так называемые аммиакатные электролиты, в которых цинк находится в виде комплексного катиона . По своим эксплуатационным свойствам аммиакатные
электролиты в большей степени, чем другие приближаются к цианистым и являются безвредными. Аммиакатные соли образуются при взаимодействии окиси цинка с аммонийными солями по реакции:

ZnO + 2NH₄Cl = Zn(NH₃)₂Cl₂ + H₂O (4)

Аммиакатно-хлористый комплекс, являющийся более устойчивым, чем аммиакатно-сульфатный, очень слабо диссоциирует в водных растворах (константа нестойкости К=2·10^-10), поэтому процесс электролиза протекает с большой катодной поляризацией. Аммиакатный электролит лишь немного уступает по рассеивающей способности цианистому. В состав аммиакатных электролитов вводятся для стабилизации величины рН буферные добавки в виде борной кислоты или уксуснокислого натрия, а также поверхностно-активные коллоидные вещества — клей, желатин. Большим преимуществом аммиакатных электролитов является их высокая электропроводность, что позволяет особо эффективно использовать аммиакатные электролиты для покрытия мелких деталей в колокольных или барабанных ваннах, так как достигается возможность получения высоких плотностей тока при сравнительно небольшом напряжении на ванне (4-6В).

В гальванических цехах наиболее распространены аммиакатные электролиты следующего состава (г/л) и режимы работы:

1 вариант 2 вариант

Окись цинка ZnO …………………………………………12-15 90-120

Хлористый аммоний NH₄C1……………………………240-260 280-350

Борная кислота Н₃В0₃…..………………………………….....20-25 —

Клей столярный…………………………………………….1-2 5-7

Величина рН……………………………………………...6,5-6,7 7,8-8,4

Температура электролита в °С…………………………...18-35 —

Катодная плотность тока D_ik в А/дм²:

при 18° С………………………………………………….0,8-1,0 3-6

35° С……………………………………………….......1,0-2,0 —

Катодный выход по току в % …………………………….98-99 98

Электролит рекомендуется применять для покрытия деталей на подвесках и в барабанах.[5]

Аммиакатно - уротропиновый электролит.

На ряде предприятий успешно эксплуатируются уротропиновые электролиты, в которых цинк содержится в виде сложного уротропиново-аммиачного комплекса типа Zn[(C₆H₁₂N₄)₄ (NH₃)₃]²⁺.

Для получения полублестящих осадков цинка рекомендован электролит следующего состава (г/л):

Окись цинка ZnO …………………………………………………….25-30

Хлористый аммоний NH₄C1……………………………………….200-220

Уротропин C₆H₁₂N₄…………………………………………………..90-100

Бура Na2B₄O₇· 10H₂O………………………………………………...15-20

Фурфурол………………………………………………………………3-5

Аммиак (25-процентный) в мл/л…………………………………….25-30

Величина рН………………………………………………………….7,5-8

Катодная плотность тока D_ik в А/дм²…………………………………3-6

Температура электролита в °С……………………………………….20-30

Этот электролит, весьма близок к цианистым по скорости осаждения цинка и качеству покрытия. Стоимость аммиакатно-уротропиновых электролитов одинакова со стоимостью цианистых, так как технический уротропин весьма дешев. Реверсирование тока при отношении катодного периода к анодному 10:1 позволяет применить повышенную плотность тока и улучшить структуру катодных осадков.

 

2.1.4.6. Пирофосфатный электролит.

Пирофосфорная кислота и ее соли легко образуют соответствующие комплексные соли с ионами более тяжелых металлов (Zn, Mg, Сu и др.), в которые данный металл входит в состав комплексного аниона. Так, соли цинка, реагируя с пирофосфорнокислым натрием, образуют вначале осадок пирофосфорного цинка, который затем растворяется в избытке пирофосфата натрия с образованием комплексных солей:

2ZnS0₄ + Na₄P₂O₇ = Zn₂P₂O₇ + 2Na₂S0₄

и далее

Zn₂P₂O₇ + Na₄P₂O₇ = 2Na₂[Zn(P₂O₇)₂]

или

Zn₂P₂O₇ + 3 Na₄P₂O₇ = 2Na₆[Zn(P₂O₇)₂].

Пирофосфорные электролиты совершенно безвредны, а основной компонент электролита — пирофосфорнокислый натрий — является недефицитным дешевым материалом. По этой причине пирофосфатные электролиты в ряде случаев могут являться заменителями цианистых электролитов. Пирофосфатный электролит цинкования устойчив в работе и обеспечивает получение мелкозернистых плотных цинковых покрытий. Рассеивающая способность электролита превосходит рассеивающую способность сернокислых и борфтористоводородных электролитов, поэтому его можно рекомендовать для цинкования рельефных деталей взамен цианистого электролита.

Состав электролита следующий (г/л):

Пирофосфат натрия Na₄P₂O₇ · H₂O…………………………………… 150-200

Сернокислый цинк ZnS0₄ ·7H₂O………………………………………... 40-50

Фтористый калий KF…………………………………………………….. 5-10

Величина рН……………………………………………………………… 8-9,5

Доброкачественные осадки цинка получаются при плотности тока 1,0 A/дм² и температуре электролита 50° С.

 

Цинкатные электролиты.

Цинкатные электролиты очень просты по составу. В основном они содержат цинк в виде цинката и едкую щёлочь.

В цинкатном электролите цинк находится в виде цинката натрия. Для обеспечения стабильной работы этого электролита и получения светлых осадков цинка без губчатых и дендритных отложений в электролит вводятся
в небольших количествах соединения олова, ртути или свинца. Наиболее удовлетворительные результаты дает введение солей четырехвалентного олова в виде станната натрия Na₂SnO₃. Рассеивающая способность цинкатных электролитов занимает промежуточное значение между
цианистыми и кислыми. Катодная поляризация в цинкатных электролитах незначительна и хорошая рассеивающая способность обусловлена исключительно высокой электропроводностью.

Известен раствор цинкования предназначенный электроосаждения полублестящих цинковых покрытий на движущейся стальной ленте или проволоке.

Таблица 2.2

Состав электролита

1. Цинка окись (цинк металлический), г/дм^3	22,5
2. Гидроксид натрия, г/дм^3
3. Блескообразующая добавка Likonda ZnSC-R, см^3/дм^3
4. Добавка Likonda ZnS-K*, см^3/дм^3	0,1

Режим работы

Температура, ºС	20-50
Аноды	цинковые (Ц0, Ц1), стальные

Добавка LIKONDA® ZnS-К используется лишь в случаях, если вода очень жёсткая и/или загрязнена ионами посторонних металлов. Процесс Likonda ZnSC-R можно успешно использовать и при высоких 8 – 11 A/дм², и при низких 2 – 8 A/дм² плотностях тока, что отличает его универсальность. Полученные покрытия пластичны даже при толщине 30 микрон. Электролит стоек к высоким температурам до +50°C, имеет прекрасную кроющую и рассеивающую способность в широком интервале плотностей тока.

Выход металла по току в цинкатных электролитах близок к 100% и мало меняется с изменением условий электролиза. Осадки, полученные из цинкатных электролитов, имеют крупнокристаллическую структуру и отличаются неравномерной толщиной слоя. Это связано с малой катодной поляризацией.

Улучшение качества осадков, полученных из цинкатных ванн, достигается добавлением в электролит небольших количеств солей олова, свинца и ртути (это способствует растворению цинка).

2 Zn + Sn⁴⁺ = 2 Zn²⁺ + Sn.

Рассеивающая способность цинкатных ванн в присутствии солей указанных металлов и при низкой плотности тока достаточно высока.

Примерный состав цинкатного электролита (г/л):

ZnO……………………………5-50

NaOH…………………………65-220

Na₂SnO₃……………………….0,2-0,5

Процесс ведут при 50–70 °С. Катодная плотность тока 0,5–4 А/дм². выход по току 96–98%.

Сравнение достоинств и недостатков для различных типов электролитов цинкования можно наглядно увидеть в таблице 4.

Таблица 2.3