Исследование возможности осаждения гальванического сплава цинк – олово

Развитие цивилизации во многих странах идет по пути роста промышленного производства металлов и сплавов. Однако не весь производимый металл находит практическое применение. Один из основных факторов, снижающих надежность и долговечность металлоконструкций, - коррозия металлов. Коррозионное разрушение металла и металлических изделий ведет к большим потерям. Ежегодно из-за коррозии теряется свыше 20% всего вырабатываемого металла; при этом суммарный ущерб в промышленных странах достигает 4 – 5% от национального дохода.

В общей системе мероприятий по защите металлических изделий, конструкций и сооружений от коррозии большое значекние имеют защитные покрытия, призванные изолировать металл от воздействия агрессивной среды; наличие покрытия на поверхности металла предотвращает работу гальванических микропар. Широко используются металлические покрытия, наносимые на защищаемую поверхность гальваническим способом. Эти покрытия повышают износостойкость деталей и их электрическую проводимость, улучшают внешний вид и другие свойства изделий.

В последнее время для решения многих технических задач, наряду с покрытиями, имеющими улучшенные противокоррозионные свойства, требуются покрытия, обладающие особыми магнитными свойствами, электропроводимостью, износоустойчивостью, пластичностью, полупроводниковыми свойствами, антифрикционными и другими специальными, заранее заданными свойствамии их сочетаниями, способностью сохранять паяемость после длительного хранения. Для этой цели вместо чистых металлов применяют споавы из двух и более компонентов. Большой интерес представляют сплавы металлов, которые не удается электрохимически осадить в чистом виде. Так, до сих пор не получены из водных растворов вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, но найдены условия для осаждения сплавов этих металловс оловом, никелем, кобальтом и железом. Электрохимический способ позволяет получать также сплавы, которые не могут быть созданы термическим методом, так как их компоненты не растворимы друг в друге. Из изученных свыше трехсот сплавов лишь немногие нашли промышленное применение из-за сложности процесса, необходимых условий их получения.

Целью данной работы явилось исследование возможности осаждения сплава цинк – олово гальваническим. Достижение поставленной цели осуществлялось путем решения следующих задач: 1) изготовление анода из сплав заданного качественного и количественного состава; 2) выявление возможности получения гальванического покрытия из сплава цинк – олово; 3) изучение некоторых показателей качества гальванических покрытий сплавом цинк – олово.

• Одной из трудностей получения гальванического сплаво-покрытия является отсутствие анода из соответствующего сплава. В работе предложен термический путь получения анода, с учетом того факта что данный способ пригоден лишь для металлов, растворимых друг в друге. Выбор сплава цинк – олово данного исследования связан с рядом причин. Так, цинк является сравнительно дешевым, доступным, нетоксичным металлом Наличие в сплаве оловва обеспечивает ппокрытию такое важное свойство, как паяемость. Кроме того, оба металла имеют достаточно низкие температуры кипения, что позволяет получить их сплав в лабораторных условиях.

Сплав цинк – олово с содержанием олова 6% был получен следующим образом. Соответствующие навески металлических цинка и олова помещались в фарфоровый тигельи покрывались сверху эквимолярной смесью хлоридов калия и натрия, служившей флюсом. Тигель со смесью помещался в муфельную печь, разогретую до 700о С. Полученный расплав заливался в заранее приготовленную форму (слепок), материалом для которой служил алебастр. После затвердения сплава форма разбивалась, и извлекался металлический стержень, выполнявший в дальнейшем роль анода в процессе нанесений гальванического покрытия. Полярографический контроль полученного сплавапоказал, что содержание в нем олова отвечает заданной величине – 6%.

Осаждение гальванического покрытия сплавом цинк – олово проводилось из электролити состава (г/л): цинкат натрия – 36, станнат натрия – 0,1, щелочьнатрия 100 (цинкат натрия и станнат натрия были получены с помощью. соответствующих реакций).

Первоначально гальванический сплав цинк – олово осаждался на платиновый сетчатый электрод Фишера с площадью катодной сетки 100 см2 , которую предварительно омедняли для предотвращения сплавообразования цинка с платиной. На этом этапе проводились исследования по выявлению возможности осаждения сплава, выбору оптимального режима его получения, нанесению покрытий удовлетворительного качества.

Осаждение гальванического покрытия производилось при различных величинах катодной плогтности тока – 0,5-3,0 А/дм2 в течение пяти минут при комнатной температуре. Проведенные исследования показали, что в итервале катодной плотности тока 0,5 – 1,0 А/дм2 получены равномерные покрытия с удовлетвортельной адгезий. Полярографический анализ осаждаемого покрытия подтвердил образование на катоде гальванического сплава цинк – олово.

В дальнейшем проводились исследования по нанесениюпокрытий сплавом цинк – олово на стальную поверхность, которую предварительно подготавливали: осуществлялась механическая и химическая обработка поверхности. Осаждение сплавных покрытий проводилось из вышеуказанного электролита при различных величинах катодной плотности тока, при комнатной температуре в течение двух минут на пластины из стали марки Ст 3 площадью 0,05-0,15 дм2. В результате установлено, что в интервале катодной плотности тока 1,0-10,0 А/дм2 получаются покрытия хорошего качества: равномерные, с удовлетворительной адгезией. В интервале 12,0-15,0 А/дм2 получены покрытия более низкого качества, с неудовлетворительной адгезией. Проведенный полярографический контроль состава осажденного сплава показал, что в полученном покрытии содержится 0,8% олова.

Полученные сплавные покрытия были подвергнуты контролю качества, который сводился к осмотру внешнего вида, определению адгезии покрытия к основному металлу, определению толщины покрытия, определению коррозионных свойств (в сравнении с таковыми для цинковых покрытий, специально полученных из электролита состава, г/л: цинкат натрия – 8, щелочь натрия 80). Полученные цинковые покрытия, а также покрытия сплавами выдерживались в воздушной и водной средах в течение семи суток. По истечении срока выдержки было обнаружено, что на цинковых деталях, погруженных в воду, появились значительные содержания продуктов коррозии, тогда как на сплавных покрытиях даже следов последних обнаружено не было. Продуктов коррозии не было обнаружено и на деталях, функционировавших в атмосфере.

Итак, поставленные задачи нашли свое положительное решение. Гальваническим путем в разработанном режиме эксплуатации цинкатного электролита указанного состава удалось получить защитные противокоррозионные покрытия на сталь сплавом цинк – олово, которые, как показал контроль, характеризуются как равномерные, гладкие, светло-серые, с удовлетворительной адгезией к основному металлу. Коррозионная стойкость сплавных покрытий выше стойкости к воде и к атмосферным условиям, по сравнению с цинковыми покрытиями.