Выбор экологически безвредных блескообразующих добавок к электролиту цинкования

Развитие цивилизации во многих странах мира идет по пути роста промышленного производства металлов и сплавов. Однако лишь часть производимого металла находит свое практическое применение. Одним из основных факторов, снижающих надежность и долговечность металлоконструкций, является коррозия металлов. В качестве примеров коррозии можно привести ржавление металлических изделий и конструкций в атмосфере, разрушение оборудования химических предприятий от действия растворов кислот, щелочей, трубопроводов в земле.

Разрушение металла и металлических конструкций вследствие коррозии приводит 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 значение имеют защитные покрытия. Сущность защиты с помощью различного рода покрытий заключается в изоляции металла от воздействия агрессивной среды; наличие покрытия на поверхности металла предотвращает работу гальванических микропар. Широко используются металлические покрытия, наносимые на защищаемую поверхность гальваническим способом. Их получают выделением защитного металла из растворов его солей под действием электрического тока.

Для нанесения металлических защитных покрытий выбирают такие металлы, оксидный слой на поверхности которых делает их пассивными (цинк, алюминий, хром, олово, никель), или металлы, пассивные по своим химическим свойствам (золото, серебро, медь). Эффективна защита основного металла от коррозии таким покрытием, которое образует с металлом основы гальваническую пару; при этом металл покрытия растворяется, предотвращая этим разрушение металла изделия. Гальванические покрытия повышают износостойкость деталей и их электрическую проводимость, улучшают внешний вид и другие свойства изделий.

Покрытия с высокой отражательной способностью обладают более высокими физико-механическими (твердость, износостойкость) и специальными свойствами по сравнению с матовыми покрытиями. Получение блестящих покрытий непосредственно в процессе электролиза устраняет дорогостоящие и трудоемкие операции полирования, сокращает расход цветных металлов и других материалов, электроэнергии, увеличивается производительность труда; одновременно исчезает проблема загрязнения производственных помещений металлической пылью, являющейся следствием механической обработки матовых покрытий поверхности металлоконструкций.

Блестящие гальванопокрытия осаждаются в электролитах, содержащих специальные добавки – блескообразователи. Большинство современных блескообразователей характеризуется дороговизной и дефицитностью, токсичностью. Каждая, даже незначительная операция гальванического производства, реализующего на практике основную задачу – защиту металлов от коррозии - должна пересматриваться с целью снижения различных видов расхода и создания экономии в отрасли /1/. Совершенствование технологии производства гальванических покрытий может осуществляться различными путями. В настоящем исследовании сделана попытка повысить эффективность производства блестящих цинковых противокоррозионных покрытий из сернокислого электролита гальванической ванны путем подбора эффективных блескообразующих добавок, превосходящих по своим показателям известные добавки.

Согласно, на структуру и свойства электролитических металлических покрытий оказывают существенное влияние добавки веществ, обладающих повехностно-активными свойствами. Под влиянием поверхностно-активных веществ изменяется кинетика электроосаждения металлов, структура и свойства осадков и электролитов: коррозионная стойкость, пористость, внутренние напряжения, твердость, блеск, рассеивающая способность и стабильность электролитов.

С другой стороны, известно, что многие растения содержат поверхностно-активные вещества. Действительно, в растениях встречаются такие соединения, как белки, жиры, фосфатиды, стерины, полисахариды, органические кислоты, алкалоиды, гликозиды, сапонины, лактоны, флавоноиды, антоцианы, горечи, дубильные вещества, эфирные масла, фитонциды, витамины, ферменты, гормоны, простогландины и другие вещества, обладающие большим молекулярным весом. В связи со сказанным разумно предположить, что некоторые соединения, входящие в состав растений, могут влиять на механизм электродного процесса, обусловливая высокую рассеивающую электролита и образование качественных покрытий.

Объектом исследования на блескообразующую способность явились настои широко распространенных, дешевых, безвредных для живых организмов растений: подсолнечника однолетнего Helianthus annuus (в работе использованы шелуха семян и мякоть корзинки), дуба обыкновенного Quercus robur (в работе использованы желуди), топинамбура Helianthus tuberosus (использованы листья), а также конопли сорной Cannabis ruderalis (цветки и побеги).

Для получения настоя добавки к раствору электролита цинкования навеску растения заливали 50 мл кипящей дистиллированной воды и настаивали на водяной бане в течение 45 минут. Далее смесь переносили на воронку с фильтром. Объем полученного фильтрата доводили до 50 мл.

Исследование степени блескообразующего действия настоев указанных добавок осуществлялось методом анализа вольтамперных кривых, снятых в приготовленных настоях растений на фоне 0,5 М раствора сульфата натрия. Величина смещения вольтамперных кривых сопоставлялась с таковой для вольтамперной кривой, снятой на фоне сульфата натрия в отсутствии добавки настоя растения. Результаты эксперимента показали, что вещества, входящие в состав настоев опытных растений, оказывают характерное влияние на ход вольтамперных кривых. Это проявляется в смещении кривых в область больших значений напряжения относительно кривой, полученной в растворе без добавки.

Следует отметить, что различные добавки обладают различной степенью поверхностной активности и, следовательно, различной способностью изменять электродную поляризацию. При выборе добавки к раствору электролита цинкования подбирались такие вещества, которые вызывали наибольшую поляризацию электрода. Анализ вольтамперных кривых показал, что при одинаковой концентрации каждой добавки и постоянной силе тока (60 мА) напряжение возрастает в ряду: топинамбур – мякоть корзинки подсолнечника однолетнего – побеги конопли – желуди дуба – шелуха семян подсолнечника однолетнего – цветки конопли. В то время как в присутствии настоя листьев топинамбура электродная поляризация составила примерно 0,2-0,3 В, в присутствии настоя цветков конопли увеличение напряжения при той же силе тока составило 2,9-3,0 В. Наблюдаемое повышение электродной поляризации (хотя и в различной степени) свидетельствует о наличии поверхностно-активных веществ в растениях, настои которых послужили объектом исследований на блескообразующую способность. Этот вывод был подтвержден методом адсорбционного полярографического анализа.

Наличие четко выраженного свойства - поверхностной активности – у веществ, входящих в состав вышеназванных настоев, позволяет предположить возможность получения в их присутствии качественных, мелкокристаллических и плотных гальванических покрытий. Наибольший положительный эффект следует ожидать в случае использования в качестве добавки к электролиту гальванической ванны цинкования настоя цветков конопли.