Особенности анодного процесса в различных электролитах цинкования

При проведении процедуры горячего цинкования используются различные виды электролитов. Это связно с тем, на катодной поверхности электролитическое выделение может происходить из растворов с разными вариантами составов.

При этом сам цинк может находиться в них в виде катионов либо анионов.

Нужно обратить внимание на то, что при использовании цинка, показатели его стандартного потенциала равны 0,76 В. При этом, использование электролитов для цинкования приводит к тому, что потенциал становится отрицательным. Эту особенность также стоит использовать при обработке.

В промышленности также учитывается и такой параметр, как потенциал выделения водорода.

Процесс цинкования необходим для того, чтобы обеспечить правильное осаждение цинковых покрытий. Чтобы достичь поставленных производственных целей, допускается применение разных вариантов электролитов.

Список электролитов очень обширен. К ним относятся такие, как кислые, аммиакатные, цинкатные, цианистые и другие.

Важно выбрать правильный вариант электролита, потому что этот параметр напрямую будет влиять на качество цинкового покрытия, условия электролиза и другие центральные параметры.

Рассмотрим основные параметры электролитов, применение которых распространено при проведении процедуры горячего цинкования.

Электролиты цинкования. Классификация и виды

Электролиты цинкования по характеру среды делятся на

· кислые (хлоридные, сульфатные,кремнефтористоводородные , борфтористоводородные

· слабокислые электролиты (сульфатно — аммонийные, хлоридно -аммонийные, хлоридные безаммонийные),

· слабощелочные или нейтральные (аммиакатные, пирофосфатные, аминокомплексные),

· щелочные электролиты (цианидные, цинкатные).

Электролиты для цинкования по составу могут быть

· простыми (к ним относятся кислые и слабокислые электролиты),

· комплексными.

В простых электролитах цинкования металл находится в виде катионов(Zn^(2+)*mH_2 O) . Механизм разряда цинка на катоде основывается на реакции присоединения к каждому иону цинка двух электронов: Zn^(2+)*mH_2 O+2¯e=Zn+mH_2 O. Двухвалентные ионы цинка разряжаются при низкой катодной поляризации (20-40 мВ). Выход по току в простых электролитах достигает 98%. Рассеивающая способность простых электролитов низкая. Структура осажденного слоя имеет неравномерное, крупнокристаллическое строение.

Комплексные электролиты цинкования характеризуются наличием в составе рабочего раствора комплексных анионов цинка: [〖Zn(CN)〗_4 ]^(2-) , [〖Zn(OH)〗_4 ]^(2-), [〖Zn(CN)〗_4 ]^(2-). Механизм разряда ионов цинка может протекать двумя способами:

1. [Zn〖(CN)〗_4 ]^(2- )= Zn^(2+)+ 4CN^-; Zn^(2+)+2¯e=Zn.
2. [Zn〖(CN)〗_4 ]^(2-)+2¯e=Zn+4CN^-.

Осаждение цинка на катоде (разряд) происходит при высокой катодной поляризации. Выход по току в различных по химическому составу комплексных электролитах значительно уменьшается, по сравнению с простыми. Рассевающая способность увеличивается. Микроструктура цинкового покрытия имеет мелкозернистое строение.

Особенности поведения цинка при использовании разных видов электролитов

Важно учитывать такое свойство материала, как двухвалентность цинка вне зависимости от того, в каком электролите он присутствует на данный момент.

Уровень плотности металлургического цинка находится на уровне 7,1 г/см3. При этом показатели плотности электролитического могут сильно зависеть от структуры вещества. Их стоит учитывать для того, чтобы цинкование прошло без проблем и на металле удалось получить ровное, качественное покрытие.

При использовании разных типов электролитов, может отличаться метод подготовки поверхности для нанесения финишного цинкового покрытия. Для примера, если вы используете аммиакатные электролиты, стоит быть готовым к тому, что будут предъявляться особые требования к качеству зачистки поверхности.

Особенно тщательно с нее нужно удалить любые загрязнения жирового характера, потому что они могут негативно отразиться на качестве готового результата.
Вернуться к статьям Поделиться статьей

Основные технологические параметры электролитов для цинкования

Основными отличительными признаками цинкования в различных электролитах являются:

· катодная поляризация – изменение разряда на катоде при изменении величины плотности тока (при высокой катодной поляризации высокая электропроводность электролита),

· поляризуемость электролита в процессе осаждения цинка (чем выше поляризуемость (потенциал) при изменении плотности тока, тем лучше рассевающая способность электролита),

· кинетика и механизм электроосаждения цинка.

На критерии поляризации и поляризуемости активное влияние оказывает не только тип электролита (простой, комплексный), но и рабочий интервал температур при цинковании, химический состав, концентрация составляющих компонентов, блескообразующие активные добавки. Самые высокие показатели поляризуемости присущи щелочным электролитам (цианидным, цинкатным).

Величина разряда комплексных ионов на катоде выше, чем катодная поляризация гидратированных ионов. Следовательно, рассеивающая способность увеличивается, структура поверхностного слоя становится равномерно мелкозернистой, плотной. Однако выход по току уменьшается. Цинк на аноде в результате гальванического процесса растворяется с образованием положительно заряженных гидратированных ионов и комплексных анионов.

09033 Уплотнение SLOTOFIN 10

Уплотнение SLOTOFIN 10 служит для финишной обработки хроматированных или пассивированных поверхностей цинка и цинковых сплавов. Если в растворе разводится только концентрат уплотнения SLOTOFIN 11, после сушки образуются чистые, прозрачные, органические слои, повышающие не только антикоррозионную защиту, но и устойчивость к отпечаткам пальцев, и общий внешний вид покрытия. Голубые хроматированные или пассивированные цинковые поверхности и бесцветные хроматированные или пассивированные поверхности цинковых сплавов получают в результате обработки SLOTOFIN 10 равномерное бесцветное покрытие. На желтых хроматированных или пассивированных поверхностях исчезает радужный эффект, покрытие становится равномерным и носит легкий желтый оттенок. На черных пассивированных или хроматированных слоях увеличивается, за счет добавки концентрата черного красителя SLOTOFIN 13, интенсивность цвета. Кроме того, исчезают мелкие цветовые недостатки, образованные в результате черного хроматирования или пассивирования. Мы рекомендуем проводить уплотнение деталей, обрабатываемых насыпью, за пределами гальванической линии. К этому относятся и подвесочные детали, предназначенные для обработки черным красящим уплотнением SLOTOFIN 13. Защитная пленка SLOTOFIN наносится как «мокрый по мокрому», так и на предварительно высушенные детали.

09064 Уплотнение SLOTOFIN 40

Уплотнение SLOTOFIN 40 служит для финишной обработки хроматированных или пассивированных поверхностей цинка и цинковых сплавов. Проводится с помощью двух концентратов уплотнения SLOTOFIN 41 и SLOTOFIN 42. Основано на полимерной основе и содержит нано- соединения кремния. После высыхания образуется чистая, бесцветная органо-неорганическая защитная пленка, повышающая не только защиту от коррозии, но и снижающая эффект появления отпечатков пальцев, улучшающая общий внешний вид покрытия. Мы рекомендуем проводить уплотнение деталей, обрабатываемых насыпью, за пределами гальванической линии. Очистка гальванических установок или центрифуг проводится с помощью раствора обезжиривания при повышенной температуре.

09073 Уплотнение SLOTOFIN GM 1610

SLOTOFIN GM 1610 является уплотнением, применяемым в подвесочных или в барабанных линиях для пассивированных или хроматированных слоев цинка и его сплавов с целью образования определенного коэффициента трения на винтовой резьбе. В зависимости от применения отдельных концентратов достигаются различные значения трения. Даже при обработке только уплотнением SLOTOFIN GM 1610 улучшается антикоррозионная защита. При особо высоких требованиях детали могут быть сначала обработаны другим уплотнением нашей серии SLOTOFIN и затем после высыхания дополнительно SLOTOFIN GM 1610. Образованный бесцветный слой является очень прочным. Покрытие контролируется с помощью УФ-лучей.

09067 Уплотнение SLOTOFIN 70

Органическое уплотнение SLOTOFIN 70 служит для финишной обработки хроматированных или пассивированных слоев цинка и его сплавов. Уплотнение образует практически полностью сплошную пленку на деталях сложной формы, особенно хорошо подходит для обработки деталей оконной и дверной арматуры. После высыхания образуется чистая, бесцветная, органическая пленка, повышающая не только антикоррозионную защиту, но и улучшающая устойчивость к отпечаткам пальцев и общий внешний вид покрытия. Голубые и бесцветные хроматированные или пассивированные поверхности цинка и цинковых сплавов получают в результате обработки в растворе уплотнения SLOTOFIN 70 равномерное бесцветное покрытие. На желтых хроматированных или пассивированных поверхностях исчезает радужный эффект, покрытие становится равномерным и носит легкий желтый оттенок. Черные пассивированные цинк-никелевые поверхности не могут подвергаться обработке уплотнением SLOTOFIN 70. Мы рекомендуем проводить уплотнение деталей, обрабатываемых насыпью, за пределами гальванической линии в специальных барабанных установках. Уплотнение наносится как «мокрый по мокрому», так и на предварительно высушенные детали. Очистка гальванических установок, барабанов или корзин проводится при помощи комбинации раствора обезжиривания на основе солей калия и подходящих обезжиривающих добавок. Мы рекомендуем для этого продукты нашей серии SLOTOCLEAN.

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.

галванине хемия»

, LT-2021 Вильнюс, Литва

тел.: +, факс: +, E-mail: *****@***lt

2.6.

В процессе работы электролита возможно накопление карбонатов. При их концентрации более (70 – 80) г/дм3 необходимо произвести очистку электролита. Это достигается путем охлаждения электролита до температуры (5 – 10) °С. Для этой цели рекомендуется иметь охладительное устройство.

2.7.

Аноды изготавливают из листовой стали и подвешивают на штанги при помощи стальных крючков.

2.8.

Подвески изготавливают из стали и изолируют материалом, стойким к щелочам и кислотам. Для изоляции подвесок рекомендуется использовать поливинилхлоридные пасты [например, пластизоль Д-2А (ТУ )]. Перед нанесением пластизоля подвески покрываются грунтом АК-091 (ТУ ) или др. аналогичным. Крючки подвесок должны быть стальными. Контактный крюкодержатель подвески изготавливают из латуни. Возможно применять пластизоли и грунты других марок, а также иные методы изоляции.

3.
СТАДИИ ПРОЦЕССА
3.1.

Обезжиривание в органических растворителях

3.2.

Обезжиривание химическое в щелочном растворе

3.3.

Промывка в горячей воде

3.4.

Обезжиривание электрохимическое анодное или катодное в щелочном растворе

3.5

. Промывка в горячей воде

3.6.

Промывка в холодной воде

3.7.

Активирование или травление

3.8.

Промывка в холодной воде

3.9.

Анодное удаление шлама в щелочном растворе (операция выполняется при необходимости)

3.10

. Промывка в холодной воде

3.11.

Промывка в холодной воде

3.12.

Цинкование

3.13.

Улавливание

3.14.

Промывка в холодной воде

3.15.

Осветление в (0,3 – 0,5) %-ном растворе азотной кислоты (может исключаться)

3.16.

Пассивирование

3.17.

Улавливание

3.18.

Промывка в холодной воде

3.19.

Промывка в теплой воде (температура не более 40 °С)

3.20.

Сушка (температура не более 60 °С)

Очистка отработанного слабокислого аммиакатного электролита цинкования гальванического цеха

Таблица 6.4

Универсальная методика очистки отработанного слабокислого аммиакатного электролита цинкования от вредных примесей включает в себя следующие операции:

• Подкислить электролит 50 %-ным раствором серной или соляной кислоты до pH 1-1,5.
• Нагреть электролит до кипения.
• Добавить 1-1,5 мл/л 30-33 %-ной перекиси водорода.
• Охладить электролит до комнатной температуры.
• Нейтрализовать электролит до pH 4-4,5 добавлением раствора гидроокиси аммония (аммиачной воды).
• Отстоять и отфильтровать электролит.
• Проработать электролит при следующих условиях: плотность тока 0,2-0,3 А/дм2; объемное количество электричества 2-5 А-ч/л; катоды стальные гофрированные; аноды цинковые. Окончание проработки – получение светлых покрытий. Для уменьшения времени проработки предварительно добавить 1-2 г/л цинковой пыли или порошка.
• Откорректировать pH до рабочих значений.
• Провести анализ электролита и при необходимости его откорректировать.
• Нанести контрольное покрытие на гофрированный катод и при необходимости проработать электролит до получения светлых покрытий (см.п.7).

галванине хемия»

, LT-2021 Вильнюс, Литва

тел.: +, факс: +, E-mail: *****@***lt

Рабочие, занятые применением добавки, должны быть обеспечены хлопчатобумажной спецодеждой, резиновыми перчатками, защитными очками и соблюдать меры личной гигиены. Анализ добавки и электролита следует проводить в вытяжном шкафу лаборатории.

При попадании добавки на кожу или в глаза необходимо тщательно промыть обильным количеством воды.

13.3.

Ванны цинкования, места хранения добавки должны быть оборудованы местной и общей приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей чистоту воздуха рабочей зоны, в которой содержание вредных веществ не должно превышать предельно-допустимых концентраций (ПДК).

галванине хемия»

, LT-2021 Вильнюс, Литва

тел.: +, факс: +, E-mail: *****@***lt

6.
ПОДГОТОВКА ЭЛЕКТРОЛИТА К РАБОТЕ
6.1. 1 способ приготовления электролита

Таблица 3 Материалы для приготовления 1000 дм3 электролита

В ванну для приготовления электролита заливают примерно 250 дм3 деминерализо-ванной воды или воды-конденсата. При энергичном перемешивании порциями добавляют 135 кг едкого натра до полного растворения. При этом происходит разогрев раствора. В горячий раствор при перемешивании медленно добавляют 15 кг окиси цинка и перемешивают до полного растворения. Объем раствора водой доводят до 1000 дм3 и дают отстояться в течение 24 часов. Затем раствор декантируют или профильтровывают в ванну цинкования и отбирают пробу электролита для определения концентраций цинка и гидроокиси натрия. По результатам анализа при необходимости электролит корректируют, а потом добавляют 20 дм3 очистителя А1-ЕК и 10 дм3 добавки A1-DE. После перемешивания проводят тест в ячейке Хулла.

6.2. 2 способ приготовления электролита

Таблица 4 Материалы для приготовления 1000 дм3 электролита

В ванну для приготовления электролита заливают примерно 500 дм3 деминерализо-ванной воды или воды-конденсата. При энергичном перемешивании добавляют едкий натр до тех пор, пока температура ратсвора поднимится до 60 ºС. В горячий раствор загружают цинковые аноды в стальных корзинах. Для поддерживания температуры (60 ºС) постоянно добавляют едкий натр. Когда концентрация цинка в электролите достигнет (20 – 28) г/дм3 (концентрация определяется методом титрования) корзины с анодами из ванны извлекают. Затем объем раствора водой доводят до ~ 95 % необходимого объема и добавляют едкий натр до концентрации 135 г/дм3. Когда температура электролита упадет до 30 ºС, в ванну добавляют 20 дм3 очистителя А1-ЕК и 10 дм3 добавки A1-DE. Объем раствора водой доводят до 1000 дм3 и после перемешивания проводят тест в ячейке Хулла.

галванине хемия»

, LT-2021 Вильнюс, Литва

тел.: +, факс: +, E-mail: *****@***lt

7.2.2. Проведение анализа

В коническую колбу вместимостью 200 см3 помещают 2 см3 электролита, добавляют 50 см3 дистиллированной воды, предварительно прокипяченной для удаления двуокиси углерода, и 2-3 капли индикатора фенолфталеина. В другую такую же колбу наливают 50 см3 водного раствора, содержащего (0,3 – 0,4) г хлористого натрия и небольшое количество (около 0,02 г) углекислого кислого натрия и прибавляют 2-3 капли индикатора фенолфталеина. Затем анализируемый раствор титруют до тех пор, пока окраска раствора в обеих колбах не станет одинаковой. После этого делают отсчет израсходованного объема соляной кислоты (V1). Далее прибавляют 2-3 капли метилового оранжевого и продолжают титрование до получения красноватой окраски раствора. Тогда делают второй отсчет объема раствора соляной кислоты (V2).

7.2.3. Обработка результатов

Содержание гидроокиси натрия C1 в г/дм3 вычисляют по формуле:

C1 = 4 (2 · V1 – V2)

Содержание углекислого натрия С2 в г/дм3 вычисляют по формуле:

С2 = 10,6 (V2 –V1)

7.3.
Определение содержания блескообразующей добавкиAl-DЕ
7.3.1. Реактивы, растворы и приборы:

ячейка Хулла, изготовленная по чертежу 1 (раздел 14) из органического стекла по ГОСТ толщиной (3 – 5) мм или других материалов, не взаимодействующих с электролитом;

катод – полированная пластинка из стали марки 10 по ГОСТ 1050-88 длиной (б0,0 ± 1,5) мм, шириной (45,0 ± 1,5) мм и толщиной (0,4 ± 0,1) мм;

анод – пластина из цинка марки ЦО по ГОСТ 3640-79 длиной (45,0 ± 1,5) мм, шириной (38,0 ± 1,0) мм и толщиной (7,5 ± 2,0) мм. На рабочей стороне пластины с целью увеличения поверхности фрезуются канавки глубиной (1 – 2) мм;

выпрямитель стабилизирующий, выходное напряжение (0 – 30) В, ток до 2А;

секундомер;

бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ ;

вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72;

кислота соляная по ГОСТ 3118-77, разбавленная 1 : 2;

кислота азотная по ГОСТ 4461-77, раствор с массовой долей 0,5 %;

известь венская;

цилиндры, мензурки и колбы мерные по ГОСТ 1770-74;

пипетки по ГОСТ .

7.3.2. Проведение анализа

Аппаратуру для электролиза соединяют последовательно. В ячейку Хулла помещают 40 см3 элекгролита, откорректированного по основным компонентам. Катод обезжиривают венской известью, активируют в растворе соляной кислоты и проводят электролиз в течение 10 мин при силе тока 0,4 А. Затем катод промывают водой, нижнюю половину покрытия осветляют в растворе азотной кислоты, еще раз промывают водой и сушат фильтровальной бумагой. Внешний вид цинкового покрытия должен соответствовать таким требованиям:

Цинкование в домашних условиях

Теория процесса.

Гальваническое цинкование (оцинковывание) представляет собой процесс осаждения катионов металла на аноде. Реакция проходит в электролитической ванне под воздействием электрического тока.

Электролит.

Электролитом может служить любой раствор соли цинка. Самый распространенный в быту является раствор ZnCl (хлорид цинка) и HCl (соляная кислота), который называется паяльной кислотой. Так же можно получить раствор ZnSO4 при помощи травления цинка в растворе H2SO4 (серная кислота — аккумуляторный электролит). При травлении цинка стоит быть предельно осторожным, поскольку реакция проходит с выделением теплоты и взрывоопасного водорода H2.

Цинк.

Где взять цинк? Вариантов есть несколько:

— солевые батарейки (это самые дешевые!!! индекс L);

— плавкие предохранители из СССР;

— детали с цинковым покрытием;

— покупка чистого цинка в магазинах хим. реактивов и на радио базарах.

Подготовка к цинкованию (оцинковыванию).

1. Прежде всего нужно подготовить саму гальваническую ванну. В качестве ванны можно использовать стеклянную либо пластиковую тару. Необходимо установить штативы для катода и анода.
2. Электролит не должен содержать нерастворенных кристаллов соли. Для уменьшения концентрации соли можно добавлять в раствор дистиллированную воду, до полного исчезновения отдельных кристаллов на дне ванны.
3. Анод. Анодом служит цинковая пластина на которую присоединяется «плюс» от источника питания. Чем больше площадь цинкового анода, тем более равномерное покрытие будет у вас на катоде. Использование нескольких цинковых анодов позволяет получать покрытие сразу на всей поверхности катода.
4. Катод (присоединяем «минус») — деталь на которой будет осаждаться цинк. Поверхность катода должна быть качественно очищена от окислов (ржавчины), обезжирена и «активирована». Для активации поверхности катода, вам нужно окунуть его в раствор кислоты. В ванной катод должен размещаться на одинаковом расстоянии от любого анода для получения однородного слоя цинка со всех сторон.
5. Источником питания может служить любой блок питания с постоянным напряжение на выходе либо аккумулятор. Чем сильнее сила тока и вольтаж — тем быстрее будет проходить процесс и тем более рыхлая поверхность получится у Вас в результате. Для бытовых условий можно использовать автомобильный аккумулятор, НО в схему нужно будет включить лампочку накаливания (от 10 до 20 Ватт) для снижения силы тока.

Цинкование.

После всех предварительных процедур Вам остается только включить блок питания в розетку (или закрепить клеммы на аккумуляторе) и окунуть катод в гальваническую ванну.

Процесс должен протекать без бурного кипения, если таковое наблюдается — это значит у Вас сильно большая сила тока и ее следует уменьшить путем добавления потребителей в электрическую цепь.

На поверхности катода появляется цинковое покрытие, чем дольше катод будет находится в ванне, тем толще слой вы получите в итоге.

ВНИМАНИЕ!!! Процесс гальванического цинкования (оцинковывания) проходит при использовании растворов кислот и источников электрического тока. Во избежание травм рекомендуем соблюдать правила техники безопасности при работе с кислотами и правила электробезопасности при работе с бытовыми электроприборами.