Электролиты железнения и режимы электролиза

Для получения железных покрытий используют в основном сульфатные, хлоридные и борфторидные электролиты. Они подразделяются на горячие (80 – 100С) и холодные (20 - 50С).

Таблица 10.1

Составы электролитов и режимы железнения

Состав электролита и параметры электролиза	Номера электролитов
	1	2	3	4
Содержание компонента, г (на 1 л раствора): FeSO47H2O	400-450	-	-	-
FeCl24H2O	-	200-250	600-650	250-300
Al2(SO4)318H2O	100-120	-	100-120	-
NaCl	-	-	-	90-100
KCl	-	100-120	-	-
K2SO4	-	-	20-30	-
MnCl2	-	-	20-30	-
HCl	1 - 1,5	2 -3	-	2 -3
Аскорбиновая кислота	-	-	0,3 - 0,5	-
рН	1,7 – 1,6	-	2,3	-
Температура, С	18 - 40	60 - 70	20 - 40	70 - 80
Катодная плотность тока, А/дм2	5 - 20	10 - 40	10 - 30	10 - 40

Из горячего сульфатногоэлектролита получают хрупкие осадки с большими внутренними напряжениями, в то же время изхлоридногопри такой же температуре – пластичные. Учитывая это обстоятельство, железнение в сульфатных растворах ведут при температурах близких к комнатной, что способствует также снижению возможности окисления двухвалентных ионов железа до трехвалентных и стабилизирует работу электролита. С увеличением концентрации железа и рНв хлоридном электролите внутренние напряжения в осадках уменьшаются.

Наиболее широкое применение для железнения получили хлоридныеэлектролиты, благодаря хорошему качеству формируемых покрытий и сравнительно большой скорости их наращивания.

Чем выше плотность тока и температура электролита, тем ниже должно быть значение рН. Недостаток кислоты приводит к появлению в растворе гидроксида железа, который, включаясь в осадок, придает ему хрупкость. Не следует допускать избытка кислоты, т.к. это вызывает снижение выхода металла по току. При железнении необходимо поддерживатьрНв установленном диапазоне.

В горячих электролитах, работающих при температуре 80 – 100С и выше, значение водородного показателя должно быть 1 – 2. Для поддержания такой кислотности в электролит добавляют соответствующую кислоту. В хлоридных электролитах, работающих прирН> 2 и температуре 18 – 20С для поддержания требуемой кислотности иногда применяют добавки сульфата аммония, алюминия, марганца, придающие буферные свойства раствору. Введение аскорбиновой кислоты затрудняет окисление ионов железа (II) в сульфатных растворах прирНоколо 4.

Значение выхода по току железа связано с температурой электролита и концентрацией в нем солей железа. В этом отношении преимущества имеют растворы на основе хлорида железа – растворимость его выше, чем сульфата, и еще более увеличивается, т.к. процесс ведут при повышенных температурах. Нагрев до 80 – 90 С позволяет реализовать процесс при высоких плотностях тока. Выход по току составляет 80 – 90 %. Для всех электролитов железнения он почти не зависит от плотности тока, но увеличивается с повышением температуры.

Хлористые и сернокислые электролиты имеют свои преимущества и недостатки. Хлористые электролиты производительны, но склонны к окислению кислородом воздуха, обладают недостаточной буферной емкостью. Сернокислые растворы наиболее устойчивы к окислению, могут работать при низких температурах, но допустимые плотности тока небольшие, обладают меньшей производительностью, из них трудно получить плотные осадки железа с надежной прочностью сцепления при плотности более 15 А/дм².

На практике применяют смешанныеэлектролиты, с содержанием (г/л):FeSO₄·7H₂O– 200;FeCl₂·4H₂O– 200. Эти электролиты хорошо работают при:pH= 1 – 1,5,t= 20 – 60C,i_k= 15 – 40 А/дм². Они более стойкие к окислению, чем хлоридные и производительнее сульфатных.

Борфторидныеэлектролиты по сравнению с сульфатными и хлоридными меньше поддаются окислению и поэтому более стабильны. Обладают хорошими буферными свойствами. Благодаря довольно большой растворимости борфторида железа, концентрация его в растворе может быть высокой, что позволяет вести процесс при более высокой плотности тока, чем в сульфатных и в хлоридных электролитах при одинаковой температуре.

Борфторидный электролит содержит (г/л): 85 – 90 Fe(BF₄)₂ (в пересчете на металл), 35 – 40NaCl, 10 – 15H₃BO₃, 0,4 – 1 добавкиKCl,рН2,2 – 2,5. Режим железнения:t= 60 ÷ 65⁰C,i_k= 2 ÷ 5 А/дм².

Значительный практический интерес представляют электролитические сплавыжелеза с цинком, никелем, марганцем, рядом других металлов, а также с углеродом. В последнем случае в хлоридный электролит добавляют 60 г/л глицерина и 30 - 40 г/л сахара. Получаемые осадки содержат до 0,6% углерода и могут подвергаться термообработке – отжигу, закалке.

Сплавы Fe-Znв зависимости от их состава, можно использовать для получения осадков большой толщины, что необходимо в гальванопластике или в качестве антикоррозийного покрытия.Соответствующие составы электролитовпредставлены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Содержание компонентов электролитов (г/л):	Электролит 1	Электролит 2
Fe(BF4) в пересчете на металл	52	47 – 49
Zn(BF4)2в пересчете на металл	4,6	8 - 11
NH4Cl	40	40
H3BO3	10	10
хромоксан (рН= 1,0)	1	1

В обоих случаях рН= 1,0, температура 50С, катодная плотность тока 5 и 2 А/дм²соответственно.

В электролите 1 формируются покрытия, содержащие около 75% железа. Защитные свойства сплава, включающего 10 – 17% железа, полученного в электролите 2 не уступают и даже нисколько превосходят свойства цинковых покрытий.