4. Защитные покрытия

4.1. Цинкование

Высокие защитные свойства цинкового покрытия вследствие его анодного характера и низкая стоимость цинка объясняют широ­кое применение цинкования в различных отраслях промышленности. Для осаждения цинковых покрытий применяют раз­личные электролиты: кислые, цианистые, аммиакатные, цин-катные и др. В кислых цинковых электролитах (сульфатных, фторборатных) цинк находится в виде простого гидратирован-ного иона и разряд его на катоде происходит по схеме:

Zn²⁺ + 2e → Zn

Выход по току при этом составляет 100 %. Главным недостатком электролитов является низкая рассеивающая способность, по­этому сернокислые электролиты применяются для покрытия де­талей простой формы: листов, лент, проволоки и т п. Сернокис­лый электролит имеет следующие состав (г/л) и режим работы:

200—300

50—100

30

8—10

3,5—4,5

15—25

1—2

Сульфат цинка (кристаллогидрат)

Сернокислый натрий (кристаллогидрат)

Алюминий сернокислый (кристаллогидрат)

Декстрин

рН

Температура, °С

Плотность тока, А/дм²

Для интенсификации процесса цинкования и улучшения рассеивающей способности кислых электролитов Днепропетровским университетом разработан фторборатный электролит следующего состава (г/л): фторборат цинка — 250—300; фтор-борат аммония — 25—30; борная кислота — 10—30; тиомочевина — 2—4; эмульгатор ОП-10 —5—10; рН 3.5 — 4,5, плотность тока при 15—25 °С — 3—5; при 35-40^СС — 8—10. Этот элек­тролит имеет хорошую рассеивающую способность и малую степень наводороживания. Соли цинка (сульфат пинка и фтор­борат в указанных кислых электролитах) являются основными компонентами электролита, которые образуют при элект­ролитической диссоциации ионы цинка, разряжающиеся на ка­тоде.

Для повышения электропроводности электролитов вво­дятся соединения, содержащие одноименный анион (сульфат на­трия в сульфатных электролитах и фторборат аммоивя — во фторборатных). Для получения мелкозернистых по структуре покрытий добавляются органические вещества (декстрин, тио-мочевнна и др.), так как в их присутствии несколько увеличивается катодная поляризация. Кроме того, введение многих органи­ческих веществ, являющихся, как правило, поверхностно-активными, улучшает смачиваемость поверхности и уменьшает возможность образования питтинга в покрытии.

Для поддержания необходимой кислотности в электролите и особенно катодой зоне вводятся буферные соединения (соли ам­мония в сульфатном электролите и борная кислота во фторборатном).

В качестве анодов применяют чистый металлический цинк (99,9% пинка). Для предупреждения саморастворения в ки­слом растворе к цинку добавляют 0,5 % алюминия. Анодный процесс протекает без затруднений с выходом по току около 100%. Основные неполадки при цинковании в кислых электро­литах приведены в табл. 13.

Таблица 13

Неполадки при цинковании в кислых электролитах

Неполадки	Причины	Способы устранения
Образование крупно- кристалличе- ских покрытий и наростов на острых кром- ках и углах де- талей Темный оса- док, шелу- шение Темный губча- тый осадок	Повышенная ве- личина рН, вы- сокая плотность тока. низкая концентрация цинка Загрязнение электролита ор­ганическими и механическими примесями Наличие ионов электроположитель- ных металлов — меди, ртути, сребра, свинца	Подкислить электролит серной ки- слотой до рН 3,5, снизить плотность то- ка, довести концентра- цию цинка до заданной Профильтро­вать электролит через активированный уголь. Ввести 2—5 г/л Н202 и проработать током Проработать электролит при низкой плотности
		тока, предва- рительно подкислив его до рН 2-3

Удаление примесей осуществляется проработкой элек­тролита при напряжении 1,5 — 2 В в течение 2—3 ч. Органиче­ские примеси удаляются также фильтрованием электролита че­рез активированный уголь.

Механические примеси в виде анодного шлама и других нерастворяющихся в воде частиц удаляют фильтрованием элект­ролита через суконные или синтетические фильтры. Удаление железа осуществляют введением в нагретый до 70— 80 °С элек­тролит перекиси водорода для окисления железа Fе²⁺ в Fе²⁺. По­сле окисления в электролит добавляют, перемешивая, раствор гидроксида натрия, и железо в виде гидроокиси выпадает в оса­док, который отфильтровывается.

Цианидные цинковые электролиты отличаются высокой рассеивающей способностью и применяются для покрытия дета­лей сложной конфигурации. В цианидных электролитах цинк на­ходится в виде комплексного соединения NaZn(СN)₄. В электро­лите эта комплексная соль диссоциирует по схеме

NaoZn(CN) ₄→2Na⁺+[Zn(СN)₄]²

По вопросу о механизме разряда цинка на катоде до сих пор нет полной ясности. Одна из существующих теорий предпо­лагает, что комплексный анион диссоциирует с образованием простых ионов Zn(СN)₄]²→Zn²+4CN, которые и разряжаются на катоде. Другие исследователи считают, что выделение цинка на катоде происходит в результате разряда самих комплексных анионов, которые обладают способностью адсорбироваться на катоде.

Кроме этих соединений в электролите находятся цинкаты, свободная щелочь и цианистый натрий или калий. Этот элект­ролит очень токсичен и требует особых мер предосторожности в приготовлении его и при работе с ним. Для приготовления элек­тролита используют основные компоненты (г/л):

Окись цинка 20-30

Цианистый натрий 20-50

Гидроксид натрия 40-100

Температура, °С 18-25

Плотность тока. А/дм² 1-3

Кроме указанных компонентов в цианидных электролитах содержится некоторое количество углекислых солей натрия, об­разующихся за счет взаимодействия углекислоты воздуха с гидроксидом натрия. Для улучшения внешнего вида осадка в элек­тролит добавляют глицерин и сернистый натрий.

Таблица 14