Електроліт для осадження цинкових покриттів з вмістом фосфатів цинку

Винахід відноситься до області гальваностегії, зокрема до області нанесення цинкових і фосфатних покрить і може бути використане в різних галузях промисловості: авіабудуванні, машинобудуванні, приладобудуванні й ін. Відомі кислі, лужні і ціаністі електроліти для осадження цинкових покрить [1]. Покриття, одержані з цих електролітів мають певні недоліки, зокрема низьку стійкість до стирання для деталей, що працюють на стирання. Різьбові деталі багаторазової дії, різьбові муфти, листові заготівлі, що підлягають холодної деформації та ін. Найбільш близьким по технічній сутності і отримуваному результату до заявляємого електроліту є відомий електроліт, прийнятий за прототип [2], який містить г/дм 3: борфторат цинку, Zn(BF)4 150-200; борфторат аммонію, NH4 BF4 40-50; емульгатор ОП-10 1-2; тіомочевина, CS (NH2)2 2-3. Недоліками зазначеного електроліту є те, що для деталей, що цинкові покриття, що осаджуються, мають порівняно високий коефіцієнт тертя і порівняно низьку стійкість до стирання. Додаткове хімічне фосфатування одержуваних цинкових покрить у стандартному розчині фосфатування [1] цілком не усуває зазначених недоліків і, крім того, це вимагає установки додаткового устаткування і додаткових виробничих площ. В основу винаходу поставлена задача створення електроліту, який шляхом використання додаткових компонентів забезпечить утворення на поверхні металевих деталей цинкових покриттів, яке попередить їх стирання при експлуатації у вузлах з підвищеним тертям. Поставлена задача вирішується таким чином, що електроліт, який містить борфторат цинку, борну кислоту, борфторат амонію і емульгатор, згідно винаходу, додатково включає монофосфат цинку в співвідношенні компонентів (вага, ч): борфторат цинку 100-250; монофосфат цинку 50-100; борфторат амонію 40-50; борна кислота 15-20; емульгатор ОП-10 1-2. Між суттєвими ознаками заявленого електроліту і технічним результатом, що досягається є причиннонаслідковий зв'язок, що досягається таким чином. Спільне введення в електроліт борфторату цинку і монофосфату цинку при рН=2-2,5 забезпечує одночасне протікання процесу електроосадження цинку і хімічного процесу утворення фосфатів цинку. Одержувані опади є двофазовими. Основна фаза металевий цинк, у якій диспергована друга фаза - фосфати цинку. Зміст фосфору в осаді залежить від співвідношення концентрацій борфторату цинку і монофосфату цинку, від рН і режимів електролізу. При концентрації монофосфату цинку менш 50г/дм 3 осаджуються ясно-сірі покриття з низьким змістом фосфатів цинку і низьких механічних характеристик. Значний вплив на процес утворення фосфатів цинку робить величина рН електроліту. При рН=1 і менш катодні опади фактично не містять фосфатів, тому що в цих умовах вони розчиняються. При рН=4 і більш фосфа ти цинку також не утворяться. Очевидно, в прикатодному шарі не відбувається взаємодії іонів Н 2РО4- з іонами Zn2+ з наступним утворенням на катодній поверхні нерозчинних сполучень фосфатів цинку. При складі електроліту, що рекомендується, і зазначених режимах електролізу осаджуються щільні, мілкокристалічні покриття від темно-сірого до чорного кольору, що володіють низьким коефіцієнтом тертя і високою стійкістю до стирання. Покриття містять від 8 до 15% фосфору. Для цинк-фосфатних покрить коефіцієнт тертя ( 50% стосовно коефіцієнта тертя однорідного цинкового покриття ( стирання цинк-фосфатних покрить ц -ф ( К ст Кц тр К ц -ф тр ) складає 40 ), прийнятого за 100%. Стійкість до ) приблизно в 1,5,-2,0 рази вище чим для однорідних цинкових покрить ц ( К ст ). По корозійній стійкості цинк-фосфатні покриття не уступають стандартним цинковим покриттям Ц фос. (з поверхневим фосфатуванням). Пропонований електроліт забезпечує високе зчеплення покрить до сталевих деталей, у тому числі до деталей, виго товлених з нержавіючих сталей. Нижче приведені конкретні приклади осадження цинк-фосфатного покриття в залежності від складу електроліту і режимів електролізу. Електроліти готувалися шляхом послідовного розчинення в дистильованій воді розрахункової кількості борфтористоводневої кислоти, окису цинку, монофосфату цинку, борфторату амонію, борної кислоти та емульгатору ОП-10. Необхідну кислотність електроліту доводили борфтористоводневою кислотою чи аміаком. У табл. 1 приведені результати по якості покрить, отримані в залежності від концентрації монофосфату цинку. Покриття осаджували з електроліту №1 нижче приведеного складу (г/дм 3): борфторат цинку, Zn(BF4)2 200; монофосфат цинку, Zn(H2PО4)2 X; борфторат амонію, NH4BF4 40; кислота борна, Н3ВО3 15; емульгатор ОП-10 2; У таблиці 2 приведені дані по зниженню коефіцієнтів тертя і стійкості проти стирання покрить, у залежності від концентрації монофосфату цинку. Склад електроліту - №1, Режими обробки: катодна густота струм у - 2А/дм 2, рН=2; Т=20°С (товщина покриття 12-15мкм). Стійкість до стирання і коефіцієнти тертя оцінювалися стосовно чистого цинкового покриття, з товщинами покрить 19-20мкм, методом сухого тертя плоских зразків з обертаємим сталевим роликом, з зусиллям 20Н/см 2 (табл.2). Результати впливу катодної густоти стр уму на якість покрить приведені в таблиці 3. Електроліз проводився в електроліту складу №1 з концентрацією монофосфату цинку - 100г/дм 3, при рН=3 і температурі 20°С, середня товщина покриття - 10-12мкм. Густота струм у не робить помітного впливу на зміст фосфатів цинку в покритті. Аналогічні результати іспитів були одержані для максимальних та мінімальних концентрацій компонентів заявленого електроліту. Приведені конкретні приклади підтверджують, що заявлений електроліт дозволяє одержувати щільні мілкокристалічні цинк-фосфатні покриття, що володіють зниженим коефіцієнтом тертя і більш високою стійкістю до стирання стосовно цинкового покриття. Цинк-фосфатні покриття з високою ефективністю можна застосовувати для покриття деталей крепежу замість кадрування, як підмастильні покриття при виготовлені сильфонів, колб із нержавіючих сталей та ін. Джерела інформації: 1. ГОСТ 9.305-85. Покрытия металические и нематалические неорганические, стр. 219, 1985. 2. Авт. свід. №254292, МКИ В25Д3/22, 1969. Таблиця 1 №№ п/п 1 2 3 4 5 Концентрація, г/дм 3 Zn (H2PО4)2 0 20 50 100 120 Вміст Р,% Характеристика осаду Зовнішній вигляд і структура 0 2-3 8-9 14-15 18-19 Білий матовий (Чистий цинк). Ясно-сірий, щільний мілко кристалічний. Темно-сірий, щільний, мілкокристалічний, рівномірний. Чорний, щільний, мілкокристалічний, рівномірний. Чорний, щільний, мілкокристалічний, на крайці - масткий "наліт" Таблиця 2. №№, п/п 1 2 3 4 5 Концентрація г/дм 3 Zn(H2PО4)2 0 20 50 100 120 Вміст Р в покритті, % 0 2-3 8-9 14-15 18-19 (К ц- ф тр ) : К ц ´ 100 тр ,% (К ц- ф ст 100 85-87 63-57 50-53 47-52 ) : К ц ´100 , % ст 100 120-127 145-155 195-205 175-182 Таблиця 3. №№ п/п Катодна густо та струму А/дм 2 1 2 3 4 5 6 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5 Швидкості осадження, мкм/хв 0,11 0,23 0,35 0,5 0,75 Характеристика покриття. Щільний. Мілкокристалічні, чорного кольору. -“-“-“-“"Підгар" покриття на крайках, наявність масткого нальоту.