![ВЛИЯНИЕ 2,6-БИСИЗОТИУРОНИЙ-9-СЕЛЕНАБИЦИКЛО[3.3.1]НОНАН ДИГИДРОБРОМИДА НА КАЧЕСТВО НИКЕЛЕВЫХ ПОКРЫТИЙ](/upload/a1160463316ae96644a303580cf6ab6c/journals/cover/2e94d7fcc2ebb60b215b75de33cd6c3f.jpeg)
студент
Россия
сотрудник
Ангарск, Иркутская область, Россия
Изучены свойства 2,6-бисизотиуроний-9-селенабицикло[3.3.1]нонан дигидробромида на процесс получения никелевого покрытия электрохимическим способом. Исследования проводились путем получения блестящего покрытия из никеля при различных концентрациях добавки и режимах электролиза. Качество полученных никелевых покрытий определялось путем качественного и количественного анализа блеска, количества пор и спектрального анализа покрытий
никелирование, никель, блескообразователь, покрытие, сернокислый электролит, ячейка Хул-ла, электролиз, блеск, пористость, спектральный анализ
Никелевое покрытие обладает высокой стойкостью в агрессивных средах, хорошими декоративными качествами, высокой износостойкостью, пластичностью и легкостью в полировке. За счет таких качеств они нашли широкое применение в производстве. Для улучшения защитно-декоративных свойств никелевого покрытия используют электролиты, содержащие блескообразующие добавки. На данный момент известно большое количество органических соединений, обладающих блескообразующим действиями. Однако из-за разнообразных требований к качеству получения покрытия стимулируют проведение научно-исследовательских работ по созданию новых типов блескообразующих добавок [1,2].
При производстве блестящих покрытий используют комплекс добавок, состоящий из нескольких органических соединений различных групп. Это создает проблемы, когда нужно проанализировать электролит на содержание добавок, которые входят в электролит, после определенного времени работы для корректировки раствора электролита [3].
Данная работа посвящена изучению влияния органической добавки на процесс блестящего никелирования в стандартном сернокислом электролите. В качестве изучаемой добавки исследован 2,6-бисизотиуроний-9-селена-бицикло[3.3.1]нонан дигидробромид (рис. 1). В ходе исследований определяли блеск, пористость и элементный состав полученных никелевых покрытий.
Рисунок 1 – 2,6-бисизотиуроний-9-селенабицикло[3.3.1]нонан дигидробромид
В качестве основного электролита был выбран сернокислый, следующего состава: семиводный сульфат никеля 270 г/л; хлорид натрия 15 г/л и борная кислота 40 г/л. Очистку электролита проводили с помощью 30 % перекиси водорода и активированного угля. Кислотность электролита поддерживалась в пределах от 4,5 до 5 единиц [4].
На первом этапе электролит тестировался в ячейке Хулла. Ячейка Хулла представляет собой гальваническую ванну, где катод расположен под углом по отношению к аноду. Благодаря этому можно оценить: диапазон плотностей тока для получения качественного покрытия; наличие примесей; избыток или недостаток органической добавки в растворе электролита. Режим электролиза: температура – 50 ºС; сила тока – 1 А; время – 10 мин.
На втором этапе проводились испытания в электрохимической ячейке, состоящей из стеклянного сосуда объёмом 400 мл, помещенного в водяную баню (для поддержания температуры 50 ºС). В качестве анодов использовался –никель, катодом служила стальная лента. Исследования проводились при следующих параметрах: концентрация добавки от 0,01 г/л до 0,07 г/л с шагом в 0,01 г/л; плотность тока от 5 А/дм2 до 20 А/дм2.
После электролиза проводился визуальный осмотр полученного никелевого покрытия. Если поверхность покрытия не имела большого количества изъянов и была равномерной, то полученные образцы проверяли на блеск, пористость и элементарный состав.
Блеск покрытий определяли с помощью блескомера фотоэлектрического БФ5-45/0/45, который предназначен для измерения блеска и коэффициента яркости направленного светового потока поверхности покрытий. Эталоном служило никелевое покрытие, полученное в сульфатном электролите никелирования с добавкой тиомочевины.
Пористость определяли путем наложения на поверхность фильтровальной бумаги, пропитанной раствором: феррицианид калия 10 г/л; хлорид натрия 20 г/л [5].
Элементный состав полученных никелевых покрытий определяли методом рентгеноспектрального энергодисперсионого микроанализа на электронном микроскопе HITACHI TM 3000 c датчиком для количественного определения содержание элементов X-ray SDD XFlash 430H.
При тестировании электролита в ячейке Хулла в присутствии добавки на всем диапазоне концентрация при высоких плотностях тока были получены покрытия с дефектами, которые отслаивались и закручивались. Блеск наблюдался на всей поверхности образца при концентрации добавки 0,01 г/л. При повышении концентрации добавки появляются матовые участки.
По результатам опытов, проведенных в электрохимической ячейке, получены зависимости выхода по току, блеска и пористости от плотности тока при различных концентрациях добавки, которые представлены на рисунках 2-4.
Рисунок 2 – Зависимость выхода по току от плотности тока и концентрации
Из рисунка 2 видно, что при концентрации добавки 0,01 г/л с увеличением плотности тока выход по току увеличивается до 97,5% при плотности тока в 14 А/дм2, а потом снижается до 92,4% при плотности тока в 20 А/дм2. Среднее значение выхода по току при данной концентрации составило 95,8%. При концентрации добавки 0,02 г/л среднее значение выхода по току составило 95,1 %. При концентрации добавки 0,03 г/л максимальный выход по току составляет 95,2% при плотности тока в 14,5 А/дм2, среднее значение выхода по току – 95,05%. При концентрации добавки в 0,04 г/л среднее значение выхода по току составило 93,8%, при концентрации 0,05 г/л – 94,8%, при концентрации 0,06 г/л – 94,6%, при концентрации 0,07 г/л – 95,5%. Таким образом, с увеличением концентрации добавки наблюдается повышение выхода по току никеля и улучшение качества никелевого покрытия.
Рисунок 3 – Зависимости блеска от плотности тока и концентрации добавки
Как видно из рисунка 3, при концентрации добавки в 0,01 г/л значение блеска с увеличением плотности тока в начале увеличивается до 100 единиц блеска при плотности тока 10 А/дм2, что составляет 73 % от эталона. При дальнейшем повышении плотности тока показатель блеска снижается. При концентрации добавки 0,02 г/л показатель блеска плавно увеличивается с 63 до 103 единиц блеска, а затем уменьшается до 94 единиц блеска. Максимальное значение блеска при этой концентрации составляет 103 единицы блеска, что составляет 74% от эталона. При концентрации добавки 0,03 г/л максимальное значение блеска составляет 176 единиц блеска при плотности тока 15 А/дм2, что составляет 126% от эталона. При концентрации добавки 0,04 г/л максимальное значение блеска составляет 107 единиц блеска, что соответствует 76,4% от эталона. При концентрации добавки 0,05 г/л значение блеска достигает максимума в 169 единиц при плотности тока 20 А/дм2, что составляет 119,1% от эталона. При концентрации добавки 0,06 г/л значение блеска с увеличением плотности тока в начале увеличивается до максимума в 167,5 единиц при плотности тока 10 А/дм2, что составляет 119,6% от эталона, а затем уменьшается. При концентрации добавки 0,07 г/л блеск составляет 149,7 единиц блеска, что составляет 106,9% от эталона. Таким образом, при увеличении концентрации добавки наблюдается повышение блеска покрытий, однако при высоких плотностях тока блеск покрытий снижается.
На рисунке 4 представлена зависимость пористости никелевых покрытий от плотности тока при различных концентрациях добавки. При концентрации добавки 0,01 г/л пористость покрытия с повышением плотности тока постепенно уменьшается и минимальное ее значение составляет 0,2 пор/см2 при плотности тока 15 А/дм2. При концентрации 0,02 г/л с увеличением плотности тока увеличивается пористость до 10,7 пор/см2 при плотности тока 10 А/дм2, а затем уменьшается до 4 пор/см2. При концентрации 0,03 г/л образуется почти беспористое покрытие во всем диапазоне исследуемых плотностей тока. При концентрации 0,04 г/л с увеличением плотности тока пористость увеличивается до 8,1 пор/см2, а минимальное ее значение составляет 0,5 пор/см2. При концентрации добавки в 0,05 г/л с увеличением плотности тока до 15 А/дм2 увеличение пористости до 19,6 пор/см2. При концентрации 0,06 г/л значение пористости изменяется от 2,7 до 5,6 пор/см2. При концентрации добавки 0,07 г/л пористость находится в пределах 1-3,5 пор/см2. Таким образом, пористость никелевых покрытий находится в пределах от 0,2 до 19,6 пор/см2.
Рисунок 4 – Зависимость пористости от плотности тока и концентрации добавки
Рентгеноспектральный энергодисперсионный микроанализ проводился в Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского СО РАН. На рисунке 5 приведены спектры никелевого покрытия при концентрации добавки 0,03 г/л. В таблице 1 представлен состав полученного никелевого покрытия.
Рисунок 5 – Спектр никелевого покрытия с концентрацией добавки 0,03 г/л
Таблица 1
Состав блестящего никелевого покрытия с концентрацией добавки 0,03 г/л
|
Элемент |
Массовый % |
Атомный % |
|
Никель |
92,07 |
72,24 |
|
Углерод |
5,17 |
19,82 |
|
Кислород |
2,76 |
7,94 |
На рисунке 5 отмечены пики соответствующие никелю, кислороду и углероду. Масса никеля в процентном соотношении составляет 92,07 %, в состав покрытия не входят другие элементы, кроме кислорода и углерода.
Подводя итоги по изучению влияния добавки 2,6-бисизотиуроний-9-селенабицикло[3.3.1]нонан дигидробромид на качество никелевых покрытий, можно сделать следующие выводы:
– максимальное значение блеска наблюдается при концентрации добавки 0,03 г/л и составляет 176,2 единиц блеска;
– минимальная пористость наблюдается при концентрации добавки 0,02 и 0,03 г/л и составляет 0 пор/см2.
– рентгеноспектральный энергодисперсионный микроанализ покрытия показал, что кроме никеля в составе покрытия также присутствует углерод и кислород;
– выход по току в среднем составляет 94,9 %.
Таким образом, для получения блестящего низко пористого никелевого покрытия можно рекомендовать электролит следующего состава для использования на производстве: NiSO4ꞏ7H2O – 270 г/л, NaCl – 15 г/л, H3BO3 – 40 г/л, 2,6-дитиокарбамид 9-селенабицикло[3.3.1]нонан дигидробромид – 0,03 г/л. Режим электролиза: плотность тока – 10-20 А/дм2, Температура – 50 оС, рН – 4,6.
1. Балакай, В.И. Влияние природы блескообразующих добавок на выход по току никеля из хлоридного электролита / В.И. Балакай, А.О. Ковалева, А.В Стару-нов // Вестник науки. – 2018. Т.3, – С. 250.
2. Березин Н.Б. Развитие теории блескообразования / Н.Б. Березин, Ж.В. Межевич // Вестник технологического университета. – 2016. Т.19, №9 – С.60-63.
3. Мамаев, В.И. Функциональная гальванотехника: учебное пособие / В. И. Ма-маев. – Киров: ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2013. – 208 с.
4. Мамаев, В.И. Никелирование: учебное пособие / В.И. Мамаев, В. Н. Кудряв-цев. – М.: РХТУ им. Менделеева, 2014. – 192 с.
5. ГОСТ 9.302-88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля. – М.: ИПК Издательство Стандартов, 1990. – 45 с.
