Материал: Основы гальванотехники П. М. Вячеславов. 1960- 9 Мб

Глава III

ЦИНКОВАНИЕ

1. Свойства и область применения

Цинкование применяется для "защиты черных ме­ таллов от коррозии. Осадок цинка с течением времени заметно темнеет, так как он покрывается с поверх­ ности налетом основных углекислых солей. Этим объ­ ясняется невозможность использования цинка как де­ коративного покрытия. Цинк имеет более отрицатель­ ный потенциал, чем железо, поэтому цинковое покрытие обеспечивает электрохимическую защиту черных ме­ таллов от коррозии.

Скорость коррозии цинковых покрытий зависит от условий их эксплуатации. Так, по данным Института физической химии Академии наук СССР, в средних широтах скорость коррозии цинкового покрытия со­ ставляет около 0,5—0,6 мк в год для сельской местности и 3,6 мк — для промышленных районов с атмосферой, загрязненной SO2, С12, СО2 и другими активными аген­ тами. Однако в условиях высокой влажности воздуха при значительных колебаниях температуры с обильным выпадением росы (в тропических широтах) скорость коррозии сильно возрастает, и применение цинковых покрытий не является эффективным.

В настоящее время наиболее распространенными способами нанесения цинка на изделия из черных ме­ таллов являются: 1) горячий способ покрытия и 2) элек­ тролитический.

53

Горячий способ цинкования заключается в погру­ жении предварительно подготовленных изделий в рас­ плавленный цинк при температуре 450—480° С. Обра­ зование покрытия основано на хорошем смачивании железа и его сплавов цинком. Толщина покрытия при горячем способе из-за наплывов на отдельных участках поверхности колеблется в значительных пределах (50 — 150 мк), и точная регулировка ее невозможна. Вслед­ ствие этого горячий способ не может быть применен для изделий с точными допусками и в тех случаях, когда высокая температура процесса может изменить механические свойства изделия. Этот метод весьма широко применяется для цинкования изделий, имеющих внутренние закатанные швы (вёдра, тазы, баки и пр.).

В этом случае одновременно с защитой от корро­ зии обеспечивается герметичность емкостей, так как расплавленный цинк затекает во все щели швов. Го­ рячий способ получил применение также при цинко­ вании труб, листов и проволоки.

Электролитический метод является более совершен­ ным для осаждения цинка. Экономия металла при гальваническом способе по сравнению с горячим до­ ходит до 50%, а высокая степень чистоты осажден­ ного цинка обеспечивает повышенную химическую стойкость. В зависимости от условий эксплуатации толщина цинкового покрытия колеблется от 3 до 35 мк.

Предложено много электролитов для цинкования, однако наибольшее распространение получили кислые сернокислые и щелочные цианистые ванны.

2. Кислые цинковые электролиты

Осаждение цинка из кислых электролитов проис­ ходит при высоком выходе по току. Главным недо­ статком этих электролитов является крайне низкая рассеивающая способность. Вот почему сернокислые электролиты применяются для покрытия изделий про­ стой формы: листов, лент, проволоки и т. д. Серно­ кислый электролит имеет следующий состав (в г/л):

Сернокислый цинк......................... 200—300 Сернокислый алюминий................ 30 Сернокислый натрий..................... 50—100

54

pH......................................................... 3,5-4,5

Режим: температура электролита 15—25° С, катод­ ная плотность тока 2—5 а/дм2, выход по току 95—98%.

Добавка сернокислого натрия применяется для по­ вышения электропроводности раствора. Сернокислый алюминий обладает буферным действием: при pH ^4,5 происходит гидролиз с выпадением из раствора гид­ рата окиси алюминия и образованием кислоты:

Al2 (SO4)3 + 6Н2О Z 2А1 (ОН)3 + 3H2SO4.

Очевидно, пока в растворе находится достаточное количество сернокислого алюминия, pH электролита меняться не будет.

Появление осадка гидроокиси алюминия указывает на достижение верхней границы pH и необходимость корректировки ванны. Необходимость регулировки pH в указанных пределах диктуется следующими сообра­ жениями. При высокой кислотности (pH < 3,5) проис­ ходит заметное падение выхода по току, а при низкой кислотности (pH >4,5) возникает опасность выпадения гидроокиси цинка, что приводит к образованию губ­ чатого осадка цинка.

Применение органических добавок (декстрина, ди­ сульфонафталиновой кислоты и ее производных) спо­ собствует некоторому улучшению рассеивающей спо­ собности электролита. При этом осадки цинка стано­ вятся более мелкозернистыми и приобретают полубле­ стящий серебристый оттенок. .

В качестве анодов применяют обычно пластины из чистого металлического цинка (99,85 — 99,90% цинка). С целью интенсификации процесса рекомендуется пе­ ремешивание электролита и повышение температуры

(до 50-60°).

Основные неполадки в работе кислой ванны цинко­ вания сводятся к следующим:

а) Образование темных и губчатых осадков цинка. Подобные осадки образуются в результате присут­ ствия в электролите солей электроположительных ме­ таллов, например меди, свинца, органических примесей, солей азотной кислоты.

Удаление этих примесей производится посредст­ вом проработки при напряжении 1,5 —2,0 в в течение

55

2—3 час. Органические примеси можно также уда­ лить этим способом или же фильтрованием электро­ лита через активированный уголь.

б) Образование пятнистых неравномерных покры­ тий. Этот дефект вызывается накоплением в электро­ лите солей железа. Удаление железа производят хи­ мическим способом, заключающимся в окислении же­ леза перекисью водорода при нагревании (из расчета 0,5 мл 30%-ной перекиси водорода на 1 л раствора). После окисления производится нейтрализация электро­ лита раствором едкого натра при энергичном переме­ шивании. Железо в виде гидроокиси выпадает в оса' док, который затем отфильтровывается.

3. Цианистые цинковые электролиты

Цианистые электролиты, отличающиеся высокой рассеивающей способностью, применяются для покры­ тия изделий, имеющих сложную форму.

В цианистом электролите цинк находится в рас­ творе в виде сложного комплексного соединения. Кроме этих соединений, в электролите находятся цин­ каты, свободная щелочь и цианистый натрий или ка­ лий. Этот электролит очень токсичен, поэтому обра­ щение с ним требует особых мер предосторожности. Электролит приготовляется в стальных баках с борто­ вой вентиляцией или в вытяжном шкафу. Вначале рас­ творяют в воде цианистый натрий (или калий), после чего в электролит вводят едкий натр. Этот раствор декантируют во вторую емкость, где его подогревают до 70 - 80°. В подогретый раствор при перемешива­ нии вводят окись цинка, гидрат окиси цинка или циа­ нистый цинк.

Растворение окиси цинка протекает по следующей реакции:

2ZnO + 4NaCN -> Na2Zn (CN)4 + Na2ZnO2;' ZnO + 2NaOH Na2ZnO2 + H2O.

Свежеприготовленный гидрат окиси цинка раство­ ряется легче и быстрее, чем окись цинка, поэтому приготовление электролита для цинкования часто на­ чинается с осаждения гидрата окиси цинка.

56

вколичестве 2—5 г/л. Наиболее типичные неполадки

испособы их устранения при цинковании из циани­ стой ванны следующие:

1)медленное наращивание цинкового покрытия при заметном газовыделении на катоде, что обычно сви­ детельствует об избытке свободного цианида. Свобод­ ный цианид связывается добавкой гидрата окиси цинка;

2)темный цвет цинкового покрытия (наличие в элек­

тролите солей меди, никеля, свинца, олова и некоторых других металлов). Этот дефект устраняется введением сернистого натрия в количестве 3—4 г/л;

3)хрупкость покрытия (загрязнение электролита органическими веществами). Органические примеси могут быть удалены продолжительной проработкой ванны;

4)образование белой пленки на анодах (пассиви­

рование). Пассивирование анодов может быть устра­ нено путем увеличения анодной поверхности (общая поверхность анодов должна быть в 2—3 раза больше поверхности катодов) или посредством добавки циа­ нида натрия или калия.

4. Цинкатные электролиты

Цинкатные электролиты не нашли широкого при­ менения в промышленности. Объясняется это тем, что цинкатный электролит обладает склонностью давать

57

губчатые и дендритные осадки. Это явление устра­ няется введением в электролит незначительных коли­ честв олова, ртути или свинца.

Примерный состав цинкатного электролита (в г/л):

Режим: температура электролита 25—50°, катодная плотность тока 0,5—0,7 а)дм2. При перемешивании

к рассеивающей способности цианистых электролитов, поэтому применение их особенно целесообразно как заменителей токсичных цианистых электролитов. Элек­ тролит готовится растворением окиси цинка в едкой щелочи при температуре 90—95° С.

Как уже отмечалось ранее, основным дефектом является образование губки, которая устраняется до­ бавкой олова в виде станната натрия.

5.Другие электролиты для цинкования

Впоследние годы разработаны новые электролиты для цинкования. К ним относятся: борфтористоводо­ родный, кремнефтористоводородный и аммонийный.

Борфтористоводородный электролит имеет следую­ щий состав (в г'л):

Этот электролит позволяет работать на весьма интенсивных режимах. Так, при температуре 35—40°С

лита меньше, чем цианистого, но превышает рассеи­ вающую способность сернокислого электролита.

Исходными материалами для приготовления бор­ фтористоводородного электролита служат плавиковая

58