PL198149B1 - Sposób nakładania powłok cynkowo-niklowych z alkalicznej kąpieli galwanicznej - Google Patents

Abstract

1. Sposób nak ladania pow lok cynkowo- niklowych z alkalicznej k apieli galwanicznej przy u zyciu anody i katody, w którym jako kato- lit alkaliczny (4) stosuje si e alkaliczny elektrolit cynkowo-niklowy, zawieraj acy aminy jako do- datki kompleksujace dla jonów niklowych, znamienny tym, ze anod e (2) oddziela si e od alkalicznego elektrolitu cynkowo-niklowego (4) membran a jonitow a (6). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób nakładania powłok cynkowo-niklowych z alkalicznej kąpieli galwanicznej.

Znane jest powlekanie materiałów przewodzących prąd elektryczny stopami cynku i niklu dla zwiększenia ich odporności na korozję. Stosuje się do tego celu zazwyczaj kwaśną kąpiel elektrolityczną, zawierającą na przykład elektrolit siarczanowy, chlorkowy, fluoropromatowy lub sulfaminianowy. W tych sposobach osiągnięcie równomiernej grubości powłoki cynkowo-niklowej na powlekanym materiale jest bardzo skomplikowane pod względem technicznym i w praktyce najczęściej nie jest możliwe.

Z tej przyczyny stosowane były od dawna cynkowo-niklowe kąpiele galwaniczne opublikowane w niemieckim opisie patentowym nr 37 12 511, przykładowo o następującym składzie:

11,3 g/l ZnO

4.1 g/l NiSO₄ * 6H2O 120 g/l NaOH

5.1 g/l polietylenoiminy.

Aminy zawarte w kąpieli służą jako dodatki kompleksujące dla jonów niklowych, które poza tym są nierozpuszczalne w medium alkalicznym. Skład kąpieli zmienia się zależnie od producenta.

W urządzeniach do galwanicznego nakładania powłok cynkowo-niklowych stosuje się zwykle nierozpuszczalne anody niklowe. Stężenie cynku w kąpieli galwanicznej utrzymuje się na stałym poziomie poprzez dodawanie roztworu cynku, zaś stężenie niklu utrzymuje się na stałym poziomie poprzez dodawanie roztworu niklu, na przykład roztworu siarczanu niklu.

Kąpiele te wykazują jednak po kilku godzinach pracy zmianę barwy z pierwotnej niebieskofioletowej na brązową. Po kilku dniach względnie tygodniach zabarwienie to staje się bardziej intensywne i można stwierdzić rozdzielenie kąpieli na dwie fazy, przy czym górna faza jest ciemnobrązowa. Faza ta powoduje znaczne zakłócenia w nakładaniu powłok na detale, na przykład nierównomierne grubości warstw lub tworzenie pęcherzyków. Niezbędne jest ciągłe oczyszczanie kąpieli, to znaczy ciągłe zdejmowanie górnej warstwy. Jest to jednak czasochłonne i kosztowne.

Ponadto po kilku tygodniach pracy w kąpielach można wykazać obecność cyjanku. Zanieczyszczenie cyjankiem wymaga regularnego odnawiania kąpieli i specjalnej obróbki ścieków, co znacznie podwyższa koszty eksploatacji kąpieli. Ma to znaczenie tym większe, że ścieki wykazują bardzo duże stężenie substancji organicznych i przy wartości CSB od około 15.000 do 20.000 mg/l utrudniają usuwanie cyjanków. Utrzymanie przewidzianych ustawowo parametrów ścieków (0,5 ppm niklu i 2 ppm cynku) jest wówczas możliwe jedynie pod warunkiem dodania dużej ilości środków chemicznych.

Powstawanie drugiej fazy należy tłumaczyć reakcją aminy, która w roztworze alkalicznym ulega przemianie w nitryle (między innymi również w cyjanek). Wskutek rozkładu aminy do kąpieli należy w sposób ciągły dodawać nowe dodatki kompleksujące, co zwiększa koszty procesu.

Nie można stosować innych anod niż niklowe, ponieważ rozpuszczają się one w alkalicznym elektrolicie, co również ma niekorzystny wpływ na jakość powłoki.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu galwanicznego nakładania powłok cynkowoniklowych, za pomocą którego można wytwarzać tanie powłoki cynkowo-niklowe wysokiej jakości.

Sposób nakładania powłok cynkowo-niklowych z alkalicznej kąpieli galwanicznej przy użyciu anody i katody, w którym jako katolit alkaliczny stosuje się alkaliczny elektrolit cynkowo-niklowy, zawierający aminy jako dodatki kompleksujące dla jonów niklowych, charakteryzuje się tym, że anodę oddziela się od alkalicznego elektrolitu cynkowo-niklowego membraną jonitową.

Korzystnie anodę oddziela się od alkalicznego elektrolitu cynkowo-niklowego perfluorowaną membraną kationitową.

Korzystnie jako otaczający anodę anolit stosuje się kwas siarkowy, kwas fosforowy, kwas metanosulfonowy, kwas amidosulfonowy i/lub kwas fosfonowy.

Korzystnie jako anodę stosuje się platynowaną anodę tytanową.

Oddzielenie anody od alkalicznego elektrolitu membraną jonitową zapobiega reakcji aminy na anodzie niklowej, co z kolei sprawia, że nie zachodzą żadne niepożądane reakcje uboczne, które przysparzałyby problemów w związku z usuwaniem ich produktów lub powodowałyby powstanie drugiej fazy osadzających się na kąpieli produktów reakcji i miałyby niekorzystny wpływ na jakość powłoki cynkowo-niklowej. Wynalazek pozwala zrezygnować z kosztownego zdejmowania tej warstwy oraz odnawiania kąpieli. Ponadto należy podkreślić znaczną poprawę jakości powłoki.

PL 198 149 B1

Szczególnie korzystne okazało się zastosowanie membrany kationitowej z perfluorowanego polimeru, ponieważ ma ona pomijalny opór elektryczny, natomiast wysoką odporność chemiczną i wytrzymałość mechaniczną.

Ponadto nie występuje tu zanieczyszczenie ścieków cyjankiem, co znacznie upraszcza cały proces oczyszczania ścieków. Nie trzeba również uzupełniać elektrolitu dodatkami kompleksującymi, ponieważ nie ulega on rozkładowi, zaś jego stężenie w kąpieli pozostaje w przybliżeniu stałe. Dzięki temu koszty procesu ulegają znacznemu obniżeniu.

Kąpiel cynkowo-niklowa działa w roztworze według wynalazku jako elektrolit. Jako anolit można stosować przykładowo kwas siarkowy lub fosforowy. Jako anody w grę wchodzą anody typowe dla urządzenia według wynalazku, na przykład platynowane anody tytanowe, ponieważ nie podlegają one już działaniu zasadowej kąpieli cynkowo-niklowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pojedyncza figura przedstawia schematycznie budowę urządzenia do galwanicznego nakładania powłok cy nkowo-niklowych.

Przedstawione na fig. 1 urządzenie 1 zawiera anodę 2 i katodę 3, którą stanowi powlekany detal. Otaczający katodę elektrolit 4 jest alkaliczny i stanowi go cynkowo-niklowa kąpiel galwaniczna o znanym składzie, w której jako dodatki kompleksujące dla jonów niklu stosuje się aminy. Otaczający anodę 2 anolit 5 może się składać na przykład z kwasu siarkowego lub fosforowego. Anolit 5 i elektrolit 4 są oddzielone od siebie perfluorowaną membraną kationitową. Membrana 6 umożliwia niezakłócony przepływ jonów przez kąpiel, zapobiega jednak stykaniu się elektrolitu 4, zwłaszcza zawartych w nim amin, z anodą 2, wskutek czego nie mają tu miejsca opisane powyżej szczegółowo reakcje, a także ich niekorzystne następstwa.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób nakładania powłok cynkowo-niklowych z alkallcznej kąoiell g^ll^^r^ic^^r^^j przy użyciu anody i katody, w którym jako katolit alkaliczny (4) stosuje się alkaliczny elektrolit cynkowo-niklowy, zawierający aminy jako dodatki kompleksujące dla jonów niklowych, znamienny tym, że anodę (2) oddziela się od alkalicznego elektrolitu cynkowo-niklowego (4) membraną jonitową (6).
2. 2. Sposóbwedługzasttz. 1, znamienny że anodę (2) oddzielasię od 3^3Νοζηθ9θβΙθ^ί·οlitu cynkowo-niklowego (4) perfluorowaną membraną kationitową.
3. 3. Sposóbwedługzasttr. 1 albo 2, znamiennytym, że ( akooteccająccanodę (22 anollt ((5) stosuje się kwas siarkowy, kwas fosforowy, kwas metanosulfonowy, kwas amidosulfonowy i/lub kwas fosfonowy.
4. 4. Sposób według zasfrz. 1 albo 2, znamien ny tym, że j ako anodę (22 stosuje się platynowaną anodę tytanową.