UA123411C2 - Спосіб електрохімічного осадження електрокаталітичного покриття сплавом нікель-ванадій - Google Patents

Спосіб електрохімічного осадження електрокаталітичного покриття сплавом нікель-ванадій Download PDF

Info

Publication number
UA123411C2
UA123411C2 UAA201901902A UAA201901902A UA123411C2 UA 123411 C2 UA123411 C2 UA 123411C2 UA A201901902 A UAA201901902 A UA A201901902A UA A201901902 A UAA201901902 A UA A201901902A UA 123411 C2 UA123411 C2 UA 123411C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
vanadium
coating
nickel
deposition
alloy
Prior art date
Application number
UAA201901902A
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Іванович Байрачний
Юлія Анатоліївна Желавська
Олексій Михайлович Фіногенов
Наталія Олександрівна Руденко
Original Assignee
Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут" filed Critical Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority to UAA201901902A priority Critical patent/UA123411C2/uk
Publication of UA123411C2 publication Critical patent/UA123411C2/uk

Links

Landscapes

  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

Винахід належить до області електрохімічного осадження покриття сплаву нікелю з ванадієм, що має каталітичні властивості. Згідно з винаходом знежирення та активацію поверхні виконують як одну операцію у розчині концентрованої пірофосфорної кислоти при температурі 80-120 °C. Осадження проводять з використанням сульфатного електроліту нікелювання наступного складу, г/дм3: NiSO4·7H2O - 250-300, NaCl - 15-20, Н3ВО3 - 25-30, до якого введено 0,1-0,3 г/дм3 ванадію (в перерахунку на метал) у вигляді ванадат-іона, який синтезовано з використанням оксиду ванадію V2O5. Осадження здійснюють при густині струму 2-5 А/дм2, рН=4,5-5,5 та температурі 20-50 °C. Вміст ванадію у покритті становить 0,3-0,45 %. Технічний результат: зниження витрат, підвищення надійності, стабільності та спрощення проведення процесу.

Description

Винахід належить до області електрохімічного осадження функціональних покриттів, зокрема покриттів сплавом нікелю з тугоплавкими металами (МУ, Мо, У), які мають каталітичні властивості відносно реакції відновлення водню на катоді і використовуються як катодні матеріали при електрохімічному отриманні водню з воднолужних розчинів. Перевагами методу одержання водню електролізом є його екологічна чистота, можливість створення установок з великим діапазоном продуктивності, простота експлуатації і зручність в роботі, висока чистота отримуваного водню |11.
Для сучасної водневої енергетики є актуальним отримання нових матеріалів, що мають каталітичну активність відносно реакції відновлення іонів водню на катоді, та дозволятимуть протікати цьому процесу з перенапругою, меншою в порівнянні з перенапругою на електродах, які використовуються у сучасному промисловому електролізі води. Такі матеріали повинні мати досить високий термін експлуатації та низьку собівартість, що надасть їм можливість замінити платину та паладій.
Відомі електроліти для осадження покриттів нікелю з тугоплавкими металами (М/, Мо, М), що мають каталітичні властивості. Нікель як метал-каталізатор може виділятися незалежно від сплаву, а такі метали як МУ, Мо або У, тільки разом з нікелем через отримання їх проміжної сполуки, адсорбованої на поверхні катода, індукованим співосадженням |21.
Електролітами для осадження сплаву Мі-УУ та Мі-Мо є аміачно-цитратні |З| та цитратні електроліти І|4, 5). Однак, при застосуванні платинованого титану або комбінації платинованого титану і нікелю, цитрат з досить високою швидкістю здатний окислюватися на нерозчинних анодах, даючи полімерні продукти складного складу, які і можуть негативно впливати на якість осаджених покриттів і бути однією з причин нестабільності процесу.
Є посилання на електроліт осадження сплаву Мі-М |бЇ, до складу якого входить ванадій сірчанокислий (УБО») та гідразин сірчанокислий. Недоліками є висока вартість та дефіцитність ванадію сірчанокислого, та використання гідразіну, який при експлуатації окислюється та змінює склад електроліту.
Для проведення процесу використовується електролізер з розділеним катодним і анодним простором та нерозчинним анодом, що призводить до збільшення енерговитрат та нестабільності протікання процесу осадження покриття з низьким виходом за струмом (5-22) 95.
Зо Найбільш близьким до пропонованого винаходу по технічній суті та результату, що досягається, є спосіб електрохімічного осадження нікелю з тугоплавкими металом (вольфрам) з пірофосфатного електроліту І7|, наступного складу, моль/дм3: пірофосфатний комплекс нікелю
Ке(Мі (Р2О7)2| 0,1-0,3; пірофосфат калію КаР2О7-0,2; вольфрамат натрію МагУ/О4-0,05-0,1; осадження відбувається на поверхню графітового електрода у стаціонарному режимі при густині струму 0,5-1,5 А/дм, рН 8,7-9,6 та температурі 20-25 "С, товщина покриття становить 15 мкм, вихід за струмом 15-25 95.
Недоліками способу є необхідність використання складного комплексного електроліту, що призводить до нестабільного протікання процесу осадження, низькі значення густини струму та виходу за струмом при реалізації даного процесу, екологічну небезпечність, пов'язану з використання пірофосфат-іонів, можливістю їх потраплянням у воду та в оточуюче середовище.
Задачею, що розв'язується даним рішенням, є підвищення надійності, стабільності та спрощення протікання процесу електрохімічного осадження покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом (ванадій).
В основу винаходу поставлена задача створення способу електрохімічного осадження покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом (ванадій) з сульфатного електроліту, яке має високі каталітичні властивості відносно реакції відновлення водню на катоді.
Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб електрохімічного осадження покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом (ванадій) з електрокаталітичними властивостями, що включає знежирення, активацію, що виконуються як одна операція у розчині концентрованої пірофосфорної кислоти при температурі 80-120 ? С, осадження сплаву, з використанням електроліту на основі простих іонів наступного складу, г/дм3: МіЗО4-7НгО-250- 300 (основний компонент, метал-каталізатор співосадження), Масі-15-20 (введення Сі-іонів як депасиватора анода), НзВОз 25-30 (забезпечення стабільного значення рН в заданому інтервалі), до якого введено 0,1-0,3 г/дм? ванадію (в перерахунку на метал) у вигляді ванадат- іона, який синтезовано з використанням оксиду ванадію М2гО5 (введення тугоплавкого металу), осадження відбувається у стаціонарному режимі при густині струму 2-5 А/дм-, рН 4,5-5,5 та температурі 25-50 "С, вміст ванадію у покритті становить 0,3-0,45 Фо.
Процес здійснюється таким способом.
Для осадження покриття поверхня сталевих електродів (Ст. 20) обробляється механічно, бо потім, з метою зменшення кількості операцій, одночасно знежирюється та активується у концентрованому розчині пірофосфорної кислоти при температурі 80-1420 С протягом 2-5 хвилин та послідовно промивається у гарячій та холодній дистильованій воді, після чого на поверхню електрода осаджується покриття сплавом нікель-ванадій з сульфатного електроліту.
Для приготування електроліту у дистильованій воді розчиняється нікель сірчанокислий, у розчин додається хлорид натрію та борна кислота, розчин підігрівається до 30-35" для пришвидшення розчинення останньої. Окремо у дистильованій воді розчиняється оксид ванадію (М), отриманий розчин, який містить ванадат-іони МОз' фільтрується і додається до приготованого електроліту нікелювання, встановлюється значення рн. Осадження відбувається у стаціонарному режимі при густині струму 2-4 А/дм? при температурі 25-30 "С та 3-5 А/дм? при температурі 40-502 , товщина покриття 9-12 мкм, вміст ванадію у покритті становить 0,3-0,45 95.
При виконанні сукупності зазначених операцій експериментально виявлено, що співосадження нікелю з тугоплавким металом (ванадій) здійснюється з сульфатного електроліту за реакціями:
Міг ОнН-не--»МіОНадс
МіОНаде-МОз-УМОз(МіОН)адс-
ЇМОз (МОН) Їаде--(МОзіМіадс" - ОН:
ІМОз МЦаде -ЗН2О--б5е--М--Мі4-6ОН-
При значенні рН в інтервалі 4,5-5,5 та концентрації ванадію (на мет.) 0,1-0,3 г/дм3, ванадій існує в розчині у вигляді монованадат-іона |81І, при концентрації ванадію (на мет.) більше ніж 0,3 г/дм3, ванадій присутній в розчині у формі поліаніону НМіоОгв"- декаванадієвої кислоти НеМ'оОгв, що перешкоджає осадженню покриття сплавом Мі-М. При вказаному режимі електролізу можливо отримати якісне, рівномірне дрібнокристалічне покриття, яке має каталітичні властивості відносно реакції відновлення водню на катоді. Що зменшує перенапругу даної реакції на 200 мВ в порівнянні з перенапругою на електродах, які використовуються у сучасному промисловому електролізі. Вміст ванадію в одержаному покритті 0,3-0,45 95, аналогічний кількості ванадію в металургійних сплавах.
Відмінною рисою винаходу є те, що знежирення та активація виконуються як одна операція у розчині концентрованої пірофосфорної кислоти, покриття осаджується на сталеву поверхню (Ст.20), а не графіт, використовується сульфатний електроліт нікелювання на основі простих іонів, а не комплексних, як тугоплавкий метал введено ванадій, який має більш виражені каталітичні властивості, в порівнянні з вольфрамом.
Відомо, співосадження нікелю з тугоплавким металом (ванадій) з кислого сульфатного електроліту, в якому ванадій існує у формі катіона ванадію (Ії) Ме. Але, не відомий спосіб електрохімічного одержання покриття сплавом нікель-ванадій з електроліту, в якому ванадій існує у формі ванадат-іона МОз зі ступеням окиснення ванадію ж-5, синтезованого з використанням оксиду ванадію МУ2О5.
Використання цього способу дозволяє ефективно, стабільно та дешево осаджувати покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом (ванадій), яке має каталітичні властивості відносно реакції виділення водню на катоді.
Таким чином, підтримка виявлених експериментально умов електрохімічного осадження покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом (ванадій) є істотно необхідною для реалізації способу, а порівняння технічного рішення, що заявляється, із прототипом й іншими технічними рішеннями дозволяє зробити висновок про відповідність способу, що заявляється, критеріям "новизна" й істотні відміннності.
Приклад 1.
Перед нанесенням покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом (вольфрам) поверхня графітового зразка була відполірована, після занурення зразка в гальванічну ванну з пірофосфатним електролітом наступного складу, моль/дм3: пірофосфатний комплекс нікелю
Ке(Мі (РгО7)2| 0,1-0,3; пірофосфат калію КаР2О;-0,2; вольфрамат натрію МагУ/О4-0,05-0,1; осадження відбувалося у стаціонарному режимі при густині струму 0,5-1,5 А/дму, в інтервалі рН 8,7-9,6 та температурі 20-25 "С. Товщина покриття становила 15 мкм, вихід за струмом 15-25 95.
Приклад 2-4.
Для електрохімічного осадження покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом (ванадій) використовували зразки, виготовлені зі Ст.20 розміром 40х10х2 мм. Після механічної обробки поверхню зразка одночасно знежирювали та оактивували у концентрованому розчині пірофосфорної кислоти (1-80-120 С) та послідовно промивали у гарячій та холодній дистильованій воді. Після чого зразок занурювали в електролізер з сульфатним електролітом вказаного складу (вар.1 та вар.2, табл.). Осадження відбувалося у стаціонарному режимі при кімнатній температурі в інтервалі 20-25 "С (вар.1, табл.) або при підвищенні температури до 40- бо 50 "С (вар.2, табл.). Отримане покриття рівномірне, дрібнокристалічне. Вміст ванадію в покритті становить 0,3-0,45 95. При використанні електроліту з вмістом ванадію 0,5 г/дм3 (на мет.) (вар.3, табл.) покриття не осаджується.
Таблиця
Технологічні показники електрохімічного осадження покриття сплавом нікель-ванадій пиши плн п склад, | Ст/дмі / кА/дм| "С | рН | Част,хв | б.мкм |ВС, 95 масі НзВОз М(на|20 20-25 0,1- мМізО47НгО Масі!| 250-300 15- оз|нвонаметуьогоєвоє| 5 | 5 | 555 | 5
Їк | - катодна густина струму, А/дме;
І) - товщина покриття, мкм;
ІСІ - концентрація компонентів, г/дм3;
ІВСІ - вихід за струмом, 95.
Таким чином, зіставлення даних, наведених у прикладах, показує, що запропонований спосіб електрохімічного осадження сплава нікелю з тугоплавким металом (ванадій) забезпечує зниження матеріальних витрат та підвищення надійності, стабільності та спрощення при проведенні даного процесу. Економічна доцільність використання пропонованого способу обумовлена застосуванням доступних та дешевих матеріалів для електродів, що виготовляються на вітчизняних заводах, та реактивів зі забезпеченням екологічної безпеки технологічного процесу.
Використання електродів з електрокаталітичним покриттям сплавом Мі-М з меншою перенапругою виділення водню на 200 мВ, в порівнянні з перенапругою на електродах, які застосовуються при промисловому електрохімічному отриманні водню, дозволяє знизити енерговитрати на проведення даного процесу на 15 95, що знижує собівартість отриманого водню.
Джерела інформації: 1.Козин Л. Ф., Волков С.В. Современная знергетика и зкология. Проблемь и перспективьі!. -
К: Наукова думка, 2006. - 772 б. 2.Гамбург. Ю.Д. Теория и практика злектроосаждения металлов / Ю. Д. Гамбург, Дж.
Зангари; пер. с англ. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. -438 с.
З. Беленький М.А., Злектроосаждение металлических покрьїтий / М.А. Беленький, А.Ф.
Иванов- М.: Металлургия, 1985. - 288 с. 4. Е. Вейому5Ка-І ептап, А. Відов, Р. ІпауКа, М. Кої, зипасе 4 Соаїйпд5 Тесппоіоду 211 (2012) рр 67-71.
Ко) 5. Хіаоглеп ПШ, Оіпуеї ЗНеп, Мап ШО, Хіаолнои Гі, УЛе Спеп, апа Оіапуеєї 5пи, Арріїєйд
Меспапісз апа Маїетгіа!5 Мої 577 (2014) рр 15-18. б. Патент на изобр. Мо 357267 СССР, С258 5/32 Способ злектролитического осаждения сплавов никеля / С.П. Антонов, Д.П Зосимович, В.С Ж Кублановский; патентообладатель:
Институт общей и неорганической химии АН Украинской ССР. - Мо 1357987/22-1; заяв. 14.08.1969; опубл. 31.10.1972, Бюл. Мо 33. 7 Красиков А.В., Красиков В.Л Механизм злектооосаждения сплава никель-вольфрам из пирофосфатного злектролита // Известия СПОГТИ(ТУ). - 2016. -Мо 36. -С. 12-23. 8. Загальна та неорганічна хімія. 4.1. - К.: Педагогічна преса, 2002.-518 с.

Claims (1)

  1. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб електрохімічного осадження покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом з електрокаталітичними властивостями у стаціонарному режимі, що включає знежирення, активацію, осадження сплаву, який відрізняється тим, що знежирення та активацію виконують
    45 як одну операцію у розчині концентрованої пірофосфорної кислоти при температурі 80-120 С, осадження покриття сплавом нікелю з тугоплавким металом з електрокаталітичними властивостями проводять з використанням сульфатного електроліту ніселювання наступного складу, г/дму: МіО: 7НгО - 250-300, Масі - 15-20, НзВОз - 25-30, до якого вводять 0,1-0,3 г/дм3 ванадію (в перерахунку на метал) у вигляді ванадат-іона, який синтезовано з використанням оксиду ванадію М2О5, осадження здійснюють при густині струму 2-5 А/дме, рН-4,5-5,5 та температурі 20-50 "С, вміст ванадію у покритті становить 0,3-0,45 Фо.
UAA201901902A 2019-02-25 2019-02-25 Спосіб електрохімічного осадження електрокаталітичного покриття сплавом нікель-ванадій UA123411C2 (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201901902A UA123411C2 (uk) 2019-02-25 2019-02-25 Спосіб електрохімічного осадження електрокаталітичного покриття сплавом нікель-ванадій

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201901902A UA123411C2 (uk) 2019-02-25 2019-02-25 Спосіб електрохімічного осадження електрокаталітичного покриття сплавом нікель-ванадій

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA123411C2 true UA123411C2 (uk) 2021-03-31

Family

ID=75338662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201901902A UA123411C2 (uk) 2019-02-25 2019-02-25 Спосіб електрохімічного осадження електрокаталітичного покриття сплавом нікель-ванадій

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA123411C2 (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5732721B2 (ja) クロムめっき方法
US2693444A (en) Electrodeposition of chromium and alloys thereof
CN104040033A (zh) 电解液及其用于沉积黑钌镀层的用途及以此方式获得的镀层
US2027358A (en) Electrodeposition of metals of the platinum group
US4285784A (en) Process of electroplating a platinum-rhodium alloy coating
UA123411C2 (uk) Спосіб електрохімічного осадження електрокаталітичного покриття сплавом нікель-ванадій
UA136231U (uk) Спосіб електрохімічного осадження електрокаталітичного покриття сплавом нікель-ванадій
US4673471A (en) Method of electrodepositing a chromium alloy deposit
JPS60228693A (ja) Zn−Ni合金めつき鋼板の製造方法
US2577365A (en) Rhodium plating
US3206382A (en) Electrodeposition of platinum or palladium
US4171247A (en) Method for preparing active cathodes for electrochemical processes
EP0073221A4 (en) HIGH-SPEED CHROME ALLOY COATING.
Salakhova et al. Electrochemical obtaining of rhenium-molybdenum alloys
Danil’chuk et al. Electrodeposition of Fe–W coatings from a citric bath with use of divided electrolytic cell
US2335821A (en) Palladium plating bath
US2702271A (en) Process for the deposition of gold or gold alloys
RU2814771C1 (ru) Способ электроосаждения хромовых покрытий из электролита на основе гексагидрата сульфата хрома (III) и формиата натрия
JPH0559999B2 (uk)
US2457021A (en) Palladium plating
RU2720269C1 (ru) Способ получения коррозионностойкого электрохимического покрытия цинк-никель-кобальт
JPS5811000B2 (ja) 水溶液の電解に用いる不溶性陽極の製造方法
Arslan et al. The anodic oxidation of Cr (III) to Cr (VI) in a laboratory-scale chromium electrowinning cell
Rao et al. The electrodeposition of copper on film-covered metal surfaces
US3692642A (en) Electrodeposition of osmium and baths therefor