Электролиты железнения и режимы электролиза

Для получения железных покрытий используют в основном сульфатные, хлоридные и борфторидные электролиты. Они подразделяются на горячие (80 – 100°С) и холодные (20 - 50°С).

Таблица 10.1

Составы электролитов и режимы железнения

Состав электролита и параметры электролиза	Номера электролитов
Содержание компонента, г (на 1 л раствора): FeSO 4×7 H 2 O	400 - 450	-	-	-
FeCl 2×4 H 2 O	-	200 - 250	600 - 650	250 - 300
Al 2(SO 4)3×18 H 2 O	100 - 120	-	100 - 120	-
NaCl	-	-	-	90 - 100
KCl	-	100 - 120	-	-
K 2 SO 4	-	-	20 - 30	-
MnCl 2	-	-	20 - 30	-
HCl	1 - 1,5	2 - 3	-	2 - 3
Аскорбиновая кислота	-	-	0,3 - 0,5	-
рН	1,7 – 1,6	-	2,3	-
Температура, °С	18 - 40	60 - 70	20 - 40	70 - 80
Катодная плотность тока, А/дм^2	5 - 20	10 - 40	10 - 30	10 - 40

Из горячего сульфатного электролита получают хрупкие осадки с большими внутренними напряжениями, в то же время из хлоридного при такой же температуре – пластичные. Учитывая это обстоятельство, железнение в сульфатных растворах ведут при температурах близких к комнатной, что способствует также снижению возможности окисления двухвалентных ионов железа до трехвалентных и стабилизирует работу электролита. С увеличением концентрации железа и рН в хлоридном электролите внутренние напряжения в осадках уменьшаются.

Наиболее широкое применение для железнения получили хлоридные электролиты, благодаря хорошему качеству формируемых покрытий и сравнительно большой скорости их наращивания.

Чем выше плотность тока и температура электролита, тем ниже должно быть значение рН. Недостаток кислоты приводит к появлению в растворе гидроксида железа, который, включаясь в осадок, придает ему хрупкость. Не следует допускать избытка кислоты, т.к. это вызывает снижение выхода металла по току. При железнении необходимо поддерживать рН в установленном диапазоне.

В горячих электролитах, работающих при температуре 80 – 100°С и выше, значение водородного показателя должно быть 1 – 2. Для поддержания такой кислотности в электролит добавляют соответствующую кислоту. В хлоридных электролитах, работающих при рН > 2 и температуре 18 – 20 °С для поддержания требуемой кислотности иногда применяют добавки сульфата аммония, алюминия, марганца, придающие буферные свойства раствору. Введение аскорбиновой кислоты затрудняет окисление ионов железа (II) в сульфатных растворах при рН около 4.

Значение выхода по току железа связано с температурой электролита и концентрацией в нем солей железа. В этом отношении преимущества имеют растворы на основе хлорида железа – растворимость его выше, чем сульфата, и еще более увеличивается, т.к. процесс ведут при повышенных температурах. Нагрев до 80 – 90 °С позволяет реализовать процесс при высоких плотностях тока. Выход по току составляет 80 – 90 %. Для всех электролитов железнения он почти не зависит от плотности тока, но увеличивается с повышением температуры.

Хлористые и сернокислые электролиты имеют свои преимущества и недостатки. Хлористые электролиты производительны, но склонны к окислению кислородом воздуха, обладают недостаточной буферной емкостью. Сернокислые растворы наиболее устойчивы к окислению, могут работать при низких температурах, но допустимые плотности тока небольшие, обладают меньшей производительностью, из них трудно получить плотные осадки железа с надежной прочностью сцепления при плотности более 15 А/дм².

На практике применяют смешанные электролиты, с содержанием (г/л): FeSO ₄·7 H ₂ O – 200; FeCl ₂·4 H ₂ O – 200. Эти электролиты хорошо работают при: pH = 1 – 1,5, t = 20 – 60°C, i _k = 15 – 40 А/дм². Они более стойкие к окислению, чем хлоридные и производительнее сульфатных.

Борфторидные электролиты по сравнению с сульфатными и хлоридными меньше поддаются окислению и поэтому более стабильны. Обладают хорошими буферными свойствами. Благодаря довольно большой растворимости борфторида железа, концентрация его в растворе может быть высокой, что позволяет вести процесс при более высокой плотности тока, чем в сульфатных и в хлоридных электролитах при одинаковой температуре.

Борфторидный электролит содержит (г/л): 85 – 90 Fe (BF ₄)₂ (в пересчете на металл), 35 – 40 NaCl, 10 – 15 H ₃ BO ₃, 0,4 – 1 добавки KCl, рН 2,2 – 2,5. Режим железнения: t = 60 ÷ 65 ⁰C, i_k = 2 ÷ 5 А/дм².

Значительный практический интерес представляют электролитические сплавы железа с цинком, никелем, марганцем, рядом других металлов, а также с углеродом. В последнем случае в хлоридный электролит добавляют 60 г/л глицерина и 30 - 40 г/л сахара. Получаемые осадки содержат до 0,6% углерода и могут подвергаться термообработке – отжигу, закалке.

Сплавы Fe - Zn в зависимости от их состава, можно использовать для получения осадков большой толщины, что необходимо в гальванопластике или в качестве антикоррозийного покрытия. Соответствующие составы электролитов представлены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Содержание компонентов электролитов (г/л):	Электролит 1	Электролит 2
Fe (BF 4) в пересчете на металл		47 – 49
Zn (BF 4)2 в пересчете на металл	4,6	8 - 11
NH 4 Cl
H 3 BO 3
хромоксан (рН = 1,0)

В обоих случаях рН = 1,0, температура 50°С, катодная плотность тока 5 и 2 А/дм² соответственно.

В электролите 1 формируются покрытия, содержащие около 75% железа. Защитные свойства сплава, включающего 10 – 17% железа, полученного в электролите 2 не уступают и даже нисколько превосходят свойства цинковых покрытий.

Дата добавления: 2014-01-13