Электролитическое цинкование

Цинкование относится к наиболее распространенным процессам электрохимической обработки поверхностей стальных изделий. Это объясняется прежде всего тем, что цинковые покрытия в атмосферных условиях и пресной воде (до 60 ⁰С) являются анодными по отношению к черным металлам (Е° = -0,76 В) и защищают их электрохимически. Беспористость цинковых покрытий не является обязательным условием для тех деталей, которые находятся при низкой или нормальной температуре воды (при температуре выше 60 ⁰С цинк по отношению к стали становится катодом) или атмосферном воздействии. Цинковые покрытия в промышленной атмосфере, загрязненной газами SO₂, CO₂, более устойчивы, чем кадмиевые, что объясняется меньшей растворимостью продуктов коррозии цинка. Цинковые покрытия нестойки в среде, насыщенной морскими испарениями, в кислой среде с рН < 5 и щелочной среде с рН > 12.

Защитное действие цинкового покрытия резко ослабляется в атмосфере, содержащей органические вещества (олифы, масла, синтетические смолы и др.). Хорошо защищают цинковые покрытия стальные изделия (например, насосы, бензопроводы) от коррозионного действия бензина и других серосодержащих жидкостей. Цвет покрытий без дополнительной обработки серебристо-белый или светло-серый. Однако цинковые покрытия могут быть получены блестящими из электролитов, содержащих специальные блескообразующие добавки. Как правило, блестящие покрытия более коррозионностойкие. Цинковые покрытия характеризуются хорошим сцеплением с основным металлом, хорошо выдерживают гибку, развальцовку, слабую запрессовку, не стойки при работе на трение.

Микротвердость покрытий в среднем 50 - 60 кгс/мм², удельное электрическое сопротивление - 5,75-10^-6 Ом-см. Защитные свойства цинка проявляются тем продолжительнее, чем больше толщина покрытия.

Толщина цинковых покрытий, необходимая для защиты изделия от коррозии, зависит от материала и характера обработки покрываемых изделий, назначения, условий эксплуатации, хранения изделий и колеблется в довольно широких пределах (от 5 до 50 мкм).

Цинковые покрытия могут быть получены различными методами: горячим (из расплава), напылением, диффузионным насыщением и электрохимическим. Результаты коррозионных испытаний цинковых покрытий, нанесенных различными методами, свидетельствуют о том, что электролитические покрытия более коррозионностойки, что обусловлено более высокой степенью чистоты, мелкокристаллической структурой, большей пластичностью, лучшей адгезией покрытия, более равномерной толщиной. Экономия металла при электролитическом способе по сравнению с горячим составляет 50 % и более.

Цинковые покрытия осаждают в основном из двух типов электролитов:

а) из растворов, в которых цинк находится в виде гидратированных катионов цинка;

б) из растворов, в которых цинк находится преимущественно в виде комплексных анионов.

К первой группе относятся сернокислые, борфтористоводородные электролиты, ко второй - комплексные цианистые, цинкатные, пирофосфатные и другие электролиты. Наиболее важное значение имеют цианистые и кислые электролиты. От природы и состава электролита зависит качество катодных осадков и скорость осаждения. Так, качество осадков и скорость осаждения в значительной степени определяются характером и степенью изменения катодных потенциалов, поэтому для сравнительной оценки электролитов цинкования (как и для других видов) лучше всего исходить из относительного расположения поляризационных i_K - Е_к кривых. Чем существеннее изменяется катодная поляризация, тем более мелкозернистые и равномерные по толщине покрытия осаждаются на катоде.

В кислых электролитах (сернокислый, борфтористоводородный) без специальных добавок катодная поляризация сравнительно невелика. Осадки из таких электролитов осаждаются удовлетворительного качества, но менее равномерные по толщине, чем из цианистых и других комплексных электролитов. Однако допустимая плотность тока и скорость процесса в кислых электролитах может быть значительно выше, чем в комплексных.

В сернокислых и аммиакатных электролитах при электроосаждении цинка из различных электролитов выход цинка по току достигает 94 - 96% и незначительно зависит от плотности тока. В цианистых электролитах при i_K = 1А/дм² выход по току составляет 80 % и резко падает при увеличении плотности тока.

Разработаны сернокислые электролиты, содержащие в качестве буферной добавки - добавки, стабилизирующей рН- карбоновые кислоты (a -аминопропионовую, янтарную илимонную). Такие электролиты обладают более высокой рассеивающей способностью, чем сернокислые электролиты, с буферной добавкой сульфата алюминия.

Аноды для цинкования в кислых электролитах целесообразнее изготавливать не из чистого цинка, а с примесью магния (0,05 - 0,2 %) и кальция (0,25 - 1 %). Аноды такого состава в меньшей степени образуют шлам и растворяются с малым выходом по току, благодаря чему электролит более устойчив.

Примеры составов электролитов (г/л), используемые в настоящее время в промышленности:

1. Сернокислый цинк 200-300;
Сернокислый натр 50 – 100;
Сернокислый алюминий 30;
Декстрин 10-12;
рН 3,8-4,4;

Температура 18 - 25⁰С.

2. Оксид цинка 20 - 40;

Цианистый натрий 80 - 120;
Гидроксид натрия 70 - 90;
рН 2,5 - 5,0;

Tемпература 18 – 40⁰С

Условия электроосаждения:

Катодная плотность тока, i_K 3 - 4 А/дм²,

Аноды Zn + 0,5 % Al;.

Блестящие цинковые покрытия получают введением в обычные цианистые электролиты блескообразующих добавок БЦ-1, БЦ-2, БЦУ, представляющих собой водные растворы различных композиций блескообразователей. Для получения зеркальных покрытий применяется блескообразователь Ликонда НЦ. При цинковании, особенно из цианистых электролитов, происходит наводораживание поверхности детали, при этом предел выносливости при изгибе снижается тем значительнее, чем выше прочностные характеристики покрываемой стали.

Для повышения коррозионной стойкости цинковые покрытия подвергают дополнительной обработке в пассивирующих растворах хроматированию или фосфатированию.