CC BY
31
УДК 621.357.7
А. А. Бояринцева, О.Ю. Петрушова, Т.Е. Цупак
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Миусская пл., д. 9, Кафедра ТЭП, e-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ ХЛОРИД-ИОНА НА ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ НИКЕЛЯ И СПЛАВА НИКЕЛЬ-ФОСФОР ИЗ СУЛЬФАТНО-ГЛИЦИНАТНО-ХЛОРИДНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Аннотация
Исследовано влияние концентрации хлорид-ионов на процесс электроосаждения никеля и сплава никель-фосфор из сульфатно-глицинатно-хлоридноых электролитов. Показано положительное влияние ионов хлора на катодный и анодный процессы.
Ключевые слова: электроосаждение, никель, сплав никель-фосфор, глицин, состав сплава, выход по току, хлорид-ион, катодные и анодные поляризационные кривые.
Известно, что скорость протекания катодного и анодного процессов изменяется при введении в раствор различных анионов. В зависимости от природы аниона эти процессы ускоряются или тормозятся [0]. В работе [0] показано, что увеличение концентрации хлорид-ионов в ацетатно-хлоридных электролитах осаждения сплава никель-фосфор оказывает существенное деполяризующее влияние, в результате чего облегчается как восстановление ионов никеля и фосфора, так и водорода. Влияние ионов хлора неодинаково на процессы восстановления; оно увеличивается в ряду: восстановление ионов фосфора - ионов водорода -ионов никеля.
При проведении электролиза в электролитах никелирования следует учитывать то, что никелевый анод легко пассивируется, особенно при высоких анодных плотностях тока. Для устранения пассивации анодов в электролиты вводят хлорид-ионы.
Целью данной работы является исследование влияния концентрации хлорид-ионов на процесс электроосаждения никеля и сплава никель-фосфор из сульфатно-хлоридных электролитов, содержащих аминоуксусную кислоту.
Методики исследования
Электроосаждение сплава никель-фосфор производили из сульфатно-хлоридных электролитов с добавкой аминоуксусной кислоты. Концентрации сульфата никеля, глицина и гипофосфита натрия были постоянны: NiSO4•7H2O - 0,5М; NH2CH2COOH
- 0,2 М; NaH2PO2•H2O - 0,05 М. Также вводили добавки лаурилсульфата натрия - 0,05 г/л и сахарина
- 2 г/л. Концентрация хлорид-иона варьировалась от 0,05 до 0,2 М. Значение рН электролитов 2,3±0,05, температура растворов 50±10С. Корректировку рН проводили после каждого электролиза с использованием рН метра «pH-METER-pH410». Температура растворов поддерживалась с помощью термостата LOIP LT-208.
Катодный выход по току исследовали гравиметрически с использованием электронных весов «HTR-80CE». Содержание фосфора в сплаве №-P определяли фотометрическим методом с построением градуировочного графика на фотоколориметре «Экотест 2020».
Процесс электроосаждения никеля и сплава никель-фосфор изучали снятием катодных и анодных потенциодинамических кривых на потенциостате Р-30 марки Elins в сульфатно-глицинатно-хлоридных электролитах с различной концентрацией хлорид-иона. В стеклянный капилляр Луггина, конец которого подведён к рабочему электроду, помещали хлоридсеребряный электрод сравнения. Скорость развёртки потенциала - 2 мВ/с.
При получении суммарных поляризационных кривых выделения никеля и водорода, а также сплава и водорода катодом служил никелевый образец марки НП-2 с осажденным покрытием № или №-Р (5=10 мкм), рабочая поверхность которого составляла 0,1 дм2; анодом служила никелевая пластина размером 0,2x0,15 дм2. При исследовании анодного процесса рабочим электродом служил никелевый образец марки НП-2, вспомогательным электродом - платина.
Результаты исследования
Значительное влияние на процесс электроосаждения никеля и сплава никель-фосфор оказывает концентрация хлорид-ионов. Так с увеличением концетрации С(СГ) в электролите никелирования от 0,05М до 0,1М происходит деполяризация катодного процесса на 0,027 В (рис. 1а), от 0,1М до 0,2М на 0,03 В (при 5 А/дм2). Для процесса электроосаждения сплава никель-фосфор на 0,053 В и 0,027 В соответственно (рис. 1б). Деполяризующее действие ионов хлора на процесс осаждения никеля и сплава никель-фосфор усиливается при увеличении плотности тока (рис. 1 а, б), что согласуется с данными, приведёнными в работе [0].
14 12 10 8
^ 6
I 4 - 2 0
0,05 М
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5 -0,6 Е , В (с.в.э)
-0,7
-0,8
14 12 10
<ч 8
14
2 0
0,2 М 0,1 М 0,05 М
-0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 Е, В (с.в.э)
-0,7
-0,8
Рис. 1. Суммарные катодные поляризационные кривые из сульфатно-глицинатно-хлоридных электролитов с различной концентрацией хлорид-иона: а - выделения никеля и водорода; б - выделения сплава никель-фосфор и водорода
Введение хлорид-иона также оказывает влияние Схожие зависимости были получены в работе [0] на анодный процесс. Как видно из рис. 2 увеличение для ацетатно-хлоридных электролитов осаждения С(СГ) от 0,05М до 0,2М приводит к увеличение тока сплава никель-фосфор. начала пассивации от 1,69 до 7,06 А/дм2 (табл. 1). При этом уменьшается область пассивного состояния от 0,43 до 0,24 В.
Табл. 1. Характерные точки анодных поляризационных кривых растворения никеля в электролите осаждения сплава
никель-фосфор с различными концентрациями СГ
С(СГ), М Начало пассивации Полная пассивация Е В Область потенциалов пассивного состояния
1н.п., А/дм2 ^.п. В (с.в.э.) 1п.п., А/дм2 Еп.п., В (с.в.э.) дЕ В пас.сост'
0,05 1,69 0,271 0,159 0,360 0,788 0,428
0,1 3,05 0,304 0,136 0,384 0,750 0,366
0,2 7,06 0,288 0,22 0,404 0,648 0,244
ч <
14 12 10 8 6 4 2 0
0,2М
0,1 М 0,05М
0,2
0,4 0,6
Е, В (с.в.э.)
0,8
Рис. 2. Анодные поляризационные кривые растворения никеля в электролите осаждения сплава никель-фосфор с различной концентрацией хлорид-ионов
Также было исследовано влияние концентрации хлорид-ионов на выход по току N1 и сплава №-Р. Зависимость выхода по току от С(СГ) в обоих случаях
имеет экстремальный характер, при никелировании минимум при С(СГ) 0,1М, при осаждении сплава -максимум при той же концентрации ионов хлора.
0
0s
ICQ
СО
90 88 86 84 82 80
0
0,05
0,2
0,25
0,05
0,1 0,15 C( О!"), M
0,2
0,25
0,1 0,15 0(0!-), М
Рис. 3. Зависимость выхода по току никеля (а) сплава никель-фосфор (б) от катодной плотности тока и концентрации О
Введение хлорид-иона приводит к увеличению электропроводимости электролитов (рис. 4), что предположительно приводит к увеличению рассеивающей способности и уменьшению расхода электроэнергии.
Выводы:
1.
46 44 42 40 38 36
0,05
0,1 0,15 C(C!"), M
0,2
0,25
Увеличение концентрации ионов хлора приводит к деполяризации катодного процесса, что облегчает как восстановление ионов никеля и фосфора, так и водорода.
2. Увеличение концентрации хлорид-ионов приводит к значительному увеличению критической плотности тока (^ п ).
3. Растворение никелевых анодов в исследуемых электролитах протекает неравномерно (при потенциалах питтингообразования), что сопровождается образованием шлама.
Рис. 4. Зависимость электропроводимости электролитов осаждения сплава от концентрации О
Бояринцева Анастасия Александровна студент кафедры Технологии Электрохимических Процессов, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Петрушова Ольга Юрьевна аспирант кафедры ТЭП, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва Цупак Татьяна Евгеньевна д.т.н., профессор кафедры ТЭП, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
0
0
Литература
1. Ваграмян А. Т., Жамагорцянц М. А.. Электроосаждение металлов_и ингибирующая адсорбция. АН СССР. Ин-т физ. химии. - М.: Наука, 1969. - 198 с.
2. Павлова В. И. Электроосаждение сплава никель-фосфор из разбавленных ацетатно-хлоридных электролитов в режимах стационарного и импульсного электролиза. Дисс....канд. хим. наук. - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 1998. - 179с.
AnastasiyaAlexandrovnaBoyarintseva, Olga Yur'evnaPetrushova, Тat'yanaEvgen'evna Tsupak D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia, e-mail: [email protected]
EFFECT OF CHLORIDE-IONS ON THE ELECTRODEPOSITION Ni AND Ni-P ALLOY FROM SULFATE-GLYCINATE-CHLORIDE ELECTROLYTE
Abstract
Effect of chloride-ions concentration on the electrodeposition Ni and Ni-P alloy from sulfate-glycinate-chloride electrolyte has been studied. The positive effect of chloride-ions on catodic and anodic processes is shown.
Key words: electrodeposition; nickel; nickel-phosphorus alloy; glycine: chemical alloy composition; current efficiency; chloride-ion; catodic and anodic polarization curves.
