Електроосадження функціональних покрить сплавами нікелю з простих та комплексних електролітів - Автореферат

Покриття сплавами використовуються в електротехніці, машинобудуванні, приладобудуванні для підвищення надійності елементів електричної провідності. Електрохімічне осадження сплавів нікелю з кобальтом і сріблом відрізняється простотою реалізації технології з одночасним підвищенням якості й активності каталізатора. Покриття мають каталітичні властивості при окисненні чадного газу й органічних сполук у газовій фазі, які викидаються хімічними й іншими виробництвами у вигляді відходів, що є безумовно актуальною проблемою сучасних технологій. Дисертаційна робота виконана на кафедрі технічної електрохімії Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” та містить результати досліджень, виконаних відповідно до держбюджетних тем МОН України: "Дослідження електрохімічних закономірностей електродних реакцій при одержанні функціональних покрить і речовин, що використовуються в техніці і охороні навколишнього середовища" ДР № 0100U0011662 (М 5013, 2000 - 2002 р.). Мета і задачі дослідження - на основі дослідження кінетичних закономірностей осадження срібла з тіосульфатного, а нікелю з сульфаматного електролітів розроблено електроліт сумісного осадження металів у сплав.Описано методи експериментальних досліджень - фотоколориметричний, титрометричний та рентгенофлуоресцентний аналіз вмісту нікелю та срібла в електроліті і сплаві. Для досліджень використовували модельні трикомпонентні розчини зі вмістом (моль/дм3): Ni(NH2SO3)2 0,8 - 1,2, NACL 0,17, H3BO3 0,5, PH 3,5 - 3,8, а також електроліти, приготовлені на основі модельних розчинів, з добавками різних концентрацій срібла, що містять (моль/дм3): Ni(NH2SO3)2 0,8 - 1,2, NACL 0,17, H3BO3 0,5, NICL2 0,02, AGCL 0,014 - 0,028, Na2S2O3 0,05 - 0,1, РН 4,5 - 5. Стандартний електродний потенціал нікелю в розчинах що містять прості гідратовані іони нікелю складає , а срібла . Виходячи з величини константи нестійкості тіосульфатних іонів срібла Кн =2,5 · 10-14 і величини його рівноважного потенціалу бачимо, що потенціал срібла в цьому розчині зміщується в область негативних значень на ?Е = 0,773 В, завдяки чому створюються реальні передумови для спільного осадження нікелю і срібла із сульфаматно - тіосульфатних розчинів. Для більш повного вивчення можливостей спільного осадження нікелю і срібла проводили дослідження роздільного осадження срібла і нікелю з тіосульфатних і сульфаматних електролітів.У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення науково - технічної задачі, яка полягає у виявленні закономірностей сумісного осадження нікелю та срібла, що дозволяє встановити теоретичні і прикладні основи формування покриття нікель - срібло й розробці технологічного процесу їх осадження з доступних, нетоксичних сполук. Запропоновано оптимальний склад електроліту, що включає комплексні тіосульфатні і сульфаматні аніони, шляхом проведення комплексних досліджень катодних і анодних процесів, що забезпечує осадження покриття нікель - срібло. Відновлення іонів срібла перебігає при потенціалах на 350 MV негативніше в порівнянні з нітратним та фосфатним електролітами, що дозволяє використовувати тіосульфатні комплексні іони срібла для спільного осадження з іонами нікелю із сульфаматних електролітів. Обґрунтовано умови спільного катодного осадження срібла і нікелю із сульфаматного електроліту, що містить іони срібла (0,018 моль/дм3) і нікелю 0,2 - 1 моль/дм3. Вміст в електроліті іонів тіосульфату 0,9 - 1 моль/дм3, срібла 0,0092 - 0,027 моль/дм3 і сульфамата нікелю 0,8 - 1,2 моль/дм3 дозволяє отримувати катодні осади Ni - Ag зі вмістом срібла в сплаві 15 - 30 % у залежності від густини струму і вмісту іонів срібла в електроліті.

Основний зміст роботи

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення науково - технічної задачі, яка полягає у виявленні закономірностей сумісного осадження нікелю та срібла, що дозволяє встановити теоретичні і прикладні основи формування покриття нікель - срібло й розробці технологічного процесу їх осадження з доступних, нетоксичних сполук.

1. Запропоновано оптимальний склад електроліту, що включає комплексні тіосульфатні і сульфаматні аніони, шляхом проведення комплексних досліджень катодних і анодних процесів, що забезпечує осадження покриття нікель - срібло.

2. Встановлено основні кінетичні закономірності катодного відновлення срібла з комплексного тіосульфатного електроліту. Відновлення іонів срібла перебігає при потенціалах на 350 MV негативніше в порівнянні з нітратним та фосфатним електролітами, що дозволяє використовувати тіосульфатні комплексні іони срібла для спільного осадження з іонами нікелю із сульфаматних електролітів.

3. Поляризаційними методами визначені кінетичні параметри катодного осадження нікелю із сульфаматних розчинів. У діапазоні концентрацій сульфамата нікелю 0,8 -1,2 моль/дм3 на поляризаційних кривих при густині струму 0,1 А/дм2 відсутня гранична густина струму.

4. На основі аналізу катодних поляризаційних залежностей і структури осадів встановлено, що осадження срібла супроводжується утворенням губчатих, а нікелю - компактних покрить. Обґрунтовано умови спільного катодного осадження срібла і нікелю із сульфаматного електроліту, що містить іони срібла (0,018 моль/дм3) і нікелю 0,2 - 1 моль/дм3.

5. На основі закономірностей електрохімічної, дифузійної і змішаної кінетики проведено аналіз кінетичних залежностей катодних процесів спільного осадження нікелю і срібла з сульфаматно - тіосульфатного електроліту. Встановлено, що найбільш реальним є перебіг катодної реакції в умовах змішаної кінетики, зумовленої спільним впливом перенапруги переходу і дифузії.

6. Виявлено вплив основних компонентів електроліту на спільне осадження срібла і нікелю. Вміст в електроліті іонів тіосульфату 0,9 - 1 моль/дм3, срібла 0,0092 - 0,027 моль/дм3 і сульфамата нікелю 0,8 - 1,2 моль/дм3 дозволяє отримувати катодні осади Ni - Ag зі вмістом срібла в сплаві 15 - 30 % у залежності від густини струму і вмісту іонів срібла в електроліті.

7. Встановлено особливості анодного розчинення нікелю і срібла у сульфаматно - тіосульфатному електроліті осадження системи Ni - Ag. Гранична густина струму для срібла складає 1,3 А/дм2, а для нікелю 0,5 - 0,8 А/дм2, що не дозволяє переводити їх у пасивне становище при густині струму осадження сплаву Ni - Ag.

8. Визначено вихід за струмом (93 - 96 %), розсіювальна здатність електроліту (14 - 15 %) і каталітичні властивості осадів. Ступінь окиснення чадного газу (при вмісті його в повітряній суміші 3 - 5 %), на Ni - Ag каталізаторі при температурах 250 - 350 0С складає 93 - 98 %.

9. Запропоновано технологічний процес електролітичного осадження функціональних покрить Ni - Ag, які мають каталітичну активність та електропровідність. Ці властивості підтверджені досвідчено - промисловими випробуваннями технологічного процесу на ДНПО "Комунар".

1. Байрачный Б.И., Школьникова Т.В., Желавская Ю.А., Сянь Хунши. Катодное осаждение никелевых и никель - железных функциональных покрытий. // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. 2000. Вып. 115. С. 130 - 132.

Здобувачем досліджено умови катодного осадження нікелевих сплавів з сульфатно - хлоридних електролітів з домішками сульфамінової кислоти, та вплив ПАР та густини струму на умови електролізу і властивості сплавів.

2. Байрачный Б.И., Школьникова Т.В., Бобков Д.В. Электродные реакции на никелевом и оловянном электродах. // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Харьков: НТУ “ХПІ”. 2001. № 3. С. 6 - 8.

Здобувачем, за результатами експериментальних досліджень, показано електрохімічні параметри найбільш імовірних електродних реакцій відновлення й окиснення нікелю з водних розчинів у межах негативних і позитивних величин можливого катодного осадження й анодного розчинення.

3. Байрачный Б.И., Школьникова Т.В., Байрачный В.Б., Марченко Д.М. Катодное осаждение сплава никель - серебро из сульфаматного электролита. // Гальванотехника и обработка поверхности. Москва. 2002, т. 10, № 3. С. 27 - 30.

Здобувачем вивчені кінетичні параметри катодної реакції та каталітичні властивості нікель - срібних покрить з сульфаміновокислого електроліту при окисненні монооксиду вуглецю.

4. Байрачний Б.І., Школьнікова Т.В., Бобков Д.В. Дослідження закономірностей осадження покрить сплавів Ni - Ag, Sn з сульфаматних електролітів // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2002. № 9, т. 2. С. 3 - 6.

Здобувачем на основі потенціодинамічних залежностей виявлено кінетичні параметри катодних реакцій. Розроблено умови електролізу для отримання крупнокристалічних покрить товщиною 20 -30 мкм.

5. Школьнікова Т., Бобков Д., Байрачний Б. Електрохімічне осадження каталітичних покрить з сульфаматних електролітів. // Вісник Львівського університету. Серія хімічна. Львів. 2002. Вип. 42, ч. 2. С. 20 - 22.

Здобувачем розглянуто катодне осадження плівок сплаву Ni -Ag із сульфаміновокислих електролітів, вивчено кінетичні параметри катодних реакцій. Встановлено, що невелика кількість срібла у сплаві нікель - срібло (1 - 3 % ваг.) різко змінює активність каталізатора, зростає енергія взаємодії реагентів. Проведено обґрунтування граничних концентрацій компонентів та умов електролізу.

6. Байрачный Б.И., Тульский Г.Г., Байрачный В.Б., Школьникова Т.В. Электрохимические технологии производства металлических и металлоксидных катализаторов окисления газовых выбросов СО и альдегидов // Тезисы докладов международной конференции - выставки, посвященной 200 - летию со дня рождения академика Б.С. Якоби. “Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности”. Москва. 4 - 8 июня 2001. С. 144.

Здобувачем вивчено технологічні параметри синтезу металоксидних плівок і каталітичних матеріалів, які прискорюють окиснення чадного газу й альдегідів.

7. Байрачний Б.І., Бобков Д.В., Школьнікова Т.В. Дослідження закономірностей осадження покрить сплавів Ni - Ag, Sn з сульфаматних електролітів // Доповіді Х міжнародної науково - практичної конференції (анотації) “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоровя”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2002. С. 270 - 271.

Здобувачем наведено склад сульфаматного електроліту та режим електролізу осадження системи нікель - срібло, для одержання каталітичних покрить з гарною адгезією та механічними властивостями.

8. Школьнікова Т.В, Байрачний Б.І. Вплив природи компонентів електроліту на параметри катодного осадження сплаву Ni - Ag // Доповіді ХІ міжнародної науково - практичної конференції (анотації) “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоровя”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2003. С. 377.

Здобувачем обґрунтовано вплив компонентів та домішок електроліту на осадження сплаву. Запропоновані умови для зближення потенціалів сумісного осадження срібла і нікелю у сплав.

9. Байрачный Б.И., Школьникова Т.В., Емец Н.Б. Функциональные гальванические покрытия никелем, медью и их сплавами // Труды международной научно - производственной конференции, 26 - 27 ноября 2003 года. Харьков: ГП “Заводим. В.А. Малышева”. 2003. С. 115 - 116.

Здобувачем розглянуто катодне осадження плівок сплаву Ni - Ag із сульфаматно - тіосульфатних електролітів, вивчено кінетичні параметри катодних реакцій та функціональні властивості покрить. Вивчено вплив температури на режим електролізу

10. Школьнікова Т.В. Осадження каталітичних покрить сплаву Ni - Ag з сульфаматно - тіосульфатного електроліту // Доповіді ХІІ міжнародної науково - практичної конференції (анотації) “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоровя”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2004. С. 484.

Здобувачем проведені дослідження, які дозволили відпрацювати технологічні процеси осадження каталітично - активних осадів Ni - Ag з нетоксичного сульфаматно - тіосульфатного електроліту.