Анодна обробка олов'яних покриттів в лужних електролітах

Кінетика процесів, що протікають на анодно поляризованому олов’яному електроді в широкому діапазоні потенціалів. Кількісний метод визначення корозійної стійкості конверсійних покриттів на олові в агресивних середовищах. Склад безхроматного електроліту.

Рубрика Химия
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 27.04.2014
Размер файла 75,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

УДК 541. 135. 62

АНОДНА ОБРОБКА ОЛОВ'ЯНИХ ПОКРИТТІВ В ЛУЖНИХ ЕЛЕКТРОЛІТАХ

05.17.03. Технічна електрохімія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Бєляновська Олена Анатоліївна

Дніпропетровськ - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному хіміко-технологічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор хімічних наук; професор Данилов Фелікс Йосипович, завідувач кафедрою фізичної хімії Українського державного хіміко-технологічного університету

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Сахненко Микола Дмитрович, професор кафедри технічної електрохімії Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”, м. Харків.

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Нагiрний Вiктор Михайлович, старший науковий співробітник ДПII “Енер1”

Провідна установа: Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, відділ фізико-хімичних методів зміцнення матеріалів, м. Львів.

Захист відбудеться: “17січня 2003 р. о 13.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.08.078.01. в Українському державному хіміко-технологічному університеті (49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна 8).

С дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Українського державного хіміко-технологічного університету (49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна 8).

Автореферат розісланий “12” грудня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к. х. н. І. Д. Пініелле

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Традиційним способом фінішної обробки олов'яних покриттів є хроматування, яке сприяє підвищенню корозійної стійкості виробів, а також поліпшує адгезію лаків і фарб. Висока токсичність і агресивність електролітів хроматування викликає необхідність розробки подібних за ефективністю, але екологічно більш безпечних методів формування конверсійних покриттів.

Альтернативою хроматним покриттям можуть служити плівки, що утворюються на олові при анодуванні у розчинах гідроксидів лужних металів. Практична реалізація технологій анодної обробки передбачає знання алгоритмів управління процесами утворення пасивних шарів на олові. Однак анодна поведінка системи Sn| OH- вивчена недостатньо. Так, незважаючи на накопичений значний фактичний матеріал, немає єдиної думки відносно механізму утворення сполук Sn(II) і Sn(IV). Моделі анодних реакцій в системі Sn| OH-, що пропонувалися раніше, пояснюють явища, які спостерігаються у вузькому діапазоні потенціалів, але не інтерпретують весь комплекс виявлених ефектів. Захисна здатність анодних конверсійних покриттів практично не вивчена, не встановлене співвідношення властивостей плівок і умов їх отримання. У зв'язку з цим доцільне продовження систематичного дослідження анодної поведінки олова в лужних електролітах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках держбюджетних тем Міністерства освіти і науки України № 31971090 “Дослідження впливу селективної адсорбції ПАР на кінетику і механізм електродних процесів при електроосадженні нових металевих і оксидних матеріалів з прогнозованими корозійно-каталітичними властивостями” (1997 - 1999 рр., номер держреєстрації 0197U008769) і № 31001190 “Розвиток теорії адсорбційних і електрохімічних явищ з участю поверхнево-активних речовин в багатофазних системах” (2000 - 2002 рр., номер держреєстрації 0100U001379).

Мета роботи - розробити наукові основи нової екологічно безпечної технології нанесення анодних конверсійних покриттів на олово в лужних безхроматних електролітах. Для досягнення цієї мети в даній роботі були поставлені наступні задачі:

вивчити кінетику процесів, що протікають на анодно поляризованому олов'яному електроді в широкому діапазоні потенціалів;

встановити залежність захисних властивостей плівок, що утворюються при анодуванні, від режиму формування і складу електроліту;

розробити кількісний метод визначення корозійної стійкості конверсійних покриттів на олові в агресивних середовищах;

встановити оптимальний склад безхроматного електроліту і режим швидкісної фінішної обробки лудженої жерсті, що дозволяє виключити застосування сполук Cr(VI) в промисловості.

Об'єкт дослідження - реакції на анодно поляризованому олов'яному електроді. електрод корозійний конверсійний безхроматний

Предмет дослідження - олов'яний електрод в лужних електролітах.

Методи дослідження - вольтамперометрія з лінійною розгорткою потенціалу, реєстрація кривих самоактивації, випробування захисних властивостей конверсійних покриттів в сірковмісних середовищах, якісний аналіз.

Наукова новизна отриманих результатів.

Нові дані про кінетичні закономірності анодних процесів в системі Sn| OH- дозволяють запропонувати механізм, що включає ряд реакцій, природа яких визначається потенціалом електрода: розчинення у вигляді тригідроксостаніт-іонів, утворення шару Sn(OH)2, адсорбованого на поверхні олова, окиснення Sn(OH)2 до сполук Sn(IV) (розчинних гексагідроксостанат-іонів і адсорбованого Sn(OH)4) і дегідратація Sn(OH)4 з утворенням SnO2. Запропонований механізм пояснює не тільки отримані в цій роботі, але і описані в літературі експериментальні дані.

Вперше описана хвиля, виявлена між пасивною областю, де струм практично рівний нулю, і діапазоном, в якому спостерігається інтенсивне виділення кисню. Показано, що наявність анодного струму в області, що розглядається, пов'язана з окисненням сполук, локалізованих у плівці.

Вперше отримані шляхом анодної обробки олова плівки з аномально високою корозійною стійкістю. Виявлена кореляція режиму формування і захисних властивостей анодних покриттів. Показано, що причиною підвищення стійкості в агресивних середовищах олов'яних електродів, анодно оброблених в лужних електролітах, є формування конверсійних покриттів, що складаються переважно з станум(IV) оксиду.

Уперше проведене дослідження впливу карбонат-, силікат-, фосфат- і вольфрамат-іонів на анодну поведінку системи Sn| OH-. Показано, що поліпшення захисних властивостей анодних плівок в присутності іонів SiO32-, PO43- і WO42- пов'язане з їх включенням у покриття, що формується, внаслідок утворення малорозчинних сполук олова.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблений новий технологічний процес швидкісного анодування олов'яних покриттів в лужних електролітах з додаванням органічних і неорганічних речовин, з яких найбільш ефективним є натрій силікат. Показано, що функціональні властивості анодних плівок, що пропонуються, задовольняють діючим стандартам і значно перевершують традиційні хроматні покриття за рядом показників.

Розроблений новий експрес-метод кількісного визначення захисних властивостей анодних покриттів на олові, який базується на реєстрації кривих самоактивації (залежності потенціал - час при вимкненому струмі) анодованого електрода в агресивних середовищах. Час активації (час зменшення потенціалу до стаціонарного значення, відповідного вільній від оксидів поверхні), використаний як критерій захисних властивостей анодних плівок, добре корелює з результатами традиційних корозійних випробовувань.

Отримано рішення про видачу патенту на винахід по заявці № 2001085763 “Електроліт для анодної фінішної обробки олов'яних покриттів” Головко Д.А., Бєляновська О.А., Данилов Ф.Й. від 14.06.2002.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем проведені експеріментальні дослідження анодної поведінки олова в лужних розчинах, розроблені і обгрунтовані методи контролю захисних властивостей конверсійних покриттів на олові, оптимізовані склад лужного електроліту і режим анодування луджених виробів. Аналіз і обговорення результатів проведені спільно з науковим керівником професором Даниловим Ф.Й. і асистентом Головко Д.А. Інші співавтори публікували у спільних публікаціях матеріали по обробці цинкових і свинцевих покриттів, які не мають відношення до даної дисертації.

Апробація. Матеріали дисертації представлені у вигляді доповідей на IV Міжнародній конференції “Проблеми корозії і протикорозійного захисту матеріалів” (Корозія 98), Львів, 1998; V Міжнародної конференції “Проблеми корозії і протикорозійного захисту конструкційних матеріалів” (Корозія 2000), Львів, 2000; III Всеукраїнської конференції студентів, аспірантів і молодих вчених з міжнародною участю “Екологія. Людина. Суспільство”, Київ, 2000; IV Міжнародної конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Екологія. Людіна. Суспільство”, Київ, 2001, V Міжнародної конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство”, Київ, 2002, I Регіональної конференції молодих вчених і студентів з актуальних проблем хімії, Дніпропетровськ, 1999; II Регіональної конференції молодих вчених і студентів з актуальних проблем хімії, Дніпропетровськ, 2000, III Регіональної конференції молодих вчених і студентів з актуальних проблем хімії, Дніпропетровськ, 2001, IV Регіональної конференції молодих вчених і студентів з актуальних проблем хімії, Дніпропетровськ, 2002, V Міжнародної конференції “Наука і освіта - 2002", Дніпропетровськ, 2002.

Публікації. За тематикою дисертації опубліковані 17 робіт, в тому числі 5 статей і 12 тез на Міжнародних, Національних і Регіональних конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків і додатку. Викладена на 134 сторінках, містить 8 таблиць і 41 рисунок. Бібліографія містить 154 роботи вітчизняних і зарубіжних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ

Обгрунтовані актуальність теми і мета дисертаційної роботи, показаний зв'язок проведених досліджень з державними науковими програмами, приведені відомості про наукову новизну і практичне значення роботи, про особистий внесок автора, а також апробації, публікаціях, структурі і обсягу роботи.

Літературний огляд

Приведений огляд літературних даних і патентної інформації з фінішної обробки олов'яних покриттів, а також закономірностей анодних реакцій в системі Sn| OH-. Відмічені висока токсичність і екологічна небезпека традиційних хроматних електролітів. Показана перспективність анодування в розчинах гідроксидів лужних металів як способу пасивації олов'яних поверхонь. На основі літературного огляду сформульовані задачі дослідження.

Методика експерименту

Анодну поведінку системи Sn| OH- досліджували на олов'яному електроді в розчинах натрій гідроксиду методом вольтамперометрії з лінійною розгорткою потенціалу. Усі вимірювання проводилися за допомогою комплекту імпульсного потенціостату ПИ - 50 - 1.1 в триелектродній електрохімічній комірці. Потенціали робочого електрода виміряні і приведені відносно хлорсрібного напівелементу ЭВЛ1-М3.1. Якісне визначення сполук стануму(II) в лужних електролітах проводили за допомогою реакції відновлення солей феруму(III), а стануму(IV) - взаємодії з метиловим фіолетовим і калій роданідом. Виявлення силікат- і фосфат-іонів в анодних плівках на олові проводили за допомогою реакції з амоній молібдатом і бензидином в присутності аміаку, а вольфрамат-іонів з 8-оксихіноліном у розчині, що містить концентровану соляну кислоту. Захисні властивості анодних покриттів випробовували в кислих (H2SO4), буферних (0,5 М CH3COOH, 0,5 М CH3COOК; 0,5 M C6H5O7H3, 0,5 M C6H5O7Na3), нейтральних (NaCl) і лужних (NaOH) середовищах за допомогою методу реєстрації кривих самоактивації (хронопотенціограм) олов'яного електрода, а також в атмосфері сульфур(IV) оксиду і киплячих сульфід-вмісних розчинах оцтової кислоти. Міцність зчеплення з основою конверсійних покриттів на олові контролювали методом нагрівання за ГОСТ 9.302 - 88. Адгезію лаку на основі феноло-формальдегідних смол оцінювали, випробовуючи модифіковані і покриті лаком зразки в киплячих модельних середовищах (питна вода або 3 г/л NaCl) по ГОСТ 5981 - 88. Пористість лудженої жерсті, обробленої різними засобами, випробовували за допомогою розчинів калій гексаціаноферату (II) згідно з ГОСТом 9.302 - 88 (10 г/л K4[Fe(CN)6], 5 г/л NaCl, решта Н2О) і ГОСТ 13345 - 85 (9,1 г/л K4[Fe(CN)6], 90,9 г/л желатину, 2,3 г/л H2SO4, решта C2H5OH).

Закономірності анодної поведінки системи Sn| OH-

Типові анодні вольтамперограми (ВАГ) системи Sn| OH- характеризуються двома максимумами (ac і ce) при низьких швидкостях розгортки потенціалу v (v до 0,2 В/c) і одним при високих (v не менше за 0,5 В/с). На ВАГ спостерігаються пасивна область (ef), хвиля (fg), що передує виділенню кисню (gh). Особливістю області bc є періодичні коливання (осциляції) струму. Параметри осциляцій струму (густина струму в мінімумі і максимумі осциляційного піка, амплітуда (різниця величин максимальної і мінімальної густини струму) і період (інтервал між осциляційними піками)) залежать від концентрації натрій гідроксиду і температури електроліту. При підвищенні концентрації NaOH або температури збільшується амплітуда, і зменшується період осциляцій.

Зі збільшенням v спостерігається підвищення густини струму першого максимуму (JImax), що супроводиться монотонним зміщенням його потенціалу (EmaxІ) в більш позитивну область. Залежність величини JImax і EmaxІ від v є практично лінійною в координатах JmaxІ - v1/2 і EmaxІ - ln v відповідно.

На величину другого максимуму JIImax та його потенціал швидкість розгортки практично не впливає. При підвищенні температури електроліту перший пік змінюється незначно в порівнянні з другим. З підвищенням концентрації натрій гідроксиду анодні максимуми збільшуються. При цьому залежність Jmax = f [NaOH] має екстремальний характер.

Показані ВАГ, що реєструються при розгортці від стаціонарного потенціалу (Естац ? -1,1 В) до більш позитивного потенціалу інверсії (Еі) і зворотньо. Ці криві позначені далі як анодний і катодний скани відповідно. Форма циклічних ВАГ залежить від потенціалу інверсії. Якщо Еі розташований в області першого або другого піків струму, то катодні скани практично ідентичні анодним. При цьому на катодному скані спостерігається максимум при Е ? -1,1 В. Збільшення Еі призводить до зникнення піків на катодних сканах. Подібні закономірності характерні також для ВАГ, що реєструються при розгортці в катодну область після обробки олов'яного електрода в потенціостатичному режимі протягом декількох десятків секунд при Е = -0,92 - -0,08 В.

Зазначимо, що механізм анодних процесів, що пропонувався раніше, який зв'язує максимуми струму з пасивацією внаслідок утворення плівки малорозчинних сполук, що відбувається внаслідок дифузійних обмежень по доставці гідроксид-іонів, не пояснює ці ефекти.

ВАГ були зіставлені з діаграмою потенціал - рН системи Sn - H2O. В області кожного з піків термодинамічно можливими є дві пари реакцій утворення розчинних і нерозчинних сполук олова. Далі описаний механізм, що враховує цю обставину і експериментальні факти, викладені вище.

В області першого піка в інтервалі Е ? -1,1 - -1,0 В термодинамічно можливо окиснення олова в формі розчинних тригідроксостаніт-іонів:

Sn + 3 OH- > Sn(OH)3- + 2e (1)

Підвищення потенціалу в анодну область, викликане активаційними і транспортними обмеженнями процесу (1), і зниження рН приелектродного шару внаслідок його протікання, очевидно, робить можливою, як випливає з діаграми Пурбе, реакцію утворення гідратованого станум(II) оксиду:

Sn + 2 OH- > Sn(OH)2 + 2e (2)

Адсорбція Sn(OH)2 на електроді інгібує електродні процеси, що призводить до зменшення густини струму в інтервалі bc. Потрібно зазначити, що в цій області потенціалів спостерігаються осциляції струму, які пов'язані з періодичним утворенням і розчиненням, тобто адсорбцією - десорбцією, плівки з станум(II) гідроксиду. Це підтверджує залежність параметрів осциляційних піків від концентрації гідроксид-іонів і температури електроліту.

При більш позитивних потенціалах термодинамічно можливою стає реакція окиснення адсорбованого Sn(OH)2 з утворенням розчинних в електроліті гексагідроксостанат-іонів і електродні процеси в діапазоні потенціалів, що розглядається, можна представити схемою:

+2ОНЇ +4ОНЇ

Sn > Sn(OH)2 > Sn(OH)62- (3)

-2е -2е

Розчинення у вигляді гексагідроксостанат-іонів на дільниці cd підтверджують виявлення сполук стануму(IV) в електроліті після поляризації олов'яного електрода в потенціостатичному режимі. При подальшому зсуві потенціалу в позитивну сторону росте швидкість процесу (3) і знижується рН приелектродного шару. При цьому стає можливою реалізація поверхневої реакції окиснення Sn(OH)2 в гідратований станум(IV) оксид, тобто в діапазоні потенціалів, що розглядається, на електроді можуть протікати поверхневі твердофазні реакції:

+2ОНЇ +2ОНЇ

Sn > Sn(OH)2 > Sn(OH)4 (4)

-2е -2е

Адсорбційний шар Sn(OH)4 є інгібітором електродних процесів. При підвищенні потенціалу міра заповнення поверхні електрода Sn(OH)4 збільшується, що виявляється в зменшенні густини струму в області de. Реакції в областях сd і de, можливо, протікають в основному з активаційними обмеженнями, що підтверджує відсутність впливу швидкості розгортки потенціалу на величину JmaxII і значне підвищення JmaxII при збільшенні температури електроліту.

При інверсії потенціалу в негативну область гідратовані Sn(II) і Sn(IV) оксиди електрохімічно десорбуються, відновлюючись до Sn і Sn(OH)2 відповідно, що призводить до збільшення “вільної” поверхні електроду і підвищення анодної густини струму. При потенціалах більш негативних, ніж значення потенціалів анодних максимумів, швидкість розчинення олова у вигляді тригідроксостаніт- або гексагідроксостанат-іонів зменшується відповідно до тафелевської залежності.

Зазначимо, що в пасивній області поверхневі плівки, що складаються з суміші Sn(II) і Sn(IV) гідроксидів, частково дегідратуються. Продукт цього процесу електрохімічно інертний при поляризації в інтервалі Е ? -1,1 - -0,5 В, що призводить до зникнення піків на катодних сканах при Еі > -0,12 В.

Хвиля, що спостерігається при Е ? 0,9 - 2,0 В, пов'язана з окисненням станум(II) оксиду, що входить в мозаїчну структуру плівки, внаслідок чого поверхня електрода покривається шаром, що складається переважно з SnO2. Практична відсутність впливу гідродинамічного режиму, тобто перемішування електроліту, на величину граничного струму свідчить про локалізацію процесу окиснення в твердій фазі.

Очевидно, що збільшення вмісту станум(IV) оксиду в анодній плівці, що проявляється в зникненні другого піка на катодних сканах, сприяє збільшенню захисної здатності покриттів, що формуються. На основі результатів проведеного дослідження можна прогнозувати формування стабільних оксидних покриттів при анодуванні олов'яних поверхонь в інтервалі потенціалів не менше за 0,9 В. Оскільки промислові процеси нанесення і фінішної обробки металопокриттів здійснюють в гальваностатичному режимі, то, очевидно, анодування олова доцільно провести при густині струму JA ? JmaxI. У цих умовах утворення станум(IV) оксиду супроводиться інтенсивним виділенням кисню.

Аналогічно з фінішною обробкою інших металів поліпшення функціональних властивостей конверсійних покриттів на олові потрібно чекати при введенні в електроліт плівкоутворюючих неорганічних речовин. У зв'язку з цим був вивчений вплив добавок натрій карбонату, вольфрамату, силікату і фосфату в електроліти на анодні вольтамперограми олов'яного електрода. Встановлено, що в розчинах натрій гідроксиду з додаванням Na2SiO3, Na2WO4 або Na3РО4 на відміну від Na2CO3 на вольтамперограмах спостерігається зменшення анодних максимумів струму і підвищення перенапруження в області виділення кисню у порівнянні з розчином NaOH. Однак, ці зміни незначні і не дозволяють вибрати ефективну добавку в електроліт анодування, а поляризаційні криві системи Sn| OH- в пасивній області і діапазоні потенціалів, де відбувається інтенсивне виділення кисню, практично ідентичні. Тому для вибору оптимальних параметрів процесу анодування олов'яних поверхонь необхідно використати методи, що дозволяють контролювати властивості плівок, що формуються.

Анодування олова в лужних електролітах

Як критерій захисної здатності в цій роботі запропоновано використати час, протягом якого плівка руйнується в корозійно-активному середовищі, що призводить до зменшення потенціалу електрода до стаціонарної величини, відповідної поверхні, вільної від оксидів. Цей так званий “час активації” (фа) контролюють, реєструючи криві самоактивації (хронопотенціограми) оксидованого електрода в агресивному середовищі.

Криві самоактивації анодно оброблених олов'яних електродів порівнювали в нейтральних (3 - 10 % NaCl), що моделюють харчові, а також лужних (0,5 М NaOH), кислих (0,5 M H2SO4), буферних (0,5 М CH3COOH, 0,5 М CH3COOК; 0,5 M C6H5O7H3, 0,5 M C6H5O7Na3) розчинах. На кривих самоактивації в розчині натрій гідроксиду на відміну від кислих, слабкокислих і хлорид-вмісних середовищ спостерігається, як правило, вертикальна дільниця, відповідна практично повному руйнуванню сформованої плівки, екстраполюючи яку на вісь абсцис легко визначити час активації. Тому як стандартний при випробуваннях використали 0,5 М розчин NaOH. Більш високі концентрації натрій гідроксиду застосовувати недоцільно, оскільки при підвищенні концентрації гідроксид-іонів в лужних середовищах час активації зменшується і в 1,0 - 4,0 М NaOH скорочується до декількох десятків секунд, що ускладнює визначення захисних властивостей поверхневих плівок.

При збільшенні тривалості фп або густини струму анодної обробки JA в лужному електроліті час активації і, отже, захисна здатність поверхневої плівки, що утворюється підвищуються.

Час активації порівнювали з результатами традиційних випробувань в атмосфері сульфур(IV) оксиду (з часом виділення слідів корозії основного металу на зразках лудженої жерсті фрж.) і в киплячому розчині 0,52 М CH3COOH + 0,01 M Na2S (критерій стійкості плівок - відсутність виділення сульфідних сполук олова). Залежність фрж = fа) є практично лінійною. У сульфід-вмісному розчині оцтової кислоти нестабільні покриття практично не впливають на виділення сірчастих сполук, але підвищення тривалості анодування дозволяє сформувати плівки, що задовольняють діючим вимогам. Величина фа, відповідна таким покриттям, складає не менш фаmin = 300 с.

Значення фа > фаmin спостерігаються, для олов'яних електродів, анодованих в 0,5 М NaOH (фп не менше за 15 с) при Т = 293 - 298 К і густинах струму JA = 500 - 1000 А/м2, які перевершують максимальну (JA > JImax). Згідно з запропонованим механізмом в даному діапазоні JA формуються плівки, що складаються переважно з станум(IV) оксиду. Для реалізації анодування в технологічному циклі агрегату виробництва лудженої жерсті очевидна необхідність скорочення її тривалості до 1 - 2 с при збереженні високих захисних властивостей покриттів, що утворюються. Тому був перевірений вплив добавок неорганічних солей (натрій карбонату, силікату, фосфату і вольфрамату) в лужний електроліт анодування на фа. Встановлено, що Na2CO3, практично не впливає на величину часу активації, Na3PO4 і Na2WO4 дозволяють незначно підвищити фа, і тільки в присутності Na2SiO3, який є найбільш ефективною добавкою, фа збільшується приблизно в 10 разів у порівнянні з базовим електролітом (розчином NaOH). Ці ефекти пов'язані з включенням вольфрамат-, фосфат- або силікат-іонів в покриття, які утворюються, що підтверджують результати якісних тестів.

Залежність часу активації від концентрації NaOH і Na2SiO3 в лужному електроліті не є монотонною. Час активації, більше 300 с, спостерігається для електродів, анодованих протягом 2 с в електролітах, що містять 0,25 - 0,5 М NaOH і 0,25 - 1,0 М Na2SiO3, а максимальні значення фа відповідають розчинам 0,25 - 0,5 М NaOH + 0,75 - 1,0 М Na2SiO3, які є оптимальними для швидкісного анодування олов'яних покриттів. Введення до складу лужного електроліту органічних сполук (1 - 2 г/л поліетиленгліколю ОН - [ - СН2СН2О - ]115 - Н (ПЕГ) і 4 - 8 мл/л полісульфону ДХТИ-160), що селективно адсорбуються на окисненій поверхні олова, дозволяє збільшити час активації.

У електролітах, що пропонуються, плівки, захисна здатність яких задовольняє існуючим стандартам (тобто фа > фаmin), утворюються при швидкісній обробці при густині струму 500 - 1000 А/м2 (оптимальний інтервал JA = 800 - 1000 А/м2).

Випробовування функціональних властивостей конверсійних покриттів на олові

Були проведені випробування функціональних властивостей конверсійних покриттів (захисних властивостей, пористості лудженої жерсті, міцності зчеплення з основою і адгезії лаку), сформованих при швидкісній обробці, що пропонується, в лужному силікатвмісному розчині і отриманих шляхом традиційного хроматування. Встановлено, що пористість анодованої лудженої жерсті задовольняє ГОСТ 13345 - 85, а міцність зчеплення з основою і адгезія лаку на основі феноло-формальдегідних смол для анодних плівок не поступаються хроматним і відповідають ГОСТ 9.302 - 88 і ГОСТ 5981 - 88. На основі результатів традиційних випробувань в сірковмісних середовищах, а також інформації, що здобувається з кривих самоактивації олов'яного електрода в нейтральних, моделюючих харчові (NaCl), лужних (NaOH), кислих (H2SO4), буферних (0,5 М CH3COOH, 0,5 М CH3COOК; 0,5 M C6H5O7H3, 0,5 M C6H5O7Na3) розчинах показано, що захисні властивості покриттів, отриманих шляхом анодування, яке пропонується, значно перевершують сформовані при традиційному хроматуванні.

ВИСНОВКИ

1. На основі дослідження кінетичних закономірностей анодних процесів в системі Sn| OH- запропонований механізм, що включає ряд реакцій, природа яких визначається потенціалом електрода: розчинення у вигляді тригідроксостаніт-іонів, утворення шару Sn(OH)2, адсорбованого на поверхні олова, окиснення Sn(OH)2 до сполук Sn(IV) (розчинних гексагідроксостанат-іонів і адсорбованого Sn(OH)4) і дегідратація Sn(OH)4 з утворенням SnO2.

2. Хвиля, виявлена між пасивною областю і діапазоном, в якому спостерігається інтенсивне виділення кисню, пов'язана з окисненням сполук, локалізованих у плівці.

3. Час активації анодованого олов'яного електрода в 0,5 М розчині NaOH, який визначають, реєструючи криву самоактивації, може служити критерієм оцінки захисних властивостей отриманих плівок і добре корелює з результатами традиційних корозійних випробувань. Експериментальні дані, отримані з використанням розробленого методу, свідчать про залежність захисних властивостей анодних покриттів від складу електроліту і режиму формування (густини струму і часу обробки, температури розчину).

4. При анодній обробці олова в лужних електролітах можуть бути отримані плівки, що мають аномально високу стійкість в агресивних середовищах, причиною чого є формування конверсійних покриттів, що складаються переважно з SnO2. Захисні властивості поверхневих плівок, що утворюються при швидкісній анодній обробці, можна поліпшити, ввівши в електроліт анодування силікат, вольфрамат або фосфат лужного металу і/або органічну сполуку, що селективно адсорбується на станум оксидах. Поліпшення захисних властивостей анодних плівок в присутності Na2SiO3, Na3PO4 і Na2WO4 пов'язане з включенням іонів SiO32-, PO43- і WO42- в покриття, що формується внаслідок утворення малорозчинних сполук олова. Найбільш ефективною добавкою з використаних сполук є натрій силікат.

5. Запропоновано проводити швидкісне анодування олов'яних поверхонь у розчині 0,25 - 0,5 М NaOH, 0,25 - 1,0 M Na2SiO3 (оптимальний інтервал 0,75 - 1,0 M Na2SiO3), який може додатково містити 1 - 2 г/л ПЕГ (або 4 - 8 мл/л ДХТИ-160), при густині струму 500 - 1000 А/м2 (оптимальний інтервал JA = 800 - 1000 А/м2) і низьких температурах (Т = 293 - 298 К).

6. Функціональні властивості плівок, сформованих на олові шляхом швидкісної анодної обробки в електроліті, що пропонується, відповідають діючим стандартам (ГОСТ 9.302 - 88, ГОСТ 13345 - 85 і ГОСТ 5981 - 88), не поступаються отриманим при хроматуванні за традиційними технологіями і значно перевершують їх за рядом показників.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНИЙ В РОБОТАХ

Головко Д.А., Беляновская Е.А. Самоактивация оловянного электрода, модифицированного анодной обработкой в щелочном растворе // Вопр. химии и хим. технологии. - 1999. - № 1. - С. 84 - 87.

Головко Д.А., Беляновская Е.А., Данилов Ф.И. Протекторное действие конверсионных покрытий на олове // Вопр. химии и хим. технологии. - 2000. - № 1. - С. 124 - 127.

Головко Д.А., Беляновская Е.А., Данилов Ф.И. Получение анодных пленок на цинке и олове, сформированных в щелочном растворе в присутствии Na2SiO3 // Вісник Дніпропетровського університету. - 2000. - вып. 5. - С. 50 - 56.

Головко Д.А., Беляновская Е.А., Данилов Ф.И. Анодирование металлических покрытий как способ повышения их защитной способности // Фізіко-хімічна механіка матеріалів. - 2000. - № 1. - С. 307 - 310.

Данилов Ф.И., Головко Д.А., Скнар Ю.Е., Беляновская Е.А., Вакуленко В.М. Экологически безопасные технологии финишной обработки в гальванотехнике // Фізіко-хімічна механіка матеріалів. - 2002. - № 3. - С. 852 - 856.

Головко Д.А., Беляновская Е.А., Криворучко В.М., Данилов Ф.И. Анодное поведение цинка, олова, свинца и их сплавов в щелочных растворах // Материалы IV Междунар. конф. “Проблемы коррозии и противокоррозионной защиты материалов” (Коррозия 98). - Львов.: 1998. - С. 448 - 450.

Беляновская Е.А., Головко Д.А. Экологически чистая технология финишной обработки олова // Збірка тез доповідей учасників III Всеукраїнської конференції студентів, аспирантів та молодих вчених з міжнародною участю “Екологія. Людина. Суспільство”, (11 - 12 травня 2000 р., м. Київ) - К.: НТУУ “КПІ”, 2000 р. - С. 79.

Беляновская Е.А., Головко Д.А. Устойчивость в агрессивных средах защитных пленок, сформированных анодной обработкой олова // Труди І Регіональної конф. молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ, ДДУ, 1999. - С. 79.

Бєляновська О.А. Інгібуючі властивості захисних плівок на олові в середовищах, моделюючих харчові // II Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії: Тези доп. - Дніпропетровськ, ДДУ, 2000. - С. 87.

Беляновская Е. А., Головко Д. А., Данилов Ф. И. Экологически безопасные электролиты для скоростной финишной обработки олова // Збірка тез доповідей учасників IV Междунар. конф. студентів, аспирантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство” (14 - 16 травня, м. Київ): - К.: НТУУ “КПІ”, 2001 р. - С. 109 - 110.

Беляновская Е. А. Анодное оксидирование олова в растворах гидроксида натрия // III Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімі: Тези доп. - Дніпропетровськ, ДДУ, 2001. - С. 39.

Головко Д. А., Беляновская Е. А., Данилов Ф. И. Активное растворение олова в растворах гидроксида натрия // Матеріали Першої Всеукраїнської конференції “Україна наукова 2001”. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2001. - Т. 9. - С. 49.

Беляновская Е. А., Головко Д. А. Функциональные свойства экологически безопасных конверсионных покрытий на олове // Збірка тез доповідей V Міжнародної науково-практичної конференції студентів аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство" (13-15 травня 2002 р. м. Київ) / Укладач Д.Е. Бенатов. - К.: ІВЦ "Видавництво "Політехніка"", 2002. - С. 351 - 352.

Беляновская Е. А., Головко Д. А. Анодное окисление олова до Sn(IV) в растворах гидроксида натрия // Матеріали v Міжнародної конференції “Наука і освіта - 2002”. - Т. 2. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2002. - С. 30.

Беляновская Е. А., Головко Д. А. Осцилляции тока в системе Sn| OНЇ // Матеріали v Міжнародної конференції “Наука і освіта - 2002”. - Т. 2. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2002. - С. 31.

Беляновская Е. А. анодные реакции в системе Sn| OHЇ // IV Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії: Тези доп. - Дніпропетровськ, 2002. - С. 98.

Беляновская Е. А. Анодное поведение олова в растворах гидроксида натрия, содержащих Na2CO3, Na2WO4, Na3PO4 и Na2SiO3// IV Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії: Тези доп. - Дніпропетровськ, 2002. - С. 99.

АНОТАЦІЯ

Бєляновська О.А. Анодна обробка олов'яних покриттів в лужних електролітах. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03. - Технічна електрохімія. - Українській державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2002.

Проведене дослідження кінетичних закономірностей процесів на анодно полярізованому олов'яному електроді в лужних електролітах. Запропонований механізм анодних реакцій в системі Sn| OHЇ, який включає ряд процесів, характер яких визначається потенціалом електрода: розчинення у вигляді тригідроксостаніт-іонів, утворення шару Sn(OH)2, адсорбованого на поверхні олова, окиснення Sn(OH)2 до сполук Sn(IV) (розчинних гексагідроксостанат-іонів і адсорбованого Sn(OH)4) і дегідратація Sn(OH)4 з утворенням SnO2.

Вивчений вплив різних чинників на захисні властивості анодних плівок у розчинах натрій гідроксиду. Обгрунтовано вибір часу активації в 0,5 М NaOH як критерія захисних властивостей поверхневих плівок на олові. Встановлено, що найбільш ефективною добавкою в електроліт для швидкісної анодної обробки олов'яних покриттів є натрій силікат. Встановлені оптимальні склад електроліту і режим формування стійких оксидно-гідроксидних покриттів.

Проведене тестування функціональних властивостей конверсійних покриттів, отриманих на олові при анодуванні в лужних електролітах, що пропонуються, і традиційному хроматуванні. Встановлено, що міцність зчеплення з основою і адгезія лаку для анодних плівок, що пропонуються, задовольняє ГОСТ 9.302 - 88 і ГОСТ 5981 - 88. Показана більш висока захисна здатність анодних покриттів, що пропонуються, в порівнянні з хроматними.

Ключеві слова: формування анодно-оксидних покриттів та захисних плівок, олово, пасивація, конверсійні покриття.

АННОТАЦИЯ

Беляновская Е.А. Анодная обработка оловянных покрытий в щелочных электролитах. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.03. - Техническая электрохимия. - Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 2002.

Диссертация посвящена исследованию анодного поведения системы Sn| OHЇ, разработке процесса скоростного анодирования луженой жести, позволяющего исключить из технологического цикла соединения Cr(VI), и испытаниям функциональных свойств конверсионных пленок, полученных по предлагаемой технологии.

Проведено исследование кинетических закономерностей реакций на анодно поляризованном оловянном электроде в щелочных электролитах. Предложен механизм анодных реакций в системе Sn| OHЇ, включающий ряд процессов, характер которых определяется потенциалом электрода: растворение в виде станнит-ионов, образование слоя Sn(OH)2, адсорбированного на поверхности олова, окисление Sn(OH)2 до соединений Sn(IV) (растворимых станнат-ионов и адсорбированного Sn(OH)4) и дегидратацию Sn(OH)4 с образованием SnO2.

Обоснован выбор времени активации в 0,5 М NaOH в качестве критерия защитных свойств поверхностных пленок на олове. Изучено влияние различных факторов (состава и температуры электролита, плотности тока и времени обработки) на защитные свойства анодных пленок в растворах гидроксида натрия. Показана зависимость состава электролита, режима формирования и устойчивости полученной пленки в агрессивных средах. Обнаружено, что наиболее эффективной добавкой в электролит для скоростной анодной обработки оловянных покрытий является силикат натрия. Установлено, что оптимальным для скоростного анодирования является раствор 0,25 - 0,5 М NaOH и 0,75 - 1,0 M Na2SiO3, который дополнительно может содержать полимерные добавки типа ПЭГ (1 - 2 г/л) или полисульфона ДХТИ-160 (4 - 8 мл/л). Устойчивые в агрессивных средах пленки формируются на олове при анодировании при плотности тока 500 - 1000 А/м2 (оптимальный интервал 800 - 1000 А/м2) и невысоких температурах (до 298 К).

Проведено тестирование функциональных свойств (защитной способности, прочности сцепления с основой и адгезии лаку) конверсионных покрытий, полученных на олове при анодировании в предлагаемых щелочных электролитах и традиционном хроматировании. Показана более высокая защитная способность предлагаемых анодных покрытий по сравнению с хроматными. Установлено, что прочность сцепления с основой и адгезия лаку для предлагаемых анодных пленок удовлетворяет ГОСТ 9.302 - 88 и ГОСТ 5981 - 88. Предлагаемая в настоящей работе технология позволяет не только сформировать на олове надежные покрытия, но и исключить из технологического цикла высокотоксичные соединения хрома.

Ключевые слова: формирование анодно-оксидных покрытий покрытий и защитных пленок, олово, пассивация, конверсионные покрытия.

SUMMARY

Belyanovskaya E.A. Anode treatment of tin coatings in alkaline electrolytes. Dissertation for the degree of candidate of technical science on speciality 05.17.03. - technical electrochemistry. Thе Ukrainian State Chemical Engineering University, Dniepropetrovsk, 2002.

The systematical investigation of tin anodic dissolution and passivation in alkaline solutions has been carried out. The mechanism of anode reactions in the system Sn| OH- is suggested.

The different factors influence on the protective properties of anode films in sodium hydroxide solutions was investigated. An activation time selection in 0,5 М NaOH in criterion quality of superficial films protective properties on tin were grounded. It has been established, that the most effective addition in electrolyte for velocity anode processing of tin coverages is a sodium silicate. Forming routine dependence and steadinesses of obtained film in aggressive media has been shown. an optimal electrolyte composition and forming regime of steady superficial coverages were established.

the conversion coverages, obtained on tin attached to anodizing in offered alkaline electrolytes and traditional chromatising was carried out. It was established, that coupling durability with base and varnish adhesion for offered anode films satisfies State Standards 9.302 - 88 and 5981 - 88. The higher protective ability of the offered anode coverages on comparison with chromate ones was shown.

Key words: forming of anodic oxide coatings and protective films, tin, passivation, conversive coatings.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Удосконалення гальванічних способів і електрохімічних процесів отримання каталітично–активних систем, що містять паладій та режим електролізу. Склад електроліту для одержання покриттів паладієм, механізм і кінетичні параметри його катодного відновлення.

    автореферат [1,5 M], добавлен 11.04.2009

  • Дослідження корозійної поведінки сталі в водних розчинах на основі триполіфосфату натрію з подальшим нанесенням конверсійних антикорозійних покриттів потенціодинамічним та потенціостатичним методами. Електрохімічне моделювання атмосферної корозії.

    дипломная работа [4,5 M], добавлен 24.03.2013

  • Огляд фізичних властивостей алюмінію, особливостей його добування та застосування. Дослідження методів нанесення алюмінієвих покриттів. Корозія алюмінію у водних середовищах та кислотах. Корозійна тривкість металізаційного алюмінієвого захисного покриття.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.05.2015

  • Захист від атмосферної корозії із застосуванням інгібіторів. Міжопераційний захист металовиробів. Методика зняття анодних поляризаційних кривих та дослідження анодної поведінки сталі. Методика нанесення конверсійних покриттів при потенціалі пасивації.

    дипломная работа [5,4 M], добавлен 18.03.2013

  • Властивості і застосування епоксидних і епоксиефірних лакофарбових матеріалів. Дослідження водопоглинання епоксидного покриття Jotamastic 87 GF. Рідкі епоксидні лакофарбові матеріали, що не містять летких розчинників. Пневматичний пістолет-розпилювач.

    дипломная работа [2,1 M], добавлен 20.12.2014

  • Якісний аналіз об’єкту дослідження: попередній аналіз речовини, відкриття катіонів та аніонів. Метод визначення кількісного вмісту СІ-. Встановлення поправочного коефіцієнту до розчину азоткислого срібла. Метод кількісного визначення та його результати.

    курсовая работа [23,1 K], добавлен 14.03.2012

  • Характеристика процесів окиснення: визначення, класифікація, енергетична характеристика реакцій; окиснювальні агенти, техніка безпеки. Кінетика і каталіз реакцій радикально-ланцюгового і гетерогенно-каталітичного окиснення вуглеводнів та їх похідних.

    реферат [504,0 K], добавлен 05.04.2011

  • Форма, величина та забарвлення криcтaлів. Гігроскопічність речовини. Визначення рН отриманого розчину. Характерні реакції на визначення катіонів ІІ групи. Кількісний аналіз вмісту катіону та аніону. Визначення вмісту води в тій чи іншій речовині.

    курсовая работа [34,6 K], добавлен 14.03.2012

  • Основи теорії атмосферної корозії. Гальванічний спосіб нанесення цинкового покриття. Лакофарбові покриття. Методи фосфатування поверхні перед фарбуванням. Методика визначення питомої маси, товщини, адгезійної міцності та пористості. Розрахунок витрат.

    дипломная работа [3,4 M], добавлен 24.03.2013

  • Основні фактори, що визначають кінетику реакцій. Теорія активного комплексу (перехідного стану). Реакції, що протікають в адсорбційній області. Хімічна адсорбція як екзотермічний процес, особливості впливу на нього температури, тиску та поверхні.

    контрольная работа [363,1 K], добавлен 24.02.2011

  • Хімічний склад, будова поліпропілену, способи його добування та фізико-механічні властивості виробів. Визначення стійкості поліпропілену та сополімерів прополену до термоокислювального старіння. Метод прискорених випробувань на корозійну агресивність.

    курсовая работа [156,3 K], добавлен 21.04.2014

  • Дослідження сутності фотохімічних процесів - хімічних процесів, що протікають під дією видимого світла та ультрафіолетових променів. Процес фотосинтезу. Способи одержання фотозображення. Основний закон фотохімії. Знімок Ньєпса, Тальбота, Дагера, Фріцше.

    презентация [6,0 M], добавлен 09.04.2011

  • Класифікація обладнання для культивування мікроорганізмів на твердих поживних середовищах. Камерні ростильні установки з горизонтально і вертикально розміщеними перфорованими кюветами. Метод статично-динамічного поверхневого вирощування культур грибів.

    курсовая работа [820,8 K], добавлен 19.04.2015

  • Вивчення можливості визначення спектрофотометрії йодату і перйодату при спільній присутності за допомогою використання редокс-реакції. Апробація варіанту спільного окислення йодату і пейодату на платиновому електроді. Міра окислення індивідуальних іонів.

    дипломная работа [647,9 K], добавлен 25.06.2011

  • Основні чинники, які впливають на швидкість хіміко-технологічного процесу. Рівняння швидкості масопередачі гетерогенних процесів. Способи визначення приватного порядку. Метод підбора кінетичного рівняння. Графічний метод визначення порядку реакції.

    реферат [56,1 K], добавлен 23.02.2011

  • Огляд електрохімічних методів аналізу. Електрохімічні методи визначення йоду, йодатів, перйодатів. Можливість кулонометричного визначення йодовмісних аніонів при їх спільній присутності. Реактиви, обладнання, приготування розчинів, проведення вимірювань.

    дипломная работа [281,1 K], добавлен 25.06.2011

  • Етапи попереднього аналізу речовини, порядок визначення катіонів та відкриття аніонів при якісному аналізі невідомої речовини. Завдання кількісного хімічного аналізу, його методи та типи хімічних реакцій. Результати проведення якісного хімічного аналізу.

    курсовая работа [26,4 K], добавлен 22.12.2011

  • Класифікація металів, особливості їх будови. Поширення у природі лужних металів, їх фізичні та хімічні властивості. Застосування сполук лужних металів. Сполуки s-металів ІІА-підгрупи та їх властивості. Види жорсткості, її вимірювання та усунення.

    курсовая работа [425,9 K], добавлен 09.11.2009

  • Хімічний склад і поглинаюча здатність ґрунтів. Методика визначення активності іонів і термодинамічних потенціалів в ґрунтах. Вплив калійних добрив на активність іонів амонію в чорноземі типовому. Поглиблене вивчення хімії як форма диференціації навчання.

    дипломная работа [823,0 K], добавлен 28.03.2012

  • Метод високоефективної рідинної хроматографії для кількісного визначення синтетичних барвників в харчових продуктах. Спектрофотометричне визначення наявності барвників в карамелі. Спектрофотометрія, йодометричне визначення брильянтового зеленого.

    реферат [18,5 K], добавлен 10.12.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.