Введение к работе
Актуальность темы. Цинкование - наиболее распространенный технологический процесс в гальванотехнике: на него приходится примерно половина всех покрытий, получаемых электрохимическим способом. Этим объясняется неослабевающий интерес к совершенствованию технологии цинкования путем изменения состава электролита, режима процесса. В каждом из электролитов катодный процесс протекает с определенной скоростью и характеризуется индивидуальностью механизма, изменением скорости сопутствующего выделения водорода. Использование кислых сульфатных электролитов, из которых цинк электроосаждается с близким к 100% выходом по току, имеет ряд преимуществ: высокая скорость процесса, значительно меньшее наводороживание стальной основы изделий по сравнению с процессами, проводимыми из цианистых и цинкатных электролитов. Введение в состав электролита цинкования поверхностно-активных веществ (ПАВ) позволяет влиять на скорость сопряженных реакций, на структуру и свойства электроосаждаемого покрытия. Совершенствование технологии цинкования, как и любого гальванического процесса, предусматривает среди других факторов, влияющих на процесс, подбор ПАВ, синтез новых поверхностно-активных соединений, определение их оптимальной концентрации. В ряде работ Фрумкина А.Н., Антропова Л.И., Шерстобитовой И.Н., Малеевой Е.А., Гамбурга Ю.Д., Ван Д.Л. и др. показано, что при потенциалах, близких к равновесному значению, происходит дофазовое осаждение металла, в результате которого в поверхностных слоях электрода образуется сплав. Однако не установлено влияние данного процесса на формирование поликристаллического осадка, его свойства при электроосаждении, в частности, цинкового покрытия.
Изучение влияния дофазового осаждения цинка на процесс получения покрытия из сульфатного электролита в присутствии ПАВ, выявление новых технологических приемов формирования электролитического осадка с целью повышения эксплуатационных характеристик является актуальной проблемой гальванотехники.
Диссертация выполнена в рамках плановых научных исследований кафедры «Технология электрохимических производств» в соответствии с планом важнейших НИР ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по основному научному направлению «Разработка новых технологий получения современных материалов и покрытий многофункционального назначения».
Цель работы. Совершенствование технологии электрохимического цинкования путем модернизации состава сульфатного электролита и применения предварительного дофазового осаждения цинка на стальную основу.
Задачи исследования:
изучить электровосстановление цинка из сульфатного электролита с добавками новых ПАВ;
изучить действие добавок ПАВ на процесс дофазового осаждения цинка;
установить влияние вводимых добавок ПАВ и режима процесса электроосаждения на свойства цинкового покрытия;
отработать режимы технологического процесса с целью получения равномерного, коррозионно-стойкого цинкового покрытия.
Научная новизна работы. Изучена кинетика электровосстанов-ления цинка из сульфатного электролита с новыми синтезированными добавками ПАВ. Показано влияние адсорбционных процессов на границе раздела фаз электрод-электролит на скорость электровосстановления цинка, обоснована оптимальная концентрация вводимых добавок ПАВ. Впервые изучено дофазовое осаждение Zn из сульфатного электролита цинкования с добавками ПАВ. Установлен твердофазный механизм процесса дофазового осаждения, определена зависимость содержания цинка в поверхностном слое стального электрода от природы вводимой добавки ПАВ. Впервые проанализировано влияние дофазового осаждения на свойства электровосстановленного цинкового покрытия. Установлено повышение защитной способности цинкового покрытия при использовании предварительного дофазового осаждения. Показана целесообразность использования в составе электролита цинкования синтезированных добавок 3-о-хлорфенилметилен-5-фенил-3Н-фуран-2-он (ПАВ2) и полиэтиленполиамина (ПЭПА).
Практическая значимость результатов работы. Предложен состав сульфатных электролитов цинкования: электролит с добавкой ПЭПА и электролит, содержащий синтезированную добавку ПАВ2, работающих при плотностях тока 1,5 - 1,8 А/дм2 и t = 1825С. Разработаны режимы электролиза, предусматривающие предварительное дофазовое осаждение в потенциостатическом или гальваностатическом режимах. Использование двухступенчатого режима с предварительным дофазовым осаждением обеспечивает получение более равномерного, полублестящего цинкового покрытия с выходом по току 95-97%, обладающего защитной способностью, на 25-65% превышающую данную характеристику у цинкового покрытия, осажденного в гальваностатическом режиме. Результаты работы используются в учебном процессе подготовки специалистов по технологии электрохимических производств, апробированы на предприятии ООО ЭПО «Сигнал» г. Энгельса. Достоверность и обоснованность результатов обеспечиваются комплексом независимых и взаимодополняющих методов, воспроизводимостью экспериментальных данных.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы апробированы на Международных и Всероссийских конференциях: XIV Всероссийском совещании «Совершенствование технологии гальванических покрытий» (г. Киров, 2009 г.); I Международной научно-практической конференции «Теория и практика современных электрохимических производств» (г. Санкт-Петербург, 2010 г.); Международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (г. Саратов, 2011 г.); VIII Всероссийской научно-практической конференции «Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении» (г. Пенза, 2011 г.); X Международной конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике» (г. Новочеркасск, 2011 г.); XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-24. Направление: Химия, новые материалы, химические технологии: программа У.М.Н.И.К.» (г. Саратов, 2011 г.); IV Международной конференции Российского химического общества имени Д.И. Менделеева «Химическая технология и биотехнология новых материалов и продуктов» (г. Москва, 2012 г.); VI Международной конференции «Композит-2013» (г. Саратов, 2013 г.).
На защиту выносятся следующие основные положения:
кинетические закономерности электровосстановления цинка из сульфатного электролита с добавкой полиэтиленполиамина (ПЭПА) и впервые синтезированными добавками: 5-толил-3-фенилметиленфуран-2-он (ПАВ1), 3-о-хлорфенилметилен-5-фенил-3Н-фуран-2-он (ПАВ2);
результаты исследования дофазового осаждения цинка из электролитов изучаемого состава;
влияние предварительного дофазового осаждения цинка на свойства электролитического цинкового покрытия;
технологические рекомендации электроосаждения цинка из сульфатного электролита с используемыми добавками ПАВ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 в научном журнале, и 8 публикаций в сборниках научных трудов и материалах конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы из 125 наименований и приложений. Изложена на 114 страницах, содержит 58 рисунков и 22 таблиц.
