Электролитическое осаждение железа применяется только для специальных целей и осуществляется относительно редко. Железо, полученное электролитически, благодаря своей химической чистоте и однородности, менее подвержено коррозии, но все же не может служить защитным покрытием и материалом для декоративной отделки.
Вместе с тем железо, обладая большим сопротивлением механическому износу, удлиняет срок службы покрываемых объектов, благодаря чему железнение находит применение на авторемонтных заводах и других предприятиях для восстановления размеров деталей грузовых автомашин, сельскохозяйственных машин, двигателей внутреннего сгорания судового типа и т. д.
Наибольшее распространение железнение получило в полиграфической промышленности для увеличения срока службы медных клише или печатных досок, предохраняя их от действия красок на медь.
Некоторое применение находит железнение для покрытия железом чугунных изделий перед горячим лужением и цинкованием, так как электролитически осажденное железо способствует лучшему сцеплению основного металла с покрытием.
Для железнения применяют сернокислые и хлористые электролиты. Эти электролиты подразделяются на холодные и горячие.
Сернокислые холодные электролиты железнения дают осадки железа повышенной твердости и хрупкости, хлористые горячие электролиты — осадки мягкие и пластичные, близкие по своим механическим характеристикам к меди. [10]
Скорость осаждения железа зависит от температуры электролита; в холодных электролитах осадки образуются медленно из-за низкой плотности тока, не превышающей Dк =0,1 / 0,2 а/дм2. В горячих электролитах плотность тока достигает Dк = 5 / 20 а/дм2, что обеспечивает за короткий срок относительно толстые осадки железа.
В полиграфической промышленности находят применение сернокислые электролиты следующего состава:
железный купорос......... 150—200 г/л
хлористый натрий........ 40—50 »
Режим работы: плотность тока Dк = 0,10 / 0,25 а/дм2, температура 15—25° С, кислотность рН = 5, выход по току 95—98%.
Свинец — мягкий металл серого цвета. Атомный вес свинца 207,22, удельный вес 11,9 г/см3, температура плавления 327° С. Нормальный потенциал свинца — 0,136 в.
Электролитическое свинцевание широкого применения в промышленности не имеет и применяется только для специальных целей. Объясняется это тем, что нанесение гальваническим путем толстых слоев свинца затруднительно, в то же время нанесение толстых слоев свинца необходимо в виду мягкости этого металла.
Свинцовые покрытия до недавнего времени наносили в основном горячим способом — методом окунания или наплавкой на поверхность металла. Горячий способ при всех его преимуществах (получение толстых покрытий за относительно короткий срок) обладает существенным недостатком: благодаря наличию примесей в свинце (в основном олова) за счет лужения поверхности перед свинцеванием, химическая стойкость покрытия значительно ниже стойкости покрытия свинцом гальваническим способом, при котором свинец в покрытии находится в химически чистом состоянии. Наибольшее применение свинцовые покрытия, отличающиеся высокой химической стойкостью, находят для предохранения металла от действия серной кислоты, сернистых газов и других сернистых соединений. Для этих целей свинцом покрывают химическую аппаратуру, металлические конструкции химических цехов и т. д.
Электролитическое свинцевание находит применение при изготовлении рентгеновских приборов и аппаратуры, поскольку свинцовое покрытие не пропускает рентгеновские лучи, тем самым защищает обслуживающий персонал от вредного его воздействия.
Свинец не стоек к действию органических кислот (уксусная, щавелевая, молочная), в связи с чем не допускается соприкосновение свинца с пищевыми продуктами. Соли свинца ядовиты. [10]
Электролиты для электролитического свинцевания обычно изготовляют на основе борфтористоводородных или кремнефтористоводородных солей свинца. Соли борфтористоводородной и кремнефтористоводородной кислот обычно готовят на месте перед зарядкой гальванических ванн.
При изготовлении борфтористоводородных электролитов вначале готовят борфтористоводородную кислоту смешением плавиковой кислоты с борной кислотой в свинцовом или винипластовом баке. В бак заливают 80 г плавиковой кислоты (в пересчете на 100%-ную) на 1 л электролита и 62 г/л борной кислоты. При смешивании этих двух компонентов масса сильно разогревается, для ее охлаждения раствор охлаждают, разбавляя водой. Работу эту необходимо проводить под тягой. После получения борфтористоводородной кислоты приступают к приготовлению ее свинцовой соли растворением в этой кислоте основной углекислой соли свинца.
Кремнефтористоводородный электролит более дешев по сравнению в борфтористоводородным, но для покрытия стальных изделий требуется предварительный подслой меди.
В настоящее время рекомендуется фенолсульфоновый электролит, имеющий значительные преимущества по сравнению с двумя вышеприведенными: не дефицитен, не ядовит, следовательно, не требует установки дорогих вентиляционных устройств, транспортировка сырья удобнее, а стоимость его значительно ниже, чем для борфтористоводородных электролитов. Кроме того, этот электролит стабилен в эксплуатации и легко поддается корректировке.[2]
Электролитическим путем можно осаждать сплавы, если условие электролиза подобраны так, что допускают совместное осаждение двух, трех и более металлов с образованием сплава.
По своему назначению электрохимические покрытия сплавами подразделяются на следующие группы:
а) защитно-декоративные (цинк — кадмий, медь — олово, никель — кобальт, медь — цинк);
б) декоративные (золото — медь, золото — никель, золото — серебро и др.);
в) технические для улучшения приработки трущихся поверхностей (свинец — олово, свинец — олово — сурьма);
г) технические для улучшения сцепления металла с резиной (медь — цинк и др.).
Наибольшее промышленное значение приобретает осаждение латуни, бронзы, сплавов свинца с оловом, никеля с кобальтом и др. [11]
Латунь представляет собой сплав двух металлов: меди 60—80%, и цинка 40—20%. Удельный вес латуни около 8,5 г/см3, она тверже меди. Электрохимический эквивалент латуни складывается из электрохимических эквивалентов меди и цинка в зависимости от их содержания. Латунирование применяется обычно как подслой при серебрении для улучшения сцепления резины со сталью при гуммировании, а также как декоративное покрытие (с последующим химическим окрашиванием и лакированием бесцветным лаком).
Приготовление латунного электролита аналогично приготовлению медного и цинкового цианистых электролитов.
При составлении электролита пользуются либо цианистыми солями меди и цинка, либо (чаще) сернокислыми солями этих металлов и цианистого калия. Если исходят из сернокислой меди, то сначала переводят ее в углекислую медь, которую затем растворяют в цианистом натрии или калии. Для приготовления комплексной цинковой соли берут окись цинка или пользуются свежеосажденным гидратом окиси цинка. Нормальные латунные покрытия начинают получаться после проработки электролита током со случайными катодами в течение 10—12 ч.
Следует иметь в виду, что в процессе латунирования медь вырабатывается в электролите быстрее, чем цинк. Большой избыток цианида или слишком высокая плотность тока ведут к вздутию и отслаиванию латуни, так же как и плохая подготовка поверхности к покрытию.
Из нецианистых электролитов для латунирования находят некоторое применение пирофосфорнокислые или щавелевокислые электролиты. [8]
В последнее время практическое применение находит новое гальваническое покрытие так называемая белая бронза, представляющее собой сплав, в состав которого входит 55% меди и 45% олова. По внешнему виду это покрытие напоминает серебро. Покрытие из белой бронзы является хорошим защитно-декоративным покрытием, легко полирующимся до блеска, который сохраняется продолжительное время. Стойкость белой бронзы против органических кислот позволяет ее применять для покрытия столовых приборов и ряда изделий домашнего обихода вместо серебра.
Осаждение белой бронзы производят из цианистого электролита такого состава:
медь (в виде медноцианистой соли) . 10—15 г/л
олово (в виде станната натрия) . . . 30—45 »
цианистый натрий (свободный) . . . 12—15 »
едкий натрий (свободный)...... 5—7 »
Режим работы: плотность тока Dк = 2 / 3 а/дм2, температура раствора 65—70° С, анодами служат медные и стальные пластины.
Наличие стальных анодов вместо оловянных необходимо для регулирования процесса электролиза (предупреждения образования двухвалентных ионов олова) и требует периодического добавления в электролит солей олова в виде станната натрия. Толщина покрытий колеблется от 10 до 20 мк. По твердости белая бронза уступает хрому, но превосходит никель. [2]
Получение покрытия в виде сплава олово — свинец типа припоя (ПОС) нашло в промышленности широкое применение для следующих целей: а) защиты металлических изделий от коррозии; б) в качестве покрытия, облегчающего пайку деталей; в) в качестве антифрикционного покрытия.
Для этих целей применяют обычно сплавы, содержащие 5—60% олова. Покрытие сплавом олово — свинец может быть получено из борфтористоводородных, кремнефтористоводородных и фенолсульфоновых электролитов. Состав борфтористоводородного электролита для осаждения сплава ПОС 40 следующий: