Состав электролитов цинкования и условия электролиза

Кислые электролиты. Из кислых электролитов наибольшее распространение получили сернокислые, так как в хлористых растворах цинковые аноды сильно разрушаются, а борфтористоводородные растворы сложны в приготовлении, более дороги и токсичны. Для цинкования деталей на подвесках или в насыпном виде в колоколах и в барабанах обычно применяют растворы, содержащие 80-160 г/л ZnSO₄. Цинкование проволоки и ленты на конвейерной установке при высоких плотностях тока 5-30 кА/м² ведут из раствора с более высокой концентрацией цинка (до 700 г/л). Значения pH в кислых растворах поддерживают в интервале 3,5-4,5. Для этой цели к электролиту добавляют 20—30 г/л сульфата алюминия или 30 г/л алюмокалиевых квасцов. В присутствии солей алюминия повышается также катодная поляризация и осадки цинка получаются полублестящими с мелкозернистой структурой. Буферные свойства сульфата алюминия основаны на том, что при рН = 4,0-4,5 он гидролизуется с образованием H₂SO₄. К сернокислому электролиту цинкования для увеличения его электропроводности иногда добавляют сульфаты или хлориды натрия и аммония. Для улучшения структуры и внешнего вида покрытий в состав электролита вводят декстрин, глюкозу, тиокарбамид. Температура кислых электролитов с органическими добавками поддерживается в пределах 18-25 °С, а в электролитах, не содержащих органических добавок (например, для цинкования проволоки, ленты или листов при высоких плотностях тока), до 50 °С. В неперемешиваемых электролитах плотность тока на катоде достигает 0,2-0,3 кА/м², при перемешивании сжатым воздухом - до 1 кА/м² и более в зависимости от состава и температуры электролита и характера покрываемых изделий. Катодные выходы по току колеблются в пределах 95-100%. Аноды для цинкования в кислых электролитах изготовляют, как правило, из чистого электролитического цинка (99,85-99,9%), содержащего не более 0,02-0,03% Pb. Во всех кислых электролитах цинковые аноды растворяются с высоким выходом по току, который при повышенной кислотности превышает 100% вследствие коррозии.

Щелочно-цианидные электролиты. Основными компонентами таких электролитов являются: комплексный цианид цинка Na₂Zn(CN)₄ или K₂Zn(CN)₄, цинкат натрия или калия - Na₂Zn(OH)₄ или K₂Zn(OH)₄, свободные цианиды натрия или калия NaCN или KCN и щелочь NaOH или КОН. Общая концентрация цинка в электролите может изменяться в широких пределах от 3 до 35 г/л. Относительное содержание цианидного и цинкатного комплексов цинка зависит от концентраций свободных цианида и щелочи, количество которых учесть раздельно в цинковом электролите очень трудно, так как нет метода, который позволил бы достаточно точно установить соотношение комплексных солей цинка (цинката и цианида) в растворе. Поэтому концентрацию свободного цианида и свободной щелочи в цианидном цинковом электролите лучше выражать через суммарное содержание обоих компонентов. Избыток цианидов и щелочи необходим, во-первых, для предупреждения гидролиза комплексных солей цинка и выпадения из раствора гидроксида и цианида цинка и, во-вторых, для устранения пассивирования цинковых анодов. На качество осадков и выход по току влияет не только абсолютное содержание свободных цианида и щелочи, но и соотношение концентраций этих веществ и концентрации цинка. Чем больше суммарный избыток цианида и щелочи (главным образом, цианида), тем, при прочих равных условиях, выше катодная поляризация, и, следовательно, осадки цинка будут более мелкозернистыми и равномерными по толщине. Примером цианидного электролита цинкования без блескообразующих добавок является электролит состава (в г/л): ZnO 40-60, NaCN_общ 80-85, NaOH 40-60. При температуре 18-25 °С допустимая катодная плотность тока составляет 150—200 А/м², выход по току 70-80%.

Цинкатные электролиты. Основными компонентами этих электролитов являются цинкат натрия или калия и щелочь NaOH или КОН. Цинк находится в растворе в виде ионов [Zn(OH)₄]₂-, [Zn(OH)]+ и [Zn(OH)₃]-. Осадки, полученные из электролитов, содержащих только щелочь и цинк, обычно имеют губчатую структуру даже при небольших плотностях тока. Для повышения качества осаждаемых покрытий и увеличения катодных плотностей тока в цинкатные электролиты предложено вводить различные органические добавки, в основном аминосоединения. Поскольку эти соединения способны образовывать комплексные соединения с цинком, их добавляют в достаточно больших количествах 20-60 г/л. Из таких электролитов в присутствии блескообразователей можно получать блестящие осадки в интервале плотностей тока 0,1—0,5 кА/м². Снижение выхода по току с ростом плотности тока способствует также более равномерному распределению цинка. Для улучшения качества осадков в эти электролиты предложено вводить блескообразователи: для электролита с ПЭПА - фурфурол, фенолформальдегидную смолу СФ; для электролита с ПЭИ - вератровый альдегид и др. В таких электролитах интервал катодной плотности тока при 50 °С составляет 0,1— 0,8 кА/м². Цинкатный электролит готовят растворением свежеприготовленного гидроксида или оксида цинка в горячем щелочном растворе (NaOH или КОН). Концентрацию цинка выбирают в зависимости от сложности конфигурации покрываемого изделия, она составляет от 5 до 15 г/л ZnO. Чем выше концентрация цинка, тем меньше рассеивающая способность, но тем больше допустимая катодная плотность тока. Концентрация щелочи NaOH чаще всего составляет 80-120 г/л. Цинкатные электролиты чувствительны к примесям ионов Са²⁺, Mg²⁺, а также к присутствию окислителей. Для уменьшения жесткости водопроводной воды в электролиты предложено добавлять трилон Б. Анодная поляризация в цинкатных электролитах до определенной плотности тока невелика. Аноды изготавливают из технического цинка, содержащего до 1% олова и 0,5-1% свинца.

Аммиакатные электролиты получают чаще всего растворением оксида или гидроксида цинка в избытке хлорида аммония. При рН<5 образующийся комплекс распадается. Наибольшие поляризуемость катода и рассеивающая способность аммиакатных электролитов соответствует нейтральной области. При увеличении и уменьшении значений рН в растворе катодная поляризация и рассеивающая способность снижаются. Такое же влияние оказывает и увеличение концентрации цинка в растворе. Аммиакатные электролиты обладают высокими буферными свойствами. В аммиакатные электролиты, как правило, вводят органические вещества (уротропин, тиокарбамид, желатин, клеи, декстрин и др.), которые способствуют образованию более светлых гладких цинковых покрытий. Температура электролитов составляет от 20 до 40 °С. В зависимости от концентрации цинка, рН и температуры растворов катодная плотность тока составляет 0,1—0,3 кА/м². Выход по току 96-100%.