электролит для осаждения черных хромовых покрытий

Формула изобретения

Электролит для осаждения черных хромовых покрытий, содержащий оксид хрома (VI), борсодержащую неорганическую соль, неорганическое азотсодержащее соединение и кремнефторид калия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит предельный одноатомный спирт, в качестве борсодержащей неорганической соли тетраборат натрия, а в качестве неорганического азотсодержащего соединения нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:

Оксид хрома (VI) 300 600

Тетраборат натрия 20 50

Нитрит натрия 2 4

Кремнефторид калия 0,4 1,5

Предельный одноатомный спирт 0,5 1,5р

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроосаждению металлических покрытий, в частности, к нанесению черных хромовых покрытий.

Для осаждения черных хромовых покрытий применяются электролиты на основе оксида хрома (VI) [1] В эти электролиты вводят добавки борной кислоты и ее солей, солей азотной и азотистой кислот, фторидов, органических кислот (уксусной, щавелевой и др.) и различных органических соединений.

Общим недостатком этих электролитов является низкая коррозионная стойкость получаемых покрытий. Кроме того, большинство электролитов черного хромирования недостаточно стабильны в работе: они теряют работоспособность при пропускании электричества в количестве менее 1000 А-час/л.

Известен также электролит черного хромирования, содержащий оксид хрома (VI) с добавками органических карбоновых кислот: пропионовой, масляной или изомасляной [2] Этот электролит позволяет получать осадки хорошего качества с высоким коэффициентом поглощения. Однако стабильная работа данного электролита наблюдается только при температуре не выше 10^oC, что делает его практически неприемлимым для использования в производственных условиях, так как требует постоянного охлаждения электролизера.

Наиболее близким к предлагаемому по составу является электролит, содержащий хромовый ангидрид 300 360 г/л, борную кислоту или ее соль 15 45 г/л (в пересчете на кислоту), неорганическое азотсодержащее соединение (например, азотную кислоту, нитрат натрия) до 5 г/л, кремнефторид калия до 0,25 г/л, органическую кабоновую кислоту до 20 г/л и гидроксид калия 10 40 г/л [3]

Этот электролит позволяет получать хромовые покрытия хорошего качества, однако они не всегда обеспечивают требуемую коррозионную стойкость, что может быть связано с их высокой пористостью. Другим недостатком данного электролита является недостаточно высокий коэффициент (менее 92%) светопоглощения получаемых хромовых осадков.

Задача изобретения снижение пористости черных хромовых покрытий и повышении их коррозионной стойкости.

Это достигается тем, что электролит для нанесения черных хромовых покрытий, содержащий оксид хрома (VI), борсодержащую неорганическую соль, неорганическое азотсодержащее соединение и кремнефторид калия, отличающийся тем, что дополнительно содержит предельный одноатомный спирт, в качестве борносодержащей неорганической соли тетраборат натрия, а в качестве неорганического азотсодержащего соединения нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:

Оксид хрома (VI) 300 600

Тетраборат натрия 20 50

Нитрит натрия 2 4

Кремнефторид калия 0,4 1,5

Предельный одноатомный спирт 0,5 1,5

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения его с аналогами и прототипом. Изобретение явно не следует из существующего уровня техники и известных изобретений. Предлагаемый электролит может быть использован на практике, что не требует больших энергетических и материальных затрат.

Нанесение покрытий из предлагаемого электролита рекомендуется проводить при плотности тока от 20 до 150 А/дм² и температуре 15 40^oC. При этом скорость электроосаждения составляет 20 25 мкм/ч. Как показали наши исследования, при плотностях тока более низких, чем 20 А/дм², падает скорость осаждения. При превышении максимального рекомендуемого значения плотности тока ухудшается равномерность покрытия.

Для определения оптимального соотношения компонентов приготовлено 18 вариантов предлагаемого электролита с различным содержанием компонентов, а также электролит-прототип. Состав всех использованных растворов приведен в табл. 1. Электролит N 20 имел тот же состав, что и электролит N 3, но испытывался после длительной эксплуатации (после пропускания 1600 А-ч/л электричества).

Результаты испытаний электролитов и покрытий приведены в табл. 2. Коррозионные испытания проводили в эксикаторе над 3%-ным раствором NaCl с контролем образцов 1 раз в сутки.

В качестве предельного одноатомного спирта, применяли метанол, этанол, н-пропанол и н-бутанол. Существенных различий в свойствах покрытий при использовании различных спиртов не обнаружено. В электролите-прототипе в качестве органической карбоновой кислоты использовали уксусную кислоту.

Концентрация оксида хрома (VI) в электролите менее 300 г/л приводит к снижению скорости электроосаждения, а более 600 г/л нежелательна по экологическим соображениям.

Недостаток (менее 20 г/л) тетрабората натрия вызывает неравномерный характер покрытия: появление серых пятен. При этом снижается и коэффициент светопоглощения. Концентрация буры более 50 г/л не дает улучшения качества покрытий или параметров электроосаждения.

Требуемая коррозионная стойкость покрытия получается при концентрации кремнефторида натрия более 0,4 г/л и нитрита натрия от 2 г/л. Использование концентрации кремнефторида натрия более 1,5 г/л нежелательно, так как может сделать электролит агрессивным в коррозионном отношении. Увеличение концентрации нитрита натрия более 4 г/л не целесообразно, так как не приводит к улучшению свойств покрытий.

Наконец, концентрация алифатического спирта менее 0,5 г/л приводит к получению покрытий с больше пористостью и меньшей коррозионной стойкостью. Концентрация спирта более 1,5 г/л приводит к снижению коэффициента светопоглощения получаемого покрытия.

Использование предлагаемого электролита позволяет получить ряд преимуществ:

повышение коррозионной стойкости, а, следовательно, и срока службы покрытий;

уменьшение пористости покрытий.

При этом все основные свойства электролита и покрытий (скорость электроосаждения, микротвердость, коэффициент светопоглощения) не уступают покрытиям, получаемым из известных электролитов, или превосходят их.