Из металлических покрытий в мировой практике наиболее широко применяют цинковые, на долю которых приходится примерно половина всех металлических покрытий, получаемых электролитически. По объему и номенклатуре защищаемых от коррозии металлических и неметаллических изделий цинковым покрытиям нет равных [1, 2].

Химические, механические и физико-химические свойства электролитических цинковых покрытий зависят от режима процесса электролитического цинкования, состава электролита, а также от природы ПАВ, вводимых в электролиты в качестве добавок [3–5]. При электроосаждении цинка на стальную основу из простых сульфатных растворов образуются светло-серые или матовые, в меру равномерные покрытия. Выход по току около 100 %. Однако введение в электролит ПАВ сохраняет не только высокий выход по току цинка, но изменяет внешний вид покрытия и его структуру: от полублестящих до блестящих и беспористых, с хорошей адгезией к основе [6–8].

Металлические гальванопокрытия, защищающие изделия от коррозии, должны удовлетворять ряду требований: покрытия должны обладать мелкой структурой, малой пористостью, быть плотными и равномерными по толщине, обладать хорошей адгезией к материалу защищаемого изделия, а также иметь хороший внешний вид – быть блестящими и светлыми, без дендритов и пригаров. Для удовлетворения перечисленных требований к гальваническим покрытиям необходимо определить режим процесса электроосаждения: плотность тока, температуру, циркуляцию электролита во избежание появления мути и, что особенно важно, подобрать в электролит эффективные поверхностно-активные вещества – ПАВ [9, 10].

Ввиду низкой рассеивающей способности простых кислых электролитов степень распределения тока и металла на защищаемой поверхности изделия неравномерная. Для повышения рассеивающей способности кислых электролитов в состав электролитов вводятся ПАВ, обладающие также выравнивающей способностью. Способность ПАВ улучшать качество цинковых покрытий, полученных из простых кислых электролитов цинкования, показана в работах авторов [11, 12].

Цель исследования: получение качественных цинковых покрытий из простых сульфатных электролитов цинкования, содержащих ПАВ, способных противостоять коррозионному воздействию агрессивной среды. В качестве ПАВ были испытаны: лимонная кислота, тиомочевина и уротропин в режиме плотности тока от 0,5 до 3 А/дм2, при постоянно фиксируемом значении рН электролита в пределах 3,5–4,5.

Материалы и методы исследования

Материалом исследования были электролиты, составленные из солей марки «хч» – сульфат цинка, сульфат натрия, сульфат алюминия, аноды из электролитного цинка высокой чистоты, катоды стальные марки СТ 3, ПАВ.

Для полноты картины качества полученных цинковых покрытий и их внешнего вида проводились исследования поверхности и структуры цинковых покрытий, полученных из электролитов без ПАВ и с ПАВ с помощью растрового электронного микроскопа марки JSM-6490LV с системами энергодисперсионного микроанализа INSA Energu и структурного анализа HKL – Basicc полезным увеличением 300 000. Рассчитывалась толщина полученных цинковых покрытий, исследовалась их пористость.

Для четкой картины разницы в покрытиях сравнивались показатели, характеризующие цинковые покрытия, полученные из электролитов без ПАВ и с ПАВ.

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 1 приведены показатели качества цинковых покрытий, полученных из электролита цинкования без ПАВ

Цинковые покрытия, полученные из электролита без ПАВ, крупнокристаллические, пористые, с невысоким выходом по току (65–75 %). Причем с повышением плотности тока покрытия темнеют, отслаиваются, по краям покрытия образуются темные пригары.

Элементный состав цинковых покрытий, описанных с помощью электронного микроскопа одного из участков покрытия для условий плотности тока 0,5 А/дм2, приведен на рис. 1.

Таблица 1

Качество покрытий и ВТ цинка в электролите без ПАВ

Как видно из рис. 1 и табл. 1, цинковые покрытия в исследованном интервале плотностей тока серые, крупнокристаллические, пористые. На отдельно взятом участке виден пригар по краю покрытия, четко просматривается пористость покрытия. Выход по току в пределах 76–56 %.

Низкий выход по току указывает на неприемлемость получения цинковых покрытий в электролитах без ПАВ.

Структура и элементный состав цинкового покрытия, полученного из кислого электролита с добавкой лимонной кислоты при i = 0,5 и 1 А/дм2, приведены на рис. 2 и 3.

Показатели качества цинковых покрытий, полученных из электролита с добавкой лимонной кислоты, приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 и рис. 2 и 3 видно, что положительное влияние на качество цинковых покрытий и выход по току цинка лимонная кислота оказывает только при плотностях тока 1 А/дм2.

При более высоких плотностях тока осадки приобретают крупнокристаллическую структуру, увеличивается их пористость, покрытия темнеют, происходит частичное отслоение покрытия, наблюдается снижение выхода по току цинка. Данные электронного микроскопа показывают содержание цинка в покрытии, но высокие значения не могут отражать качество покрытия.

В табл. 3 и на рис. 4 приведены данные качественных показателей цинковых покрытий, полученных из электролита с добавкой тиомочевины.

Как видно из табл. 3 и рис. 4, добавка в электролит тиомочевины не оказывает положительного влияния на качество цинковых покрытий и выход по току цинка. Покрытия темные, пористые, выход по току цинка невысокий.

Рис. 1. Цинковое покрытие и его элементный состав из электролита без ПАВ

Рис. 2. Цинковое покрытие и его элементный состав при i = 0,5 А/дм2

Рис. 3. Цинковое покрытие и его элементный состав при i = 1,0 А/дм2