Власники патенту RU 2489525:
Відкрите акціонерне товариство "Завод автономних джерел струму" (RU)
Винахід відноситься до електротехнічної промисловості і може бути використано при виробництві лужних нікель-кадмієвих акумуляторів. Спосіб включає хімічну і електрохімічну очищення електроліту нікелювання, що містить нікель сірчанокислий, натрій хлористий, борну кислоту, і нанесення нікелевого покриття із зазначеного електроліту, при цьому хімічне очищення електроліту здійснюють доведенням електроліту 5% -ним розчином сірчаної кислоти до рН 5,5 і нагріванням до температури 80-90 ° с, а нанесення нікелевого покриття проводять при рН електроліту 3,5-5,5, при цьому електроліт додатково містить натрій сірчанокислий і магній сірчанокислий з концентраціями компонентів, г / л: нікель сірчанокислий 140-200, натрій хлористий 5-15, борну кислоту 18-35, натрій сірчанокислий 70-125, магній сірчанокислий 20-50. Технічний результат: зменшення енергоємності процесу нікелювання, підвищення якості нікелевого покриття і збільшення терміну служби деталей в агресивних середовищах.
Винахід "Спосіб нанесення нікелевого покриття на сталеві і мідні деталі в електроліті нікелювання» відноситься до електротехнічної промисловості і може бути використано при виробництві лужних нікель-кадмієвих акумуляторів.
Нікелювання - найпопулярніший гальванотехнічних процес. Привабливий вигляд, висока корозійна стійкість і механічні властивості говорять на користь більш широкого застосування нікелю з декоративно-захисними і функціональними цілями. Нікель, нанесений безпосередньо на сталь або мідь, носить характер катодного покриття і, отже, захищає від механічних пошкоджень. Несплошном покриття сприяє утворенню корозійних пар, в яких сталь або мідь є розчинним електродом. В результаті цього виникає корозія під покриттям, яка руйнує сталеву або мідну підкладку і призводить до відшарування нікелевого покриття. З метою попередження цього явища сталь або мідь необхідно покривати щільним без пористості шаром нікелю, тому при виготовленні деталей для нікель-кадмієвих акумуляторів щільним шаром нікелю покривають ті деталі, які схильні до впливу агресивних середовищ.
Відомий спосіб нікелювання деталей [1], при якому нікелюванню електролітичним способом піддаються вироби із сталі і сплавів на основі міді, цинку і алюмінію в сірчанокислих електролітах з добавкою спеціальних Блискоутворювачі, причому для захисту від корозії наносять багатошарове покриття.
Недоліками даного способу є трудомісткість, малотехнологічность, неможливість отримання рівномірного покриття з нікелю на рельєфній поверхні деталей і нікелювання вузьких і глибоких отворів, порожнин, щілин, різьбових з'єднань.
Відомий спосіб [2] нікелювання деталей зі сталі, міді і мідних сплавів, що включає осадження на катоді, в якості якого служить виріб позитивно заряджених іонів металів з водних розчинів і їх з'єднань при пропущенні через розчин постійного струму, причому процес нікелювання виробляють з нерозчинними анодами з металу або сплаву, стійкого в даному електроліті, в ванну наливають електроліт, нагрівають його до 45 ° С і опрацьовують електроліт при щільності струму 0,1-0,2 А / дм 2. відстань між анодом і катодом встановлюють від 10 до 100 мм, завантаження деталей виробляють при силі струму 0,1-0,2 А / дм 2 і в міру заповнення ванни деталями силу струму підвищують до необхідного рівня, швидкість нарощування нікелю при виході за струмом, що дорівнює 90%, становить від 20 до 40 мкм / год при щільності струму 2-4 а / дм 2. після закінчення процесу нікелювання деталі вивантажують з ванни, промивають в проточній холодній воді, а потім в гарячій непроточной воді з наступним сушінням.
Відомий спосіб також трудомісткий, нетехнологічен, не дозволяє отримувати рівномірний нікелеве покриття на деталях складної конфігурації і рельєфу, якість електролітичних нікелевих покриттів залежать від старанності підготовки поверхні і наявності пір, дефектів і тріщин на поверхні деталей.
Найбільш близьким технічним рішенням до пропонованого і тому прийнятим за прототип є спосіб, при якому спочатку готують електроліт нікелювання, потім здійснюють хімічну очистку електроліту доведенням рН до 5,0 20% -ним розчином сірчаної кислоти і нагріванням електроліту до температури 65-70 ° С, після чого здійснюють введення в електроліт спочатку 0,3-0,5 г / л перманганату калію і перемішування протягом 2-3 ч і потім 3 г / л активованого вугілля і перемішування протягом 5-7 ч, а при електрохімічної очищення опрацювання Електрол іта починають при катодного щільності струму 0,05-0,1 А / дм 2 і температурі 50 ° С, а потім стрибкоподібно підвищують її до 0,6 А / дм 2. а після нанесення нікелевих покриттів деталі промивають холодною і гарячою водою і сушать [3].
Недоліком цього способу є те, що складна технологія очищення і введення добавок в електроліт нікелювання за вказаною способу, висока трудомісткість і енерговитрати для проведення перемішування і фільтрації електроліту нікелювання призводять до зростання кінцевої вартості нікельованих деталей.
Технічною задачею винаходу є розробка економічно ефективного способу нанесення нікелевого покриття на сталеві і мідні деталі в електроліті нікелювання для використання їх при виготовленні нікель-кадмієвих акумуляторів з підвищеними циклічними і ресурсними характеристиками.
Зазначений технічний результат досягається способом нанесення нікелевого покриття на сталеві і мідні деталі в електроліті нікелювання шляхом приготування електроліту нікелювання, що містить нікель сірчанокислий 140-200 г / л, натрій сірчанокислий 70-125 г / л, натрій хлористий 5-15 г / л і борну кислоту 18-35 г / л, хімічної очищенням електроліту нікелювання доведенням його 5% -ним розчином сірчаної кислоти до pH 5,5 і нагріванням до температури 80-90 ° С, опрацювання електроліту струмом, нанесення нікелевого покриття з електроліту нікелювання при кислотності сті рівній pH 3,5-5,5 і містить в своєму складі добавку магнію сірчанокислого з концентрацією 20-50 г / л
Запропонований спосіб нанесення нікелевого покриття на сталеві і мідні деталі в електроліті нікелювання полягає в наступному.
Зважується необхідну кількість нікелю сірчанокислого, магнію сірчанокислого, натрію хлористого і борної кислоти. Засипаються компоненти в бак для приготування електроліту нікелювання. Надалі в бак вливається 480 л розчину натрію сірчанокислого з температурою 20 ± 5 ° С. Потім в бак приготування електроліту нікелювання наливається дистильована вода до 3 4 робочого об'єму бака і перемішується протягом 20 хвилин за допомогою стиснутого повітря, після чого електроліт нікелювання піддають хімічній і електрохімічної очищення від органічних і неорганічних домішок, причому для хімічної очистки в електроліт наливається розрахункова кількість 5% -ного розчину сірчаної кислоти, доводиться рН до 5,5 і нагрівається до температури 80-90 ° С, для досягнення повноти осадження електроліт нікелювання перемішується протягом 2-3 годин стисненим повітрям. Далі наливається дистильована вода до робочого об'єму бака і додатково перемішується стисненим повітрям протягом 30-40 хвилин. Потім електроліт нікелювання відстоюється протягом 2-6 годин, відстоявся електроліт фільтрують через фільтрувальну установку в робочу ванну. Надалі здійснюється електрохімічна очищення для видалення домішок міді, заліза, цинку і свинцю, для чого рН електроліту доводиться до 2-2; 5 одиниць 5% -ним розчином сірчаної кислоти, після чого на анодні штанги поміщаються нікелеві аноди з розрахунку один анод на 0 , 5-0,6 м довжини штанги, а на катодні штанги максимальне кількість катодів з листової сталі, очищення проводиться при катодного щільності струму 0,2 а / дм 2 і температурі 40 ± 10 ° С протягом 4-5 годин, поява світлого нікелевого покриття на пластинах вказує на закінчення процесу оч і. Після закінчення процесу очищення електроліт нікелювання коректують 3% -ним розчином їдкого калі до робочого інтервалу і приступають до роботи.
Як анодів використовуються аноди нікелеві марки НПА1, НПА2, НПАН, НПАНЕ.
нікель сірчанокислий - 140-200 г / л;
натрій сірчанокислий - 70-125 г / л;
магній сірчанокислий - 20-50 г / л;
натрій хлористий - 5-15 г / л;
кислота борна - 18-35 г / л;
залізо - не більше 0,1 г / л;
цинк - не більше 0,01 г / л;
свинець - не більше 0,01 г / л;
мідь - не більше 0,02 г / л;
Контроль якості нікелевого покриття здійснюють шляхом зовнішнього огляду деталей і перевіркою дотримання технологічного режиму в процесі покриття.
Процес нікелювання проводиться в сталевих ваннах, футерованих листовим пластикатом. Підвісні пристосування мають надійний контакт з деталлю і штангою. Перед початком процесу нікелювання ретельно очищають штанги, включають систему підігріву і перемішування електроліту. При досягненні температури в 40 ° С відключають підігрів і перемішування і завішують розрахункова кількість деталей таким чином, щоб вони не стикалися один з одним. Нікелеві аноди раз на місяць виймають з чохлів, очищають дротяними щітками до металевого блиску і промивають водою.
Швидкість нарощування нікелю при виході за струмом, що дорівнює 90%, становить 7-9 мкм / год при щільності струму 0,5-1 А / дм 2. Після закінчення процесу нікелювання деталі вивантажують з ванни, промивають у холодній проточній воді, а потім в гарячої непроточной воді з наступним сушінням.
Нанесення нікелевого покриття відбувається при температурі 20-40 ° С і щільності струму 0,5-1 А / дм 2. Аноди в робочій ванні використовують марок НПА1, НПА2, НПАН, НПАНЕ, і їх завішують в чохлах з тканини КС-34. Співвідношення анодної і катодної поверхонь 2: 1 дозволяє отримати максимальну продуктивність праці і найкращу якість нікелевого покриття.
Видалення неякісних нікелевих покриттів з деталей виробляють хімічним способом в розчині, що складається з двох обсягів азотної кислоти і одного об'єму сірчаної кислоти.
Вибір температури нагріву електроліту і його кислотності при хімічному очищенню, а також робочий діапазон кислотності електроліту нікелювання при нанесенні покриття і концентрацію добавки магнію сірчанокислого продиктовані такими міркуваннями.
При температурі нагріву електроліту нікелювання нижче 80 ° С має місце неповне розчинення всіх компонентів електроліту нікелювання (особливо борної кислоти), що призводить до неможливості його використання, а при температурі нагріву вище 90 ° С відбувається нераціональне використання енергоресурсів і як наслідок підвищення собівартості нікельованих деталей.
Зазначена кислотність електроліту нікелювання, рівна pH 5,5, є оптимальною для проведення його хімічної очистки та забезпечення раціонального використання дорогих матеріалів при приготуванні, а також збільшення терміну служби робочої ванни з електролітом нікелювання.
При робочої кислотності електроліту менше pH 3,5 відбувається утворення блискучого покриття з безліччю тріщин і рясне виділення водню на катоді, що тягне за собою погіршення якості нікелевого покриття через його недостатню товщини і високу пористість, а при робочій кислотності електроліту більше pH 5, 5 відбувається залуження електроліту з утворенням шламу гідроксиду нікелю в складі покриття.
Зазначена концентрація добавки магнію сірчанокислого рівна 20-50 г / л, є оптимальною для проведення процесу нікелювання і отримання більш м'яких, світлих і легко поліруються опадів.
Переваги способу полягають в зниженні енергоємності та собівартості процесу нікелювання, підвищенні якості нікелевого покриття і збільшення його терміну служби майже на порядок в порівнянні з традиційними способами нанесення покриттів за рахунок зниження робочої температури електроліту нікелювання на 5-10 ° С щодо прототипу, використання магнію сірчанокислого і нікелевих анодів марок НПАН і НПАНЕ, що дозволяє зменшити витрату дорогих матеріалів при нікелювання на 49%.
Використання даного винаходу в промисловості дозволяє підвищити захисні і декоративні властивості нікельованих деталей, що тягне за собою виготовлення нікель-кадмієвих акумуляторів і батарей на їх основі з високими експлуатаційними характеристиками.
1. Ямпільський A.M. Сучасна технологія нікелювання, Л. 1950
2. Лайнер В.І. Сучасна гальванотехніка. М. 1967
Спосіб нанесення нікелевого покриття на сталеві і мідні деталі, що включає хімічну і електрохімічну очищення електроліту нікелювання, що містить нікель сірчанокислий, натрій хлористий, борну кислоту, і нанесення нікелевого покриття із зазначеного електроліту, що відрізняється тим, що хімічне очищення електроліту здійснюють доведенням електроліту 5% -ним розчином сірчаної кислоти до рН 5,5 і нагріванням до температури 80-90 ° С, а нанесення нікелевого покриття проводять при рН електроліту 3,5-5,5, при цьому електроліт додатково содер ит натрій сірчанокислий і магній сірчанокислий з концентраціями компонентів, г / л: