Електроліт для електрохімічного осадження родієвого покриття

Корисна модель відноситься до електрокристалізації платинових металів, зокрема родію, на поверхні інших металів електрохімічним шляхом, і може бути використаний для захисту металів від корозії в агресивних середовищах, захисту поверхні срібних дзеркал і відбивачів від потьм'яніння, в радіотехніці та електротехніці для покриття робочих поверхонь при експлуатації в умовах тертя та ковзання, в ювелірній промисловості та для деяких спеціальних цілей. Для електроосадження родію застосовують сульфатні та фосфатні електроліти. Відомий електроліт для нанесення родієвих покриттів при електролізі постійним струмом на основі концентрованої ортофосфорної кислоти, який містить сульфат родію (0,1-30г/л) та глутамінову кислоту (10-100г/л) [1] (аналог). При імпульсному електролізі застосовують електроліт на основі концентрованої сірчаної кислоти, який містить сульфат родію (1-20г/л) [2] та ефір додатково (10-300г/л) [3] (аналоги). Використання електролітів-аналогів має ряд недоліків: токсичність [1-3], ускладнення апаратури [2, 3], необхідність корегування складу електроліту [1, 3], незадовільна якість покриття, яка обумовлена появою мікротріщин на поверхні зразків та незадовільною адгезією покриття до основи [1]. Найближчим до заявляємого електроліту вибраний електроліт для осадження паладієвих покриттів на основі низькотемпературного евтектичного розплаву ацетамід-NH4Cl (11,3мол.%) та сахарину (ПАР) при відповідному співвідношенні компонентів: евтектична суміш (ацетамід-NH4Cl) - 97,5-98,5мас.%, сахарин - 1,5-2,5мас.% (прототип). Склад електроліту-прототипу та умови електролізу, які забезпечили одержання якісних паладієвих покриттів, були використані для одержання родієвих покриттів. Результати дослідження наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Вплив складу електроліту та густини струму на якість покриттів родієм на мідній основі одержаних при електролізі розплаву-прототипу, з застосуванням Rh-аноду, температурі 80°С не протязі 20 хвилин електролізу. Кількість розплаву ацетамід-NH4Cl (11,3 мас.%) в мас.% Кількість ПАР, мас.% 98,5 1,5 5 98,0 2,0 5 97,5 2,5 5 98,5 1,5 10 98,0 2,0 10 97,5 2,5 10 0,2 Товщина покриття Густина в мкм струму А/м2 Зовнішній вид поверхні Утворення покриття не спостерігається Утворення покриття не спостерігається Утворення покриття не спостерігається На поверхні з’являються тонкі темні плями. Кількість плям на поверхні зростає. Тонка темна плівка. Результати, наведені в табл.1, свідчать, що з електроліту прототипу, при вказаних умовах електролізу неможливо одержати якісне покриття родієм. В основу винаходу поставлена задача розробки нового нетоксичного низькотемпературного електроліту, який забезпечить утворення на поверхні міді покриття родієм достатньої товщини, рівномірне, дрібнокристалеве, добре зчеплене з основою. Для досягнення поставленої мети необхідно інтенсифікувати процес осадження родію, для цього потрібний новий склад електроліту-розчинника з більшою електропровідністю, в якому швидкості електродних процесів були б значно більшими, ніж у розплаві прототипу. Для цього замість розплаву ацетамід-NH4Cl був застосований евтектичний розплав карбамід-NH4Cl (16,8мол.%), електропровідність якого (0,06 Oм-1 см-1) перевищує в декілька разів електропровідність ацетамідного розплаву (0,015 Ом-1 см-1). Підвищення робочої температури процесу до 120-130°С також сприяє росту швидкості анодного розчинення та катодного осадження родію. Електроліз проводився при постійному струмі. Експериментальні дані щодо застосування нового електроліту для одержання родієвих покриттів наведені в табл.2. Таблиця 2 Вплив умов електролізу на якість родієвого покриття, одержаного з евтектичного розплаву карбамід-NH4Cl на мідній основі з використанням розчинного Rh-аноду при температурі 130°С. Густина струму в А/м2 Час електролізу хв. Товщина покриття в мкм 2 20 0,5 2 2 40 60 0,7 0,8 2 80 0,9 4 20 1,0 4 4 40 60 1,0 1,0 Зовнішній вид поверхні Утворення покриття візуально не спостерігається. Окремі темні плями. Кількість плям зростає. Поверхня покрита темними тонкими плямами. Темно-сіре тонке покриття, є прогалини. Сіре покриття, тонке з прогалинами. Сіре нерівномерне покриття. 4 8 8 8 8 80 20 40 60 80 1,5 1,5 2,0 2,0 2,5 10 20 2,5 10 40 3,0 10 60 3,0 10 80 Сіре покриття з наростами. Сіре дрібнокристалеве рівномірне. Сіре дрібнокристалеве рівномірне. Сіре дрібнокристалеве рівномірне. На поверхні з'являються нерівності. Світло-сіре, рівномірне, дрібнокристалеве. Напівблискуче, рівномірне, дрібнокристалеве. Світло-сіре, напівблискуче, рівномірне. На поверхні з'являються окремі дендрити. 3,0 З таблиці 2 видно, що якісне покриття на мідній основі з'являється при підвищенні густини струму до 8-10 А/м2, при цьому час електролізу не може перевищувати 60 хв. При збільшенні часу електролізу на поверхні покриття з’являються нерівності, дендрити. Концентрація іонів родію в розплаві обумовлена розчинністю Rh аноду під час електролізу. Для збільшення товщини родієвого покриття концентрація іонів родію в розплаві має бути збільшена. Для цього в розплав вводили сіль родію RhСl3. Вплив концентрації введеної добавки показаний в табл.3. Таблиця 3 Вплив концентрації RhCl3 на якість родієвого покриття при електролізі карбамід-хлоридного розплаву. Кількість Кількість RhCl3 в Густина струму в Товщина покриття карбамід-NH4Cl в мас. % А/м2 в мкм мас. % 99,9 0,1 8 2,0 99,8 0,2 8 2,5 99,7 0,3 8 3,0 99,6 0,4 8 3,8 99,9 0,1 10 4,5 99,8 0,2 10 5,5 99,7 0,3 10 5,8 99,6 0,4 10 6,0 Зовнішній вид покриття. Світло-сіре, рівномірне, дрібнокристалеве. Світло-сіре, рівномірне, дрібнокристалеве. Світло-сіре, рівномірне, напівблискуче. Світло-сіре, рівномірне, напівблискуче. Світло-сіре, напівблискуче, рівномірне, дрібнокристалеве. Світло-сіре, напівблискуче, рівномірне, дрібнокристалеве. Світло-сіре, напівблискуче, рівномірне, дрібнокристалеве. Напівблискуче рівномірне, дрібнокристалеве, трохи темнішає. З даних таблиці 3 слідує, що добавка RnСl3 дозволяє збільшити товщину родієвого покриття до 6мкм. Максимальна концентрація введеної солі (0,4мас.%) не може бути збільшена, в зв’язку з обмеженою розчинністю RhCl3 в карбамід-хлоридному розплаві, що унеможливлює подальший ріст товщини покриття в даному електроліті більш ніж 6мкм. Список використаної літератури: 1. Патент №1594418, Великобританія, МПК C25D1/04, 3/50. Електроосадження родію. 1981. 2. Патент №4789437, США, МПК C25D3/50. Імпульсний спосіб нанесення гальванічного покриття. 1988. 3. Заявка №57-37672, Японія, МПК C25D3/50. Розчин для нанесення гальванічних покриттів із платини и родію, 1982. 4. Патент №18837, Україна, МПК C25D3/50. Електроліт для електрохімічного осадження паладієвого покриття (Богданович Л.В., Буряк M.I., Кочетова С.А., Туманова Н.Х.), 2006.