Спосіб електролітичного нанесення покриття діоксидом мангану на алюміній та його сплави

Винахід належить до гальваностегії, зокрема до електролітичного нанесення функціональних покриттів на алюміній та його сплави, які можуть бути використані як каталізатори в хімічній промисловості, електродизаземлювачі в електрохімічному захисті металоконструкцій, при очищенні газових викидів автотранспорту. Відомий хімічний спосіб отримання каталізатора - діоксиду мангану термічним розкладанням сполуки мангану (II) на поверхні носія з Аl2Оз при температурі 200°С [1]. Такий спосіб супроводжується виділенням токсичних оксидів азоту і не забезпечує достатню адгезію діоксиду мангану до носія. Відомий також спосіб нанесення кольорових покриттів на вентильні метали та їх сплави, який включає мікродугове оксидування в водному електроліті, що містить натрій дигідрофосфат, натрій тетраборат, кобальт фосфат, натрій гексаметафосфат, натрій вольфрамат або калій вольфрамат при постійному струмі густиною 0,5-6,0А/дм2 до кінцевої напруги 50-180В [2]. Цей спосіб дозволяє отримувати оксидні кольорові покриття на вентильних металах і їх сплавах, що мають високу адгезію до носія і містять включення компонентів електроліту, наприклад, кобальту до 30%. Однак, такий спосіб не дозволяє отримувати прокриття з вмістом включень більше 30% та, зокрема за ним неможливо одержати покриття діоксидом мангану, яке має каталітичні властивості. В промисловості відомий також, обраний за прототип, електролітичний спосіб отримання осаду діоксиду мангану на аноді з інертного матеріалу (наприклад, карбоні) з кислотних розчинів, що містять сполуки мангана (II) [3]. Для отримання дрібнодисперсного діоксиду мангану електроліз проводять при 20-25°С, анодній густині струму 7,5А/дм2 і катодній 10-12А/дм2, напрузі 3,2-3,7В з електроліту, що містить манган сульфат і сульфатну кислоту при такому співвідношенні компонентів (г/л) MnSO4 300-350 H2SO4 180-200 Недоліками цього способу є повна відсутність зчеплення осаду діоксиду мангану з носієм. При електролізі діоксид мангану, що утворюється на аноді осаджується на дно електролізера. Основним недоліком є неможливість отримати покриття діоксидом мангану на вентильних металах, в тому числі на алюмінії та його сплавах. В основу винаходу поставлено задачу отримати міцно зчеплене покриття діоксидом мангану на носії з алюмінію та його сплавів, що має високорозвинену поверхню. Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі електролітичного нанесення покриття діоксидом мангану оксидування проводять в анодно-іскровому режимі постійним струмом густиною 5-15А/дм2 до кінцевої напруги 90-150В впродовж 30-60 хвилин при перемішуванні електроліту і температурі 20-25°С з електроліту, що містить калій гідроксид, калій перманганат при такому співвідношенні компонентів (г/л): калій гідроксид 1-50 калій перманганат 16-240 Згідно з винаходом для збільшення ефективної поверхні носія з алюмінію чи його сплаву перед оксидуванням його анодно обробляють в імпульсному режимі, тривалість імпульсу становить 5·10-3-5·10 -4с, тривалість паузи становить 1-10~2-2-10'2с, густині струму 20-50 А/дм2, температурі 40-50°С впродовж 15-25 хвилин при перемішуванні в електроліті, що містить натрій хлорид, натрій перхлорат, натрій нітрат при такому співвідношенні компонентів (г/л): натрій хлорид 10-15 натрій перхлорат 5-10 натрій нітрат 2-5 Обробка носія в імпульсному режимі забезпечує збільшення її площі у 3-5 разів, причому склад електроліту та імпульсний режим дозволяють отримати рівномірний розподіл зон травлення та їх профілю, а також забезпечити підвищення адгезії діоксида мангану до носія. Оксидування в анодно-іскровому режимі в електроліті, який містить калій гідроксид та калій перманганат дає можливість одночасно формувати оксидну плівку Аl2О3 на поверхні носія з алюмінію та його сплавів і діоксиду мангану. Густина струму в інтервалі 515А/дм2 забезпечує досягнення нижньої межі напруги іскріння (90В) за 3-5 хвилин. В іскровому режимі на поверхні носія діоксид мангану утворюється за реакцією: 2KМnО4®K2МnO4+МnО2+О2 Одночасна реалізація процесів оксидування та термічного розкладання калій перманганату приводить до формування покриття діоксидом мангану з його вмістом до 82-95% і забезпечує високу адгезію діоксида мангану до носія. Процес нанесення покриття стабільно перебігає до напруги 150В. Запропонований спосіб здійснюють наступним чином. Зразок алюмінію або його сплаву піддають анодній обробці в імпульсному режимі, де тривалість імпульсу становить 5·10 -3-5·10 -4с, тривалість паузи становить 1·10 --2·10 -2с, густині струму 20-50А/дм2, температурі 4050°С впродовж 15-25 хвилин при перемішуванні електроліту в комірці для електролізу за двохелектродною схемою в електроліті, що містить натрій хлорид, натрій перхлорат, натрій нітрат при такому співвідношенні компонентів (г/л): натрій хлорид 10-15 натрій перхлорат 5-10 натрій нітрат 2-5 Нанесення покриття діоксидом мангану на зразок з алюмінію або його сплава з попередньо високорозвиненою поверхнею проводять на стандартному обладнанні в анодно-іскровому режимі постійним струмом густиною 5-15А/дм2 до кінцевої напруги 90-150В впродовж 30-60 хвилин при перемішуванні електроліту і температурі 20-25°С з електроліту, що містить калій гідроксид, калій перманганат при такому співвідношенні компонентів (г/л): калій гідроксид 1-50 калій перманганат 16-240 Густину струму і напругу впродовж процесу контролюють за допомогою серійних приладів. Прототип Матеріал носія Карбон Зчеплення з Не має носієм Склад електроліту Сульфатна кислота, манган сульфат Вихід діоксиду 80-85 мангану Винахід Алюміній та його сплави Міцно зчеплене Калій гідроксид, калій перманганат 82-95 Порівняння прототипу та винаходу вказує, що заявляємий спосіб дозволяє отримати міцно зчеплене покриття діоксидом мангану на алюмінії та його сплавах. Приклад 1 Для нанесення покриття діоксидом мангану використовували зразки, виготовлені з алюмінію (Аl) з вмістом алюмінію 99,5% з площею 0,01дм2. Електроліти готували розчиненням компонентів у дистильованій воді у звичайних умовах. Анодну обробку зразка проводили в імпульсному режимі з метою збільшення його поверхні, тривалість імпульсу становила 5-10-4с, тривалість паузи становила 1-10-2с, густині струму 50А/дм2, температурі 50°С впродовж 20 хвилин при перемішуванні електроліту в комірці для електролізу за двохелектродною схемою в електроліті, що містить натрій хлорид, натрій перхлорат, натрій нітрат при такому співвідношенні компонентів (г/л): натрій хлорид 15 натрій перхлорат 7 натрій нітрат 3 Потім зразок промивали, висушували і проводили нанесення покриття на стандартному обладнанні в анодно-іскровому режимі постійним струмом густиною 10А/дм2 до кінцевої напруги 120В впродовж 60 хвилин при перемішуванні електроліту і температурі 25°С з електроліту, що містить калій гідроксид, калій перманганат при такому співвідношенні компонентів (г/л): калій гідроксид 2 калій перманганат 16 Отримали покриття, що містить 82% діоксида мангану міцно зчеплене з носієм. Приклад 2 Для нанесення покриття діоксидом мангану використовували зразки, виготовлені з алюмінію (АМЦ) з вмістом мангану 1,0-1,6% з площею 0,01дм2. Електроліти готували розчиненням компонентів у дистильованій воді у звичайних умовах. Анодну обробку зразка проводили в імпульсному режимі з метою збільшення його поверхні, тривалість імпульсу становила 5-10-4с, тривалість паузи становила 1-10-2с, густині струму 50А/дм2, температурі 50°С впродовж 20 хвилин при перемішуванні електроліту в комірці для електролізу за двохелектродною схемою в електроліті, що містить натрій хлорид, натрій перхлорат, натрій нітрат при такому співвідношенні компонентів (г/л): натрій хлорид 15 натрій перхлорат 7 натрій нітрат 3 Потім зразок промивали, висушували і проводили нанесення покриття на стандартному обладнанні в анодно-іскровому режимі постійним струмом густиною 15А/дм2 до кінцевої напруги 150В впродовж 60 хвилин при перемішуванні електроліту і температурі 25°С з електроліту, що містить калій гідроксид, калій перманганат при такому співвідношенні компонентів (г/л): калій гідроксид 5 калій перманганат 40 Отримали покриття, що містить 95% діоксида мангану міцно зчеплене з носієм.