Спосіб визначення складу покриттів, що містять нікель та мідь

Реферат: Спосіб визначення складу покриттів, що містять нікель та мідь по кількості електрики в піках анодних вольтамперограм, отриманих в електроліті, що містить хлорид амонію, амінооцтову кислоту і має рН 10-11, при збільшенні швидкості розгортання потенціалів в інтервалі між піками розчинення міді й нікелю до 10-50 мВ/с. Зразок з покриттям перед завантаженням в електроліт з'єднують з мідною пластиною з покриттям нікель-мідним сплавом, що осаджений на надграничному струмі. При включенні анодної вольтамперограми пластину від'єднують і виймають з електроліту. UA 82251 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ СКЛАДУ ПОКРИТТІВ, ЩО МІСТЯТЬ НІКЕЛЬ ТА МІДЬ UA 82251 U UA 82251 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електроаналітичної хімії, зокрема до способів визначення складу тонких покриттів металами та сплавами. Визначення складу покриття необхідно для керування властивостями багатошарових покриттів і покриттів сплавами. Відомі способи аналізу мідно-нікелевих покриттів хімічним розчиненням покриття з наступним аналізом вмісту іонів міді й нікелю. Однак способи вимагають досить багато часу для аналізу, зі зменшенням товщини покриттів знижується точність визначення кількості металів. Відомі способи визначення складу тонких покриттів сплавами аналізом анодних вольтамперограм їх розчинення з інертної основи. Відомий спосіб визначення складу покриттів, що містять нікель та мідь, по якому визначають кількість електрики в піках анодних вольтамперограм у слабкокислому електроліті, що містить хлорид амонію [1]. По цьому способі можна одержати вольтамперограму з піками розчинення мідних, нікелевих покриттів та двошарових покриттів. Однак покриття сплавами розчиняються в єдиному піку (розташованому на 50 мВ при більш позитивних потенціалах стосовно нікелю), тобто, неможливо визначити їх склад. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб визначення складу покриттів, що містять нікель та мідь, по якому визначають кількість електрики в піках анодних вольтамперограм, 3 отриманих в електроліті, що містить хлорид амонію, 20-40 г/дм амінооцтової кислоти і має рН 10-11, при збільшенні швидкості розгортання потенціалів в інтервалі між піками розчинення міді й нікелю до 10-50 мВ/с [2]. Спосіб дозволяє селективно розчинити у лужному розчині нікель та мідь зі сплаву, розрахувати кількість електрики і визначати склад покриттів, що містять нікель і мідь не тільки у вигляді шарів чистих металів, але й у вигляді сплаву мідь-нікель. Однак у лужному розчині хлориду амонію мідь швидко кородує, внаслідок чого за час завантаження зразка, визначення стаціонарного потенціалу і включення вольтамперограми від його значення, тонкі покриття, що збагачені міддю, частково розчиняються, анодна вольтамперограма має пік розчинення міді меншої площі, зменшується розрахунковий вміст в покритті міді і відповідно збільшується розрахунковий вміст нікелю. Задачею, що розв'язується даною корисною моделлю є уникнення корозійних втрат покриття при аналізі сплавів, що збагачені міддю. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу визначення складу покриттів, що містять нікель та мідь, по якому визначають кількість електрики в піках анодних вольтамперограм, отриманих в електроліті, що містить хлорид амонію, амінооцтову кислоту і має рН 10-11, при збільшенні швидкості розгортання потенціалів в інтервалі між піками розчинення міді й нікелю до 10-50 мВ/с. Для рішення поставленої задачі запропонований спосіб, за яким зразок з покриттям перед завантаженням в електроліт з'єднують з мідною пластиною з покриттям нікель-мідним сплавом, що осаджений на надграничному струмі, а при включенні анодної вольтамперограми пластину від'єднують і виймають з електроліту. Процес здійснюється в такий спосіб. Осаджують покриття, що містить нікель і мідь, на інертну основу, наприклад скловуглецеву, платину, золото. В чарунку потенціостата заливають електроліт, що містить 0,5 Μ хлориду 3 амонію й 20-40 г/дм амінооцтової кислоти, зі значенням рH 10-11, доведеним розчином гідроксиду натрію, поміщають сталевий катод й насичений хлорсрібний електрод порівняння. Мідну пластину з покриттям нікель-мідним сплавом, що осаджений на надграничному струмі (при густині струму, що перевищує граничний струм виділення нікелю в електроліті), з'єднують зі зразком з покриттям, завантажують у чарунку з електролітом. Включають анодну вольтамперограму зі швидкістю розгортання потенціалу 0,5-5 мВ/с від стаціонарного потенціалу і одночасно від'єднують мідну пластину, виймаютьїї з електроліту. Мідна складова покриттів розчиняється в піку, що знаходиться, залежно від товщини мідного шару й складу сплаву, в інтервалі потенціалів - 0,4-0,1 В. Потім збільшують швидкість розгортання потенціалів до 10-50 мВ/с. При потенціалах підйому струму розчинення нікелевої складової (залежно від товщини нікелевого шару й складу сплаву - в діапазоні 0,2-0,4 В) швидкість розгортання потенціалу повертають до величини 0,5-5 мВ/с й отримують пік розчинення нікелю. При виконанні сукупності зазначених операцій експериментально виявлено, що пропоновані умови одержання анодної вольтамперограми дозволяють уникнути корозійних втрат мідної складової, тобто уникнути заниженого результату за вмістом міді і відповідного завищеного результату за вмістом нікелю в покритті, що збагачене міддю. В технічному плані відмінною рисою пропонованого способу є те, що зразок з покриттям перед отриманням вольтамперограми з'єднують з мідною пластиною з покриттям нікель-мідним сплавом, що осаджений на надграничному струмі. Таке покриття, що отримане на надграничному струмі, як показав експеримент, за рахунок включення гідроксидів і гідридів, має 1 UA 82251 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 більш від'ємний потенціал в електроліті, ніж нікель і мідь. Завдяки цьому при сумісному завантаженні в електроліт зразок з покриттям набуває загальний з пластиною стаціонарний потенціал, що більш від'ємний ніж потенціал покриття, і не розчиняється. Відомі способи захисту металів, що кородують у різних середовищах, іншими металами, що є більш електровід'ємними і завдяки цьому кородують замість металу при з'єднанні з ним. Однак невідомо одержання анодних вольтамперограм в корозійному середовищі з захистом зразка мідної пластиною з покриттям нікель-мідним сплавом, що осаджений на надграничному струмі. А саме це сполучення умов дозволяє забезпечити уникнення корозії покриття, що збагачене міддю, без забруднення електроліту додатковими іонами металів, що розчиняються у процесі захисту за відомими способами. Таким чином, уникненні корозії покриттів сплавами, що збагачені міддю, при визначенні їх складу, досягається тільки при виконанні сукупності умов: зразок з покриттям перед завантаженням в електроліт з'єднують з мідною пластиною з покриттям нікель-мідним сплавом, що осаджений на надграничному струмі, а при включенні анодної вольтамперограми пластину від'єднують і виймають з електроліту, встановлено авторами вперше в процесі експериментів (див. приклади). При використанні мідної пластини без покриття нікель-мідним сплавом, що осаджений на надграничному струмі (див. приклад 4), або з нікель-мідним покриттям, що осаджений при густині струму, яка менша ніж гранична (див. приклад 3), мідь з покриття починає розчинятися до включення вольтамперограми. У випадку, коли при включенні анодної вольтамперограми пластину не виймають з електроліту, анодно розчиняється пластина, а не покриття, і аналіз складу не виробляється (див. приклад 5). Тобто, підтримка експериментально виявлених умов проведення аналізу є необхідним для реалізації способу. Приклад 1. На платиновий електрод з пірофосфатного електроліту осаджують, з витратою кількості електрики 0,2-1,5 Кл, покриття сплавом мідь-нікель складу: покриття А - 60,3 % міді і 39,7 % нікелю та покриття Б - 89,8 % міді і 10,2 % нікелю. В чарунку потенціостату заливають 3 електроліт складу: 0,5 Μ NH4Cl, 30 г/дм амінооцетової кислоти, гідроксид натрію до рН 10,5. Підключають чарунку до потенціостату ПІ 50-01. Завантажують в чарунку сталевий допоміжний катод і насичений хлорсрібний електрод порівняння. Знімають анодну вольтамперограму на платиновому електроді з покриттям сплавом мідь-нікель від стаціонарного потенціалу зі швидкістю 2 мВ/с, а між піками - зі швидкістю 20 мВ/с. З вольтамперограм розраховують кількість електрики на розчинення міді QCu та нікелю QNi. З урахуванням електрохімічних еквівалентів визначають склад покриття: вміст міді, аCu, %, та вміст нікелю, aNi, %. Склад покриття, що отриманий з вольтамперограми, наведено у таблиці. Приклад 2. На платиновий електрод з пірофосфатного електроліту осаджують, з витратою кількості електрики 0,2-1,5 Кл, покриття сплавом мідь-нікель складу: покриття А - 60,3 % міді і 39,7 % нікелю та покриття Б - 89,8 % міді і 10,2 % нікелю. З того ж електроліту на мідну пластину осаджують нікель-мідний сплав на надграничному струмі (при густині струму, що перевищує граничний для цього електроліту). В чарунку потенціостату заливають електроліт складу: 0,5 Μ 3 NH4Cl, 30 г/дм амінооцтової кислоти, гідроксид натрію до рН 10,5. Підключають чарунку до потенціостату ПІ 50-01. Завантажують в чарунку сталевий допоміжний катод і насичений хлорсрібний електрод порівняння. З'єднують мідну пластину з нікель-мідним покриттям, що осаджений на надграничному струмі зі зразком з покриттям, завантажують у чарунку з електролітом. Включають анодну вольтамперограму на платиновому електроді з покриттям сплавом мідь-нікель від стаціонарного потенціалу зі швидкістю 2 мВ/с і одночасно від'єднують мідну пластину і виймають її з електроліту. Між піками переключають швидкість розгортання потенціалу на значення 20 мВ/с. З вольтамперограм розраховують кількість електрики на розчинення міді QCu та нікелю QNi. З урахуванням електрохімічних еквівалентів визначають склад покриття: вміст міді, аCu, %, та вміст нікелю, aNi, %. Склад покриття, що отриманий з вольтамперограми, наведено у таблиці. Приклад 3. Аналіз покриття проводять як у прикладі 2, але використовують мідну пластину з покриттям нікель-мідним сплавом, що осаджений при робочій густині струму (більш низької, ніж гранична). Склад покриття, що отриманий з вольтамперограми, наведено у таблиці. Приклад 4. Аналіз покриття проводять як у прикладі 2, але використовують мідну пластину без покриття нікель-мідним сплавом. Склад покриття, що отриманий з вольтамперограми, наведено у таблиці. Приклад 5. Аналіз покриття проводять як у прикладі 2, але мідну пластину не виймають одночасно з включенням вольтамперограми. Склад покриття, що отриманий з вольтамперограми, наведено у таблиці. 2 UA 82251 U Таблиця Склад покриття № прикладу 1 2 3 4 5 5 10 аCu 54,9 60,3 58,2 57,0 180 Покриття, що збагачені міддю покриття А покриття Б aNi аCu 45,1 81,0 39,7 89,8 41,8 87,5 43,0 84,3 0 180 aNi 19,0 10,2 12,5 15,7 0 Таким чином, порівняння даних, наведених у прикладах, показує, що пропонований спосіб дозволяє уникнути корозійних втрат при аналізі покриттів мідно-нікелевими сплавами, що збагачені міддю, і розрахувати кількість електрики, що дійсно відповідає складу покриття. Джерела інформації: 1. Jovic V.D., Zejnilovic R.M., Despic A.R., Stevanovic J.S. Characterization of electrochemically formed thin layers of binary alloys by linear sweep voltammetry // Journal of Applied Electrochemistry.-1988, 18. - P.P. 511-520. 9 2. Пат. на кор. мод. № 63867 Україна, МПК G 01 Ν 27/42, G 01 Ν 27/48. Спосіб визначення складу покриття, що містить нікель і мідь / Майзеліс А.О., Байрачний Б.І., Трубнікова Л.В. - № u 201103014, заяв. 14.03.2011. - Опубл. 25.10.2011, Бюл. № 20. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб визначення складу покриттів, що містять нікель та мідь, по кількості електрики в піках анодних вольтамперограм, отриманих в електроліті, що містить хлорид амонію, амінооцтову кислоту і має рН 10-11, при збільшенні швидкості розгортання потенціалів в інтервалі між піками розчинення міді й нікелю до 10-50 мВ/с, який відрізняється тим, що зразок з покриттям перед завантаженням в електроліт з'єднують з мідною пластиною з покриттям нікель-мідним сплавом, що осаджений на надграничному струмі, а при включенні анодної вольтамперограми пластину від'єднують і виймають з електроліту. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3