Спосіб отримання кобальтового покриття цинкової поверхні

Реферат: UA 100656 U UA 100656 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології поверхні різних матеріалів, а саме, до методів хімічного нанесення металічного покриття на металеві поверхні і може бути використаним в різних технічних цілях (електроніка, каталізатори та інш.) На практиці для нанесення одних металів на інші використовують переважно водні розчини сполук металів, які наносяться [1-3]. Але із водних розчинів не завжди можна отримати якісне покриття з усіх металів, а тому приходиться використовувати інші розчинники із яких можна отримати краще покриття. Найбільш близьким по технічній суті і отриманими результатами є спосіб нанесення хрому і цирконію на цинкову поверхню із водних розчинів [3]. В основі цього методу є відновлення цинком хрому і цирконію в водних розчинах, підкислених соляною кислотою. Відновлені хром і цирконій покривають цинкову поверхню наночастинками цих металів. Однак кобальт із водних розчинів його сполук, наприклад, СоСl2•6Н2О не дає доброго покриття цинкової поверхні. В основу корисної моделі поставлена задача підібрати такий розчинник для сполук кобальту із якого він міг би задовільно покривати цинкову поверхню. Поставлена задача досягається тим, що в якості розчинника для хлориду кобальту використовується етиловий спирт, який після води стоїть на другому місці по своїй екологічній безпеці. Суть запропонованого способу полягає в тому, що для нанесення кобальту на цинкову поверхню використовується розчин хлориду кобальту в етиловому спирті певної концентрації, а саме 0,05 мол/л (12,5 г СоСl2•6Н2О на 1 л етилового спирту). Якщо брати розчини меншої, або більшої концентрації, то покриття цинкової поверхні менш якісне. При меншій концентрації хлориду кобальту в етиловому спирті покриття цинкової поверхні кобальтом не достатньо щільне. При більшій концентрації хлориду кобальту в етиловому спирті покриття цинкової поверхні кобальтом, в наслідок осідання на цинкову поверхню великої кількості кобальту, стає рихлим і частково осипається. Приклад 1. Нанесення кобальту на цинкову поверхню з водного розчину концентрації 0,05 мол/л. До 2 мл 0,1 мол/л розчину СоСl2•6Н2О в воді добавили 2 мл води, тобто концентрація розчину стала 0,05 мол/л. В реакторі з електромішалкою в цей розчин помістили цинкову 2 пластинку діаметром 11 мм з сумарною площею поверхні з двох сторін 1,9 см і масою 0,2689 г. Час нанесення 1 год. По закінченню досліду цинкова пластинка дуже мало покрилася кобальтом. Вона зберегла свій металевий блиск з дуже малим почорнінням. Після нанесення маса пластинки становила 0,2680 г. Полегшення пластинки склало 0,0009 г. Воно обумовлено тим, що атомна вага цинку (65,38) більша від атомної ваги кобальту (58,9). Цинк відновлює кобальт по реакції (1). СоСl2+Zn=ZnCl2+Co (1) Хлорид цинку переходить в розчин, а кобальт осідає на цинкову пластинку, внаслідок чого вона стає легшою. На флюоресцентній рентгенограмі (фіг. 1) спостерігаються лише слідові кількості кобальту. Приклад 2. Нанесення кобальту на цинкову пластинку з водного розчину хлориду кобальту концентрації 0,1 мол/л. Внесли в реактор 4 мл 0,1 мол/л розчину хлориду кобальту і цинкову пластинку діаметром 2 10,5 мм загальною площею з двох сторін 1,73 см і масою 0,1067 г. Час нанесення 1 год. Порівняно з першим дослідом в цьому досліді на цинкову пластинку осіло більше кобальту, що видно з флюоресцентної рентгенограми (фіг. 2). Але і в цьому випадку покриття було не щільним. Спостерігалися ділянки поверхні цинкової пластинки не покриті кобальтом. Приклад 3. Нанесення кобальту на цинкову пластинку з спиртового розчину хлориду кобальту малої концентрації. В реактор з електромішалкою помістили 4 мл розчину хлориду кобальту в етиловому спирті концентрації 0,024 мол/л і цинкову пластинку діаметром 8,5 мм, загальною площею з двох 2 сторін 1,13 см і масою 0,0573 г. Нанесення проводилося 1 годину при працюючій електромішалці. Із-за малої в'язкості спирту пластинка не рухалася. Після закінчення досліду пластинку промили водою, висушили фільтрувальним папером і на повітрі. Після нанесення вага пластинки становить 0,0574 г. Незначне збільшення ваги очевидно пов'язане з тим, що кобальт який осів на пластинку має добре розвинену поверхню, а тому трохи сорбує воду, що міститься в спирті, а також при промиванні пластинки водою після нанесення. На флюоресцентній рентгенограмі цієї пластинки (фіг. 3) сигнал кобальту значно більший, а ніж в досліді № 1 з водним розчином не зважаючи на те, що в водному розчині концентрація хлориду кобальту була в два рази більшою. Це свідчить про те, що в спиртовому розчині відновлення кобальту цинком проходить значно інтенсивніше. Але і в цьому випадку покриття цинкової 1 UA 100656 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 поверхні кобальтом не зовсім якісне. Це проявляється в тому, що воно не зовсім щільне. Спостерігаються ділянки цинкової поверхні не покриті кобальтом. Приклад 4. Нанесення кобальту на цинкову поверхню з спиртового розчину хлориду кобальту концентрації 0,05 мол/л. В реактор з електромішалкою помістили 4 мл спиртового розчину хлориду кобальту концентрації 0,05 мол/л і цинкову пластинку діаметром 9 мм, сумарною площею з двох сторін 2 1,27 см і масою 0,0594 г. На відміну від досліду № 3 в цьому досліді цинкова пластинка уже рухалася по кругу так як зі збільшенням концентрації розчину збільшилася його в'язкість. Нанесення кобальту тривало одну годину. Після нанесення пластинку промили водою, висушили фільтрувальним папером і на повітрі. Після нанесення вага пластинки стала 0,0599 г. Збільшення ваги як і в досліді № 3 пов'язане з сорбцією деякої кількості води, що пізніше буде підтверджено 14 спектрами. Отримане покриття чорного кольору, щільне і з доброю адгезією. Записана флюоресцентна рентгенограма (фіг. 4) свідчить про значну кількість кобальту що осів на цинкову пластинку. Приклад 5. Нанесення кобальту на цинкову поверхню з спиртового розчину хлориду кобальту концентрації 0,1 мол/л. В реактор з електромішалкою помістили 4 мл спиртового розчину хлориду кобальту концентрації 0,1 мол/л і цинкову пластинку діаметром 11 мм, загальною площею з двох сторін 2 1,9 см і масою 0,1524 г. Пластинка рухалась по кругу. Нанесення продовжувалося 1 год. Після нанесення пластинку промили водою, висушили фільтрувальним папером і на повітрі. Вага пластинки після нанесення 0,1523 г. Із приведеної на фіг. 5 флюоресцентної рентгенограми видно, що на цинковій поверхні находиться багато кобальту. Але недоліком цього досліду являється те, що велика кількість кобальту осівшого на цинкову поверхню обумовлює його осипання. Цим і пояснюється той факт, що в цьому досліді, на відміну від дослідів №№ 3-4 вага пластинки після нанесення менша, а ніж до нанесення. Таким чином, із трьох дослідів з різною концентрацією хлориду кобальту в спирті, найкраще покриття цинкової поверхні спостерігається для концентрації 0,05 мол/л (12,5 г. СоСl2•6Н2О в 1 л спирту). Використаний нами спосіб флюоресцентного рентгену для ідентифікації покриття на цинковій поверхні дає інформацію про той чи інший елемент незалежно від того, чи елемент знаходиться в вільному стані, чи в сполуці. Виходячи з цього потрібно було встановити, чи кобальт на цинковій поверхні знаходиться в елементарному стані, чи у вигляді яких-небудь сполук, наприклад, хлориду кобальту, використаного нами в якості вихідної речовини. Це можна було зробити за допомогою інфрачервоних (14) спектрів поглинання. З цією метою було знято кобальтове покриття з цинкової пластинки досліду № 5. ТЧ спектр був записаний в матриці із йодистого цезію (фіг. 6.1). Для порівняння на фіг. 6.2 приведений ІЧ-спектр хлориду кобальту (СоСl2•6Н2О), записаний також в матриці із йодистого цезію, на якому спостерігається добре -1 помітна смуга поглинання з частотою біля 300 см . На ІЧ-спектрі порошку, знятого з цинкової поверхні (фіг. 6.1) цієї смуги поглинання немає, що може свідчити про те, що покриття цинкової поверхні не містить хлориду кобальту, а це значить, що воно створене елементарним кобальтом, так як флюоресцентний рентген показує присутність кобальту. Це також підтверджується 14 спектром нагрітої до 400 С матриці із йодистого цезію з порошком покриття цинкової поверхні (фіг. 6.3) на якому спостерігаються смуги поглинання окислів кобальту: СоО -1 дає широку смугу поглинання біля 450 см , Со3О4 дає дві вузькі смуги поглинання з частотами -1 -1 570 і 660 см . Для Со2О3 спостерігається смуга поглинання з частотою 770 см . При нагріванні елементарний кобальт окислюється до його оксидів. Для порівняння приведені ІЧ-спектри поглинання стандартних препаратів Со3О4 (фіг. 6.4) і СоО (фіг. 6.5). Со2О3 в чистому стані не отриманий, а тому для нього стандартного спектру немає. На ІЧ-спектрі порошку кобальту, знятого з цинкової поверхні (фіг. 6.1) спостерігаються мало -1 інтенсивні смуги поглинання дня води (1400, 1600 см ). Це обумовлено тим, що покриття із елементарного кобальту має досить активну поверхню, а тому сорбує воду і з спирту і при промиванні водою. Результати дослідів зведені в таблицю, із якої видно, що найбільш якісне покриття цинкової поверхні можна отримати із спиртового розчину хлориду кобальту при його концентрації 0,05 мол/л. 2 UA 100656 U Таблиця № досліду Розчинник 1 2 3 4 5 5 10 15 20 25 30 вода вода ет. спирт ет. спирт ет. спирт Концентрація СоСl2•6Н2О мол/л 0,05 0,1 0,024 0,05 0,1 Час години нанесення 1 1 1 1 1 Якість покриття не якісне не якісне не якісне якісне не якісне Запропонований спосіб дає можливість отримувати якісне покриття цинкової поверхні кобальтом, яке може бути використаним в техніці (електроніка, каталізатори). Підписи до фігур заявки на корисну модель С.В.Волкова, M.I. Буряка, K.I.Арсеніна "Спосіб отримання кобальтового покриття цинкової поверхні» Фіг. І. Флюоресцентна рентгенограма кобальтового покриття цинкової поверхні, отриманого в нейтральному водному розчині з концентрацією кобальту 0,05 мол/л. Фіг. 2. Флюоресцентна рентгенограма кобальтового покриття цинкової поверхні, отриманого в нейтральному водному розчині з концентрацією кобальту 0,1 мол/л. Фіг. 3. Флюоресцентна рентгенограма кобальтового покриття цинкової поверхні, отриманого в нейтральному спиртовому розчині з концентрацією кобальту 0,024 мол/л. Фіг. 4. Флюоресцентна рентгенограма кобальтового покриття цинкової поверхні, отриманого в нейтральному спиртовому розчині з концентрацією кобальту 0,05 мол/л. Фіг. 5. Флюоресцентна рентгенограма кобальтового покриття цинкової поверхні, отриманого в нейтральному спиртовому розчині з концентрацією кобальту 0,1 мол/л. Фіг. 6. ІЧ-спектри: 1 - кобальтового покриття цинкової поверхні, отриманого в нейтральному спиртовому розчині з концентрацією кобальту 0,1 мол/л в матриці із йодистого цезію, 2 СоСl2•6Н2О в матриці із йодистого цезію (2 мг на 180 мг Csl), 3 - кобальтового покриття в матриці із Csl, нагрітого до 400 °C після запису ІЧ-спектру № 1,4- СО3О4 стандартний (2 мг на 180 мг CsT), 5 - СоО стандартний (2 мг на 180 мг CsІ). Джерела інформації: 1. Патент № 77362, Україна, 2006 р. Спосіб покриття поверхні матеріалів наночастинками платини. 2. Патент № 89136, Україна, 2009 р. Спосіб одержання покриття на нерозчинних оксидах і гідроксидах металів наночастинками благородних металів без використання спеціальних відновників. 3. Патент на корисну модель № 82861, Україна, 2013 р. Спосіб отримання змішаного хромово-цирконієвого покриття цинкової поверхні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб отримання кобальтового покриття цинкової поверхні, що полягає в відновленні кобальту з його хлориду (СоСl2•6Н2О), який відрізняється тим, що відновлення кобальту цинком відбувається в спиртовому розчині при концентрації кобальту 0,05 мол/л. 3 UA 100656 U 4 UA 100656 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5