Спосіб отримання марганцевого покриття цинкової поверхні

Реферат: UA 103150 U UA 103150 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології покриття різних матеріалів металами, а саме, до методів хімічного нанесення одних металів на поверхню інших і може бути використаною в технічних цілях, наприклад в електротехніці, або як каталізатори в різних хімічних процесах. На практиці для хімічного нанесення одних металів на інші краще використовувати водні розчини сполук металів, що наносяться [1,2]. Але із чистих водних розчинів не завжди можна отримати добре покриття. В таких випадках використовують різні добавки до них, які покращують покриття одних металів іншими. Найбільш близьким по технічній суті і отриманим результатам 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 марганець ні із водних розчинів, ні із водних розчинів, підкислених соляною, сірчаною, мурашиною кислотами, а також в присутності двох кислот сірчаної і мурашиної, сірчаної і щавлевої взагалі не відновлюється цинком, а тому не покриває цинкової поверхні. В основу корисної моделі поставлена задача підібрати такі добавки до водних розчинів сполук марганцю (МnСl2), які б сприяли відновленню марганцю цинком і марганець добре покривав цинкову поверхню. Поставлена задача вирішується тим, що як добавки до водного розчину хлориду марганцю використовується одночасно щавлева і мурашина кислоти. Суть запропонованого способу полягає в тому, що для нанесення марганцю на цинкову поверхню використовуються добавки щавлевої і мурашиної кислот певної концентрації, а саме 0,5 мл 0,2 мол/л щавлевої кислоти і 2 мл розчину мурашиної кислоти концентрації 1:1 на 2,5 мл розчину хлориду марганцю концентрації 0,1 мол/л. Якщо брати мурашиної кислоти менше чим 2 мл при загальному об'ємі 5 мл, то покриття марганцем цинку менш якісне. Мається на увазі його щільність. Якщо брати мурашиної кислоти більше чим 2 мл при загальному об'ємі 5 мл, то відчувається значний запах мурашиної кислоти. Що ж до щавлевої кислоти, то її концентрація 0,5 мл 0,2 мол/л при загальному об'ємі 5 мл найбільш сприятлива для осідання марганцю на цинкову поверхню. При меншій концентрації щавлевої кислоти осідання марганцю на цинкову поверхню зменшується. При більшій концентрації щавлевої кислоти спостерігається утворення оксалатів марганцю і цинку, що не бажано при отриманні марганцевого покриття. Роль щавлевої кислоти в тому, що вона забезпечує максимальне осідання марганцю на цинкову поверхню. Але текстура покриття цинкової поверхні не якісна, погана щільність. Мурашина кислота сама без щавлевої взагалі не сприяє відновленню марганцю цинком, але разом зі щавлевою кислотою вона сприяє більш якісній текстурі покриття. Мається на увазі його щільність. Таке покриття може бути використаним в різних технічних цілях. Були використані такі реактиви і обладнання. . Розчин хлориду марганцю (МnСl2 4Н2О) концентрації 0,1 мол/л, розчин щавлевої кислоти концентрації 0,2 мол/л, розчин мурашиної кислоти концентрації 1:1, соляна і сірчана кислоти, цинк рафінований, реактор з електромішалкою. Контроль за покриттям цинкової поверхні проводили флюоресцентним рентгеном на приладі ElwaX. Всі досліди проводилися при постійному об'ємі 5 мл. Час нанесення одна година. По закінченні досліду пластину промивали водою і сушили фільтрувальним папером і на повітрі. Приклад 1. Нанесення марганцю на цинкову поверхню в нейтральному середовищі. В реактор внесли 5 мл розчину хлориду марганцю і цинкову пластинку діаметром 9,5 мм, 2 площею з двох сторін 1,4 см і вагою 0,1039 г. Пластинка весь час знаходилася в рухомому стані. По закінченні досліду пластинка зовсім не змінилася. Ніякого покриття на ній не було. Вага залишалася незмінною, як і початковий блиск. Флюоресцентний рентген не було сенсу робити. В дослідах із розчинами хлориду марганцю підкисленими соляною і сірчаною кислотами також не спостерігалося відновлення марганцю, що було підтверджено флюоресцентним рентгеном. Приклад 2. Нанесення марганцю на цинкову поверхню в присутності щавлевої кислоти. В реактор було внесено 4,9 мл хлориду марганцю і 0,1 мл розчину щавлевої кислоти, 2 цинкову пластинку діаметром 10 мм і площею з двох сторін 1,57 см та вагою 0,0698 г. Флюоресцентна рентгенограма з цієї пластинки показала, що на ній марганцю немає (Фіг. 1). Аналогічний дослід був проведений з концентрацією щавлевої кислоти 0,2 мл. І в цьому випадку марганцю на флюоресцентній рентгенограмі не спостерігалося. Приклад 3. Нанесення марганцю на цинкову поверхню у водному розчині з більшою концентрацією щавлевої кислоти. Було взято 0,3 мл розчину щавлевої кислоти і 4,7 мл розчину хлориду марганцю, цинкову пластинку діаметром 9 мм і площею з двох сторін 1,27 см та вагою 0,0472 г. На флюоресцентній 1 UA 103150 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рентгенограмі уже спостерігається сигнал марганцю висотою 70 мм (Фіг. 2). В цих умовах уже має місце відновлення марганцю, який покриває цинкову пластинку. Марганець відновлюється по схемі: МnСl2+Zn=ZnCl2+Mn Цинк переходить в розчин, а марганець осідає на цинкову пластинку. Так як атомна вага цинку (65) більша за атомну вагу марганцю (55), то цинкова пластинка стає легшою (0,0441 г). Приклад 4. Нанесення марганцю на цинкову поверхню з розчину з більшою концентрацією щавлевої кислоти. Було взято 0,5 мл щавлевої кислоти і 4,5 мл розчину хлориду марганцю. В цей розчин була 2 внесена цинкова пластинка діаметром 10мм і площею з двох сторін 1,57 см та вагою 0,1246 г. З флюоресцентної рентгенограми (Фіг. 3) видно, що інтенсивність сигналу марганцю більша, ніж в досліді № 2 (80 мм). Після нанесення вага пластинки стала 0,1244 г. Приклад 5. Нанесення марганцю на цинкову поверхню з розчину з більшою концентрацією щавлевої кислоти. Було взято 0,7 мл розчину щавлевої кислоти і 4,3 мл розчину хлориду марганцю. В цей 2 розчин було внесено цинкову пластинку діаметром 8мм і площею з двох сторін 1 см та вагою 0,0512 г. Інтенсивність сигналу марганцю на флюоресцентній рентгенограмі 70 мм (Фіг. 4), така ж як і при концентрації щавлевої кислоти 0,3 мл. Вага пластини після нанесення становить 0,0511г. Були поставлені досліди і при більш високих концентраціях щавлевої кислоти аж до 2 мл. При цих концентраціях щавлевої кислоти інтенсивність сигналу марганцю приблизно така ж як і для концентрації 0,5 мл щавлевої кислоти. Але при цих концентраціях щавлевої кислоти має місце утворення оксалатів марганцю і цинку, які частково осідають на цинкову пластинку, що є не бажаним. Таким чином найбільш сприятлива концентрація щавлевої кислоти для отримання марганцевого покриття цинкової поверхні є 0,5 мл розчину щавлевої кислоти на загальний об'єм 5 мл розчину. Але покриття цинкової поверхні марганцем при цьому не зовсім якісне. Воно не щільне, що проявляється в прогалинах, на яких просвічується цинкова поверхня. Для покращення текстури марганцевого покриття цинкової поверхні ми використали добавки до працюючого розчину мурашиної кислоти при постійній концентрації щавлевої кислоти 0,5 мл і постійному об'ємі розчину 5 мл. Були використані такі добавки мурашиної кислоти: 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 1,5; 2 мл. В усіх випадках добавки мурашиної кислоти не впливають на інтенсивність сигналу марганцю. Але добавка мурашиної кислоти покращує текстуру покриття. Воно стає суцільним. Не спостерігається ділянок, непокритих марганцем. Чим більше додається мурашиної кислоти, тим краще покриття. Максимальна добавка мурашиної кислоти 2 мл. При більшій концентрації відчувається значний запах мурашиної кислоти. На Фіг. 5 показаний знімок чистої, непокритої марганцем, цинкової пластинки. На Фіг. 6 показаний знімок цинкової пластинки покритої марганцем в присутності щавлевої кислоти без добавки мурашиної кислоти. На цьому знімку видно ділянки світлого кольору, які не покриті марганцем. На Фіг. 7 показаний знімок цинкової пластинки, покритої марганцем в присутності щавлевої і мурашиної кислот. Як видно різниця велика. На цьому знімку немає ділянок цинкової поверхні, непокритих марганцем. Візуально видно, що вся цинкова пластинка щільно покрита марганцем. Не спостерігається ні однієї світлої ділянки. Треба відмітити, що знімок не є безапеляційним доказом якості покриття. Навіть на неякісно покритій пластинці можна знайти для знімку ділянки якісно покриті. На Фіг. 8 показана флюоресцентна рентгенограма марганцевого покриття цинкової поверхні, отриманого в присутності щавлевої (0,5 мл) і мурашиної (2 мл) кислот. Інтенсивність сигналу марганцю така як і у випадку відсутності мурашиної кислоти при тій же концентрації щавлевої кислоти (Фіг. 3). Отримане покриття цинкової поверхні марганцем може бути використаним в різних технічних цілях: електроніці або як каталізатори. Фіг. 1. Флюоресцентна рентгенограма цинкової поверхні після нанесення на неї марганцю з добавкою до його розчину (4,9 мл) 0,1 мл розчину щавлевої кислоти. Фіг. 2. Флюоресцентна рентгенограма цинкової поверхні після нанесення на неї марганцю з добавкою до його розчину(4,7 мл) 0,3 мл розчину щавлевої кислоти. Фіг. 3. Флюоресцентна рентгенограма цинкової поверхні після нанесення на неї марганцю з добавкою до його розчину (4,5 мл) 0,5 мл розчину щавлевої кислоти. Фіг. 4. Флюоресцентна рентгенограма цинкової поверхні після нанесення на неї марганцю з добавкою до його розчину (4,3 мл) 0,7 мл розчину щавлевої кислоти. Фіг. 5. Знімок поверхні цинкової пластинки, непокритої марганцем. Фіг. 6. Знімок цинкової поверхні, покритої марганцем з добавкою до його розчину (4,5 мл) 0,5 мл розчину щавлевої кислоти. 2 UA 103150 U 5 10 15 Фіг. 7. Знімок цинкової поверхні, покритої марганцем з його розчину (2,5 мл) з добавками 0,5 мл розчину щавлевої кислоти і 2 мл розчину мурашиної кислоти. Фіг. 8. Флюоресцентна рентгенограма цинкової поверхні після нанесення на неї марганцю з його розчину (2,5 мл) з добавками 0,5 мл розчину щавлевої кислоти і 2 мл розчину мурашиної кислоти. 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 Спосіб отримання марганцевого покриття цинкової поверхні, що полягає в відновленні марганцю з його хлориду (МnСl2·4Н2О), який відрізняється тим, що відновлення марганцю цинком відбувається в водному розчині з добавкою щавлевої і мурашиної кислот. 3 UA 103150 U 4 UA 103150 U 5 UA 103150 U Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 6