Влияние концентрации водородных ионов

Возможность совместного выделения водорода и металла определяется катодной поляризацией и перенапряжением водорода на катоде. Водород включается в осадок в форме химического соединения с металлом, твердого раствора или в виде адсорбированных на поверхности кристаллов атомов. Неравномерно распределяясь в металлическом осадке, водород вызывает пористость, отслаивание, искажает кристаллическую решетку, создавая внутренние напряжения и делая осадок хрупким.
Пузырьки газообразного водорода, задерживаясь на поверхности катода, препятствуют осаждению металла в этих местах, благодаря чему покрытие получается пористым. В зависимости от величины пузырька водорода и времени его нахождения на поверхности катода меняется глубина пористости. Точечные кратеры на поверхности катода называют питтингом.
Если поверхность катода хорошо смачивается, то пузырьки водорода легко отрываются, не успев достигнуть больших размеров и затормозить выделение металла в этом месте катода. Чем хуже смачивается поверхность катода, тем больше питтинг.
Для улучшения смачиваемости в электролит добавляют специальные смачивающие вещества, которые понижают поверхностное натяжение раствора и увеличивают смачиваемость металла катода. Такие вещества называются смачивающими или антипиттин-говыми добавками.
Основная причина выделения водорода на катоде совместно с металлом — низкое перенапряжение водорода. Для исключения или уменьшения водорода в катодном осадке условия электролиза должны обеспечить наибольшее перенапряжение водорода. Для этого необходимы повышение температуры, перемешивание электролита, поддержание определенного рН электролита.
Для каждого состава электролита характерны определенные оптимальные значения рН. Понижение рН в растворах простых солей электроотрицательных металлов повышает возможность выделения водорода , на катоде, повышает перенапряжение восстановления ионов металла, снижает выход металла по току. Для растворов простых солей положительных металлов понижение рН существенного значения не имеет. Повышение рН по сравнению с оптимальным значением в растворах простых солей вызывает образование гидроокиси, которая в больших количествах включаясь в осадок, ухудшает его качество, а включаясь в осадок в незначительных количествах, способствует образованию мелкозернистой структуры. В растворе комплексных солей некоторое повышение рН способствует образованию более сложных комплексных соединений, повышению катодной поляризации и образованию мелкокристаллической структуры. Включение в осадок больших количеств гидроокиси увеличивает хрупкость осадка. В растворах комплексных солей образование гидроокиси может происходить как при повышении, так и при понижении рН.
Для поддержания определенной кислотности в электролиты вводят буферирующие добавки в соответствии с рН электролита. Особенное значение эти добавки имеют в электролитах никелирования и цинкования из простых кислых электролитов.
Следует отметить, что рН в прикатодном слое часто отличается от рН основной массы электролита вследствие того, что ионы водорода, диффундирующие в прикатодное пространство, частично разряжаются совместно с металлом на катоде. Если ионов водорода, диффундирующих в прикатодное пространство, меньше, чем разряжающихся ионов водорода, то рН возрастает, прикатодный слой защелачивается. Если разряжающихся ионов водорода меньше, чем диффундирующих ионов, кислотность прикатодного пространства возрастает, рН уменьшается.
Высокая концентрация ионов основного металла, перемешивание и повышение температуры раствора снижают степень защелачивания прикатодного слоя.
Влияние органических добавок. Для получения более тонкой структуры в электролиты добавляют поверхностно-активные вещества. Действие поверхностно-активных веществ сводится в основном к повышению катодной поляризации. Это объясняется их адсорбцией на поверхности катода, благодаря которой происходит периодическое прекращение роста кристаллов на одних участках катода и возникновение новых центров кристаллизации на других. Если скорость адсорбции добавок превышает скорость осаждения металла, осадки могут получиться неравномерными и шероховатыми, а в случае выделения металла на пассивных участках катода — отслаивающимися.
Следует отметить, что количество и вид поверхностно-активных веществ специфичны для различных электролитов, и механизм их действия может несколько отличаться. Чаще всего поверхностно-активные вещества добавляют в кислые электролиты для получения блестящих осадков, выравнивающих микрорельеф поверхности катода.

Запись опубликована в рубрике Металлопокрытия в автомобилестроении. Добавьте в закладки постоянную ссылку.