Гальваническое покрытие магниевых сплавов

Малая плотность, высокая удельная прочность, хорошая обрабатываемость резанием и большие сырьевые ресурсы служат основанием к все большему применению магния и его сплавов в различных областях народного хозяйства.

Применение магниевых сплавов в качестве конструкционного материала позволяет существенно сократить массу изготовляемых деталей. Так, при замене алюминиевых сплавов она сокращается на 20—30%, а стали и чугуна — на 50—75%. С этой точки зрения целесообразно изготовлять из магниевых сплавов такие элементы конструкций, как картеры, маслосборники, корпусы станков, машин и электродвигателей, литые рамы, обшивку кузовов вагонов, педали и ручки управления, переносный, контрольный и измерительный инструмент и т. п. Магниевые сплавы обладают высокой способностью погашать энергию удара и вибрационных колебаний; детали, изготовленные из этих сплавов, при перегрузке могут подвергаться значительной пластической деформации. Это свойство магниевых сплавов особенно ценно при эксплуатации различных колес, шкивов, поршней, движущихся кареток, столов обрабатывающих станков и т. п.

Наиболее существенной причиной, сильно ограничивающей область применения магния и его сплавов, является плохое сопротивление коррозии из-за сильно электроотрицательных значений потенциала. В 3%-ном NaCl потенциал магния равен —1,4 В; в воде и в водных растворах большинства солей (за исключением фтористых) потенциал магния близок к этому значению и магний корродирует с выделением водорода. По этой причине интенсивность коррозии магниевых сплавов зависит от величины перенапряжения водорода на катодных участках. Сплавы магния с алюминием корродируют интенсивнее, чем чистый магний, так как перенапряжение водорода на твердом растворе Mg(Al) и интерметаллическом соединении Mg₃Al₂ значительно меньше, чем на чистом магнии. Кроме того, технический магний и технические магниевые сплавы содержат примеси тяжелых металлов (железа), обладающих низким значением перенапряжения водорода. Марганец, наоборот, заметно повышает сопротивление коррозии магниевых сплавов вследствие образования с нерастворившимися примесями железа интерметаллических соединений с высоким перенапряжением водорода. Поэтому все промышленные магниевые сплавы содержат в качестве легирующего компонента марганец.

Наиболее распространенный метод защиты от коррозии магниевых сплавов сводится к химическому или электрохимическому оксидированию, чаще с дополнительной окраской и смазкой. Эффект при этом достигается меньший, чем при анодировании алюминия. Что касается гальванического покрытия магниевых сплавов, то при этом существуют те же затруднения, что и при гальваническом покрытии алюминиевых сплавов — возникновение окисной пленки на поверхности магниевых изделий и сильно электроотрицательный потенциал магния. Оба эти обстоятельства препятствуют прочному сцеплению магния с гальваническими покрытиями.

Если при некоторых способах подготовки поверхности удается наносить непосредственно на алюминий прочно сцепленные гальванические покрытия, не прибегая к промежуточным слоям, то нанесение промежуточного тонкого слоя цинка на магниевые сплавы, по-видимому, обязательно, так как вследствие большой химической активности магний и его сплавы контактно вытесняют металлы из соответствующих электролитов, что препятствует прочному сцеплению между основой и гальваническим покрытием. Между тем в ряде случаев необходимо наносить гальванические покрытия для защиты магниевых изделий от механического износа, защитно-декоративных целей, облегчения процесса пайки и т. д.

Подготовка поверхности магниевых сплавов. Разработке технологии нанесения прочно сцепленных гальванических покрытий на магний и его сплавы, а также изучению коррозионной стойкости покрытого магния посвящен ряд исследований. Почти во всех этих исследованиях авторы исходили из необходимости предварительно удалять окисную пленку и наносить тонкий промежуточный слой цинка методом погружения в раствор пирофосфата цинка. Подготовленные таким образом магниевые изделия могут покрываться прочно сцепленным слоем меди из цианистого электролита. По верх меди можно осаждать никель, хром и другие металлы. Таким образом, основная задача заключается в нанесении прочно сцепленного медного слоя достаточной толщины.

Необходимо иметь в виду, что по своим химическим свойствам магний далеко не тождественен алюминию. В то время как алюминий интенсивно реагирует с растворами щелочей, образуя соответствующие комплексы, магний в щелочах не растворяется. Поэтому широко распространенный цинкатный метод подготовки поверхности алюминия совершенно не применим для подготовки магния и его сплавов. Магний практически не реагирует с фтористыми соединениями которые часто вводят в травильные и другие растворы с целью замедления скорости реакции.

Перед покрытием магний катодно обезжиривают в растворе, содержащем 15 г/л NaOH и 25 г/л Na₂CO₃.

Травление. После обезжиривания образцы тщательно промывают в проточной воде и травят для удаления окисной пленки. Для травления магния предложен ряд растворов. Литейные магниевые сплавы рекомендуется погружать на 0,25—3 мин при комнатной температуре в один из следующих растворов:
1)       CrO₃, г/л.......280
HNO₃ (плотность 1,4), мл/л         25
HF (плотность 1,5), мл/л .  8
2)       H₃PO₄ (85%-ная)
Для деформируемых магниевых сплавов рекомендуется погружение при комнатной температуре на 0,5—2 мин в раствор следующего состава, г/л:
CrO₃........ 180
NaNO₃....... 30
СаF2........ 25
Для травления магниевых изделий при сохранении их размеров рекомендуется погружение на 2—10 мин (в зависимости от состояния поверхности и требуемой чистоты) в раствор, содержащий 180 г/л CrO₃.

Активирование. Перед погружением в раствор для контактного цинкования поверхность магниевых изделий должна быть свободна даже от тончайших пленок. Для этой цели протравленные и промытые изделия дополнительно погружают на короткое время в раствор фосфорной кислоты в присутствии ингибитора — фторидов щелочных металлов или аммония.

Было установлено, что лучшее сцепление достигается после обработки в растворе для активирования состава: 250 мл/л H₃PO₄ (85%-ной), 100 г/л NaHF2 или KHF2. Температура комнатная, продолжительность выдержки 2 мин; при более длительной выдержке сцепление ухудшается.

Контактное цинкование. При определенном значении рН окислы и гидроокись растворяются в пирофосфате натрия, а при нахождении в растворе пирофосфата натрия ионов цинка магний вытесняет цинк и покрывается плотной цинковой пленкой. Плотная цинковая пленка на магнии значительно толще аналогичной пленки на алюминии, вытесняемой из цинкатного раствора Контактное цинкование осуществляется при температуре 85—90°С в течение 7—9 мин в растворе состава: 45 г/л ZnSO₄·7H₂O, 210 г/л Na₄P₂O₇ и 5 г/л Na₂CO₃. По контактно вытесненному цинковому слою толщиной около 3 мкм наносят, если нужно, слои никеля и хрома. Для электролитического меднения рекомендуется следующий состав и режим электролиза: 41,3 г/л CuCN; 51,0 г/л NaCNобщ; 30,0 г/л Na₂CO₃; 45,0 г/л KNaC₄H₄O₆·4H₂O; 7,5 г/л NaOH; 5,6 г/л NaCNсвоб.

Режим электролиза следующий: температура 65—70° С, рН=12,2÷12,8, плотность тока поддерживается первые 30—60 с около 4 А/дм², а затем снижается до 1,0—2,0 А/дм². Изделия завешиваются под током. На изделиях простой формы можно после доведения толщины до 5 мкм продолжать наращивание меди в обычных кислых электролитах.

Омедненные изделия можно подвергать никелированию в электролите следующего состава: 60 г/л NiSO₄·7H₂O; 35 г/л H₃ВO₃; 65 г/л NH₄F (или 50 г/л NH₄F·HF); 0,05 г/л смачивающего вещества; рН = 5,5; температура 45—50° С; плотность тока 5—15 А/дм².

После меднения и никелирования образцы полируют и из обычного электролита (350 г/л CrO₃, 3,5 г/л H₂SO₄) при температуре 50—55° С и плотности тока 25—30 А/дм² наносят слой хрома толщиной 1—2 мкм.