Покрытия кобальтом и его сплавами.

По коррозионной стойкости кобальтовые покрытия практически не отличаются от никелевых, но их стойкость к истиранию значительно больше, чем последних. Ввиду высокой стоимости, кобальтовые покрытия для антикоррозионных целей не применяют, а используют при изготовлении рефлекторов, зеркал, ювелирных изделий.

Кобальтовые покрытия могут быть осаждены из сернокислых, хлоридных, сульфаминовых, фторидных и других электролитов (в г/л):

1. CoSO₄•7H₂O 450-500

NaCl 15-20

Н₃ВО₃ 40-45

Режим электролиза: температура электролита 20-40 °С. i_к= 4÷10

А/дм², η_к =95 ÷ 100%.

2. СоСl₂•6Н₂O 300-400

H₃BO₃ 30-45

НС1 До рН = 2,3 ÷ 4,0

Режим электролиза: температура электролита 55-70 °С. i_к = 5,0 ÷6,5 А/дм², η_к= 86÷ 98%.

3. Co(SO₃NH₂)₂ 250-260

Н₃ВО₃ 30-35

NaF 4-5

Режим электролиза: температура электролита 25°С, i_к = 3 ÷ 12 А/дм², рН = 5,2, η_к = 60 ÷ 100%, перемешивание умеренное.

В большинстве случаев кобальт осаждают из сульфатных электролитов. Для этой цели применяют электролит (в г/л):

CoSO₄ 300-500

Н₃ВO₃ 40-45

NaCl 15-20

Режим электролиза: температура электролита 40 ± 5°С, i_к = 4 ÷ 6 А/дм², аноды — из кобальта по ГОСТ 123 - 67, η_к = 95 ÷ 98%.

Для ускоренного кобальтирования используют электролит (в г/л):

CoSO₄ 280-320

Муравьиная кислота 64 — 66

Муравьинокислый натрий 39 — 42

Сернокислый натрий 70 — 75 Сернокислый аммоний 3 — 4

Режим электролиза: температура электролита 90-95 °С, i_к = 10 ÷ 15 А/дм²; анод — из свинца, рН = 2,0 ÷2,5. Скорость осаждения 25 — 30 мкм/мин. Микротвердость покрытия ~ 600-750 кгс/мм². Микроструктура кобальтовых покрытий представлена на рис. 34.

Рис. 34. Микроструктура кобальтового покрытия (i_к = 15 А/дм²)

С повышением температуры (t> 70°С) облегчается катодный процесс, так как происходит активирование поверхности из-за увеличения скорости растворения или разрушения адсорбционных окисных слоев, обусловливающих самопассивирование кобальта. Чем выше i_к, тем больше сплошность покрытия. Но при низких температурах (20 —30°С) с увеличением i_к происходит рост кристаллов. Это объясняется уменьшением ингибирующего действия водорода. Об этом свидетельствует как увеличение η_к, так и резкое уменьшение содержания водорода в осадках. Микротвердость покрытий с повышением темпера туры значительно снижается (от 450 при 25 °С до 200 кгс/мм² при 40 °С), но повышается их пластичность (в сернокислом электролите).

С увеличением i_к ориентация кристаллов меняется. Так, при i_к= 15 мА/см² имеем плоскость 1010, а при i_к = 50 мА/см² плоскость 0001. В сульфатных электролитах возможно соосаждение Со(ОН)₂ на катоде.

Для блестящего кобальтирования применяют электролит (в г/л):

CoSO₄ 180-200

CH₃COONH₄ 30-35

СН₃СООН 1

Формальдегид 3

3CdSO₄•8H₂O 0,2

Режим электролиза: температура электролита 25-40 °С, i_к = 3÷6 А/дм². Электролиз в большинстве случаев ведут с использованием литых кобальтовых анодов. Состав литых анодов: Со > 98%, Ni < 0,75%, F < 1,4%, S < 0,04%, С < 0,06%, Р < 0,007%, Si < 0,07%.

Ионы никеля, меди, железа, марганца не мешают электролизу, a Cd > 1 мг/л, As > 3, Sb > 10 и Hg > 1 мг/л являются вредными примесями. Указанные примеси удаляют с помощью H₂S при рН = 4 путем кристаллизации и осаждения.

Сплав кобальт — вольфрам применяют в качестве жаростойких, коррозионно-стойких и магнитно-жестких покрытий. Для осаждения сплава, содержащего менее 50% W, используют электролит (в г/л):

CoSO₄ 15

Na₂WO₄ 100

Аммоний лимоннокислый 35 — 50

Режим электролиза: температура электролита 20-40°С, i_к = 0,5 ÷ 1,0 А/дм², аноды раздельные из вольфрама и кобальта или из платины.

Введение CoSO₄ в электролит с Na₂WO₄ приводит к сдвигу поляризации в сторону положительных значений. При совместном разряде Со и W (рис. 35) имеет место деполяризация для обоих компонентов. С повышением температуры катодная поляризация резко уменьшается. С увеличением i_к выход по току падает в результате возрастания скорости выделения водорода на катоде, а повышение температуры ведет к росту η_к. Содержание вольфрама в сплаве мало зависит от i_к. Внешний вид и структура покрытия в первую очередь зависят от температуры электролита. Так, при 40 —60°С они плотные и блестящие, а при 20°С — серого цвета и без блеска. Сплав Со — W имеет гетерогенную структуру, состоящую из ε-твердого раствора вольфрама в кобальте и химического соединения Co₃W. Последняя фаза имеет гексагональную решетку с параметрами а = 5,130 Å, с=4,13 Å, что вполне согласуется с диаграммой состояния системы Со — W.

Рис. 35. Кривые суммарной (1) и парциальных поляризации восстановления ионов Н⁺ (2), Со²⁺ (3) и WO²⁺₄ (4) при 40°С

Рис. 36. Кривые катодной поляризации в электролите, содержащем цитрат аммония (40 г/л) и пирофосфат натрия (25 г/л): 1 - меди (0,455 г/л); 2 - меди (0,455 г/л) и кобальта (4,55 г/л); 3 — кобальта (4,55 г/л)

Петр Степанович Мельников. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении, 1979.