КАТОДНІ ПРОЦЕСИ В РОЗЧИНАХ МЕТАНСУЛЬФОНАТІВ Fe(II)

Анотація

Проведена порівняльна оцінка електролітів нанесення покриттів залізом при ремонті зношених деталей машин в практиці ремонтного виробництва вказала на не повну відповідність показників покриттів залізом з існуючих електролітів вимогам, що висуваються до відновлених деталей техніки. Зокрема, основними недоліками хлоридних електролітів є їхня висока корозійна активність, а борфтористоводневих – значна екологічна небезпека. Сульфатні електроліти позбавлені цих недоліків, проте вони не дозволяють реалізувати високі густини струму внаслідок порівняно низької розчинності солей заліза. Перспективними є електроліти на основі органічних сульфокислот, в першу чергу на основі метансульфонової кислоти (МСК). Метилсульфонатні розчини є надзвичайно привабливими в сенсі використання їх при гальванообробці поверхонь конструкційних матеріалів. У водних розчинах метилсульфонат-аніон електрохімічно неактивний і хімічно стійкий. Солі метансульфонової кислоти мають високу розчинність у воді, а метилсульфонат-аніон відноситься до екологічно безпечних сполук. Це значно спрощує очистку стічних вод, зменшує вимоги до корозійної стійкості гальванічного обладнання та спрощує технологію. Однак, на теперішній час відсутні технології електрохімічного осадженню заліза та сплавів на його основі з метансульфонатних електролітів для відновлення деталей техніки. Дослідження, спрямовані на обґрунтування технологічних показників таких покриттів є актуальними. Для обґрунтування необхідної концентрації заліза (ІІ) метасульфонату в електролітах та визначення технологічних параметрів електрохімічного процесу осталення на основі водних розчинів метансульфонової кислоти проведені дослідження кінетики суміщених катодних процесів в діапазоні концентрації 0,5…2,0 моль·дм^–3 заліза (ІІ). Робочі розчини електролітів готувалися прямим травленням порошку заліза марки ПЖРВ2-200 розчином МСК. Отриманий розчин мав концентрацію заліза (ІІ) метасульфонату – 2,1 моль·дм^–3  та рН 1,6. В подальшому цей електроліт розбавлявся дистильованою водою до необхідної концентрації. Вольтамперні катодні залежності у досліджуваних розчинах на сталевому катоді показали значний вплив концентрації заліза (ІІ) метансульфонату на електрохімічні показники відновлення заліза. Так, підвищення концентрації заліза (ІІ) метансульфонату призводить до зниження катодного потенціалу. Це вказує на зростання концентрації Fe²⁺ у складі прикатодного шару, що позитивно впливає на перебіг цільового процесу – відновлення заліза і гальмує побічний процес – виділення водню. Для кожної концентрації Fe²⁺ визначено густини струму, за якими катодний процес лімітується електрохімічною стадією – відновлення Fe²⁺. Для оцінки впливу на катодний процес суміщеного виділення водню було досліджено вольт амперні характеристики катодного процесу у розчині 0,5 моль·дм^-3 заліза (ІІ) метансульфонату на мідному електроді. Тафелевська дільниця виділення заліза на мідному катоді характеризується низькою перенапругою близько 80 мВ та широким діапазоном густин струму – від 0,004 до 0,1 А·см^-2. Аналогічні показники для сталевого катоду в досліджуваному електроліті склали: перенапруга – близько 120 мВ, діапазон густин струму – від 0,001 до 0,01 А·см^-2. Наведені результати вказують на суттєвий негативний вплив суміщеної реакції виділення водню на осадження заліза з метансульфонового електроліту. Встановлено доцільність використання 2 моль·дм^-3 заліза (ІІ) метансульфонату для проведення подальших досліджень з розробки технологічних показників гальванічного осадження заліза. Саме така концентрація заліза (ІІ) метансульфонату дозволяє максимально гальмувати суміщений катодний процес – виділення водню.