Составы применяемых растворов и электролитов гальвани­ческих ванн контролируются методами химического и физико-химического анализов, периодичность которых регламентируется технической документацией. Однако некоторые из компонентов электролитов, например блескообразующие добавки, не подда­ются аналитическому определению или методики их анализа очень сложны и плохо воспроизводимы, поэтому возникает потреб­ность более оперативного решения вопросов, связанных с коррек­тировкой растворов по этим добавкам. В производственной прак­тике часто встречается также необходимость хотя бы прибли­женной оценки тех изменений, которые произошли в составе

растворов средствами технологического контроля в условиях цеховой лаборатории или небольшого экспериментального участка.

Ниже приведены некоторые рекомендации по методам техно­логического контроля растворов.

Контроль кислотности растворов. Кислотность растворов, выраженная величиной рН, должна контролироваться для неко­торых электролитов ежедневно и осуществляется или с помощью индикаторной бумаги или электрохимическими способами с при­менением рН-метров.

Наибольшей популярностью пользуется набор индикаторных бумажных полосок, пропитанных составами марок «Рифан», «Конго» и др., меняющими свой цвет в определенных интервала ве­личины рН. Более точные резуль­таты определения рН достигаются при использовании приборов рН-метров. В комплект прибора входит набор электродов, в том числе наи­более употребительный стеклянный электрод. Показания электродов пе­риодически проверяются по буферным растворам, состав которых приво­дится в инструкциях, прилагаемых к приборам.

Контроль  с   помощью   электро­лизной    ячейки    Хэлла.    Контроль электролитов с помощью ячейки Хэлла является простейшим и в то же время при некотором навыке его применения надежным способом оценки свойств электролитов. Ячейка Хэлла представ­ляет собой электролизер, одна из конструкций которого представ­лена на рис. 24. Емкости электролизеров от 250 до 1000 мл. Ано­дом служит металлическая пластинка из того же металла, кото­рый применен в гальванической ванне, катодом — отполирован­ная с двух сторон латунная пластинка размером 120 мм, которая помещается на расстоянии 2 мм от стенки электролизера. Элек­тролизер подключается к источнику постоянного тока с плавной регулировкой силы тока.

Катодная пластинка, хорошо обезжиренная и активированная, погружается в электролит и на пластину подается ток от 1 до 5 А в зависимости от режимов, рекомендованных для данного элек­тролита. Вследствие того, что различные участки пластины нахо­дятся на разном расстоянии от анода, на них устанавливается различная плотность тока. Электролиз ведут в течение 10—30 мин, после чего пластинку извлекают, промывают, обсушивают филь­тровальной бумагой и производят визуальную оценку качества покрытия на различных участках ее поверхности, определяя, в каких интервалах плотности тока образуются, например, бле-

стящие покрытия или покрытия с «подгарами». Для правильного использования ячейки вначале производят с ее помощью иссле­дование свежеприготовленного электролита рабочей ванны, обе­спечивающего хорошее качество покрытий на деталях. При этом фиксируют особенности электроосаждения во всех зонах катодной пластинки. По мере эксплуатации электролита отмечают откло­нения в качестве покрытий на различных зонах и определяют способы корректирования электролита. Примером эффективного использования ячейки Хэлла для исследования свойств электро­лита блестящего никелирования может служить информация Б. И. Штейна, опубликованная в журнале «Технология и, орга­низация производства» 1987 г., № 2.

Другим примером можно назвать исследование электролита для осаждения сплава олово—свинец, которое позволяет устано­вить недостаток добавки ДС-10 (см. п. 14, электролит № 3), если обратная сторона катодной пластинки имеет непокрытые участки и недостаток ДС-натрия, если на лицевой стороне наблюдаются набросы — «подгары».

Ячейка Хэлла может служить отличным инструментом кон­троля вводимых в электролиты добавок ПАВ, солей металлов, комплексообразователей и т. п. Перед тем, как вводить в рабочую ванну тот или иной компоненты, целесообразно проверить его качество и результаты его введения в ячейку Хэлла.

Определение выхода по току. Используя лабораторный электро­лизер объемом 1—5 л, можно определить выход по току (катод­ный) при любой, интересующей технолога плотности тока. Для этого последовательно с электролизером подключается кулометр для определения количества прошедшего электричества в куло­нах или ампер-часах. В электролизер с испытуемым электролитом загружается катодная пластинка в виде диска из латуни, взвешен­ная до электролиза с точностью до четвертого знака. Электролиз ведется при установленных режимах по току. Время выдержки устанавливается 20—45 мин. По окончании электролиза плас­тинка снова взвешивается и определяется привес метода Р_м в граммах.

В качестве кулометра можно использовать другой электролизер, в котором на латунную катодную пластинку осаждается медь из кислого электролита (состав № 1 по табл. 103). Взвеши­ванием катодной пластинки до и после электролиза определяется привес меди и количество прошедшего электричества Q рассчи­тывают по формуле

Q = Р_Cu/K_Cu,

где K_Cu — электрохимический эквивалент меди, K_Cu = 1,186 г/(А∙ч); Р_Cu — привес меди в кулометре, ч; Q — коли­чество электричества, А∙ч.

Выход по току рассчитывается как отношение

,

где Р_м — вес осажденного металла, г; K_м — электрохимический эквивалент металла, г/(А∙ч); Q — количество прошедшего элек­тричества, А∙ч.

Знание выхода по току позволяет уточнить режимы электро­осаждения для получения покрытия заданной толщины; опреде­лить характер изменений в составе электролита, например, содер­жание свободного цианида; определить условия достижения мак­симальной скорости электроосаждения.

Гравикулонометрический метод определения состава осаждае­мого сплава. Вышеприведенная методика определения выхода по току может быть использована для определения состава осаждае­мого сплава, если процесс протекает при выходе по току, близком к 100%. Применение данного метода рассмотрим на примере электроосаждения сплава олово—свинец, определив, как ука­зано выше, вес выделившегося на катоде сплава Р и количество прошедшего электричества Q. Количество электричества, затра­ченного на осаждение олова (Q_Sn) и свинца (Q_Pb), суммарно равно

Q = Q_Sn + Q_Pb.

Но Q_Sn = P_Sn/K_Sn; Q_Pb = P_Pb/K_Pb,

где K_Sn, K_Pb — электрохимические эквиваленты олова и свинца.

Таким образом,

Обозначив массовую долю олова в сплаве n, получим P_Sn = nР, а Р_Pb = (1–n)∙P. Следовательно,

Решая это уравнение относительно n, получаем

.

Подставляя в это равенство значения электрохимических эквивалентов олова K_Sn = 2,214 г/(А∙ч) и свинца K_Pb = 3,865 г/(А∙ч), определяем массовую долю олова по соотно­шению

n = 0,1829Q/P – 1,3410

Приведенное Г. И. Соркиным сопоставление данных химиче­ского и гравикулонометрического методов показало хорошее сов­падение результатов. Таким образом, зная вес катодного осадка сплава (Pb) и количество прошедшего электричества в амперчасах, легко определить состав сплава.

Определение отношения концентраций хромового ангидрида к серной кислоте в электролите хромирования. Основным фактором, влияющим на характер процесса хромирования, является отно­шение концентраций CrO₃ : H₂SO₄ в электролите, которое должно

находиться в пределах 80—120. Это отношение можно с достаточ­ной для производства точностью определить способом электролиза следующим образом: в фарфоровый или стеклянный стакан (500—1000 мл) заливается электролит ванны хромирования. В стакан вставляется цилиндрический свинцовый анод толщиной 1,5—3,0 мм, окружность которого на несколько миллиметров меньше окружно­сти стакана. Катодом служит полированный латунный цилиндр диаметром 20 мм и дли­ной 40 мм, расположенный по центру.

Отношение поверхности S_a : S_к не яв­ляется критичным и допускается в пределах от 2:1 до 5:1. Электролизер включается в цепь постоянного тока с очень плавной ре­гулировкой его силы. Наибольшая плавность обеспечивается, когда электролизер подклю­чается к источнику тока через сопротивле­ние потенциометрически, как показано на рис. 25. После загрузки катода устанавли­вается ток из расчета катодной плотности тока 0,2—0,5 А/дм². Затем, увеличивая силу тока, наблюдают за ростом напряжения на клеммах электролизера. При некоторой плот­ности тока происходит скачок напряжения и некоторое падение силы тока. Плотность тока, при которой произошло это явление, фиксируется как критическая; ее величина зависит от соотношения концентра­ций СrО₃ : H₂SO₄. Отмечается линейная зависимость этих вели­чин, что дает возможность опреде­лить отношение концентраций СrО₃ : H₂SO₄, проведя электролиз испы­туемого электролита, и по графику зависимости критической плотности тока от отношения концентраций CrO₃ : H₂SO₄ определить эту вели­чину для исследуемого электролита. На рис. 26 представлен характер за­висимости указанных величин.

Для внедрения данного метода необходимо иметь 2—3 варианта электролитов с известным соотноше­нием концентрации СrO₃ : H₂SO₄ (например, 120:1, 100:1, 60:1). Выполнить электролиз с каждым электролитом и выявить критическую плотность тока для каждого варианта. Затем нанести эти точки на график, соединив их прямой, как показано на рис. 26.

По оси абсцисс можно откладывать плотность тока или силу тока,  это не имеет  значения.  Учитывая, что катодная поверх-

ность   всегда  одна и та  же,   удобнее  пользоваться   величиной силы тока.

Контроль электролитов по их влиянию на внутренние напря­жения в покрытиях. Для некоторых функциональных покрытий весьма важным показателем является возрастание внутренних напряжений покрытий, так как они влияют на эксплуатационные качества изделий, например, на изменение магнитных свойств в покрытии железо—никель.

Внутренние напряжения в покрытии можно оценивать по деформации гибкого катода в процессе осаждения покрытия. Для этого катод в виде стальной пластинки толщиной 0,1—0,2мм, длиной несколько сантиметров изолируют с одной стороны лаком, устойчивым в данном электролите. Катод закрепляют в электроли­зере прямоугольного сечения таким образом, чтобы к аноду была обращена сторона, не покрытая лаком (анод завешивается с одной стороны).

В процессе электролиза пластинка может начать изгибаться в ту или иную сторону по отношению к аноду. Измеряя после электролиза величину прогиба, оценивают внутренние напряжения по характеру (напряжения растяжения или сжатия) и их относительную величину. Используя данный способ, можно определить количество специальных добавок в электролит, которые снижают внутренние напряжения. Например, вводят лаурилсульфат натрия в электролиты никелирования или электролиты для осаждения сплавов на основе никеля. При введении лаурилсульфата натрия в большем количестве, чем то, при котором изгиб катода прекра­тился, наблюдается изменение характера напряжений, т. е. пере­ход от напряжений растяжения к напряжениям сжатия.