Способ амальгамирования металлов и сплавов, слабовзаимодействующих с ртутью

(71) Институт органического катали за и электрохимии АН Казахской ССР и Казахский политехнический институт им. В.И.Ленина(53) 621 793 31669.791 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании У 1049810,кл. С 7 В, опублик. 1962. Авторское свидетельство СССР В 840206, кл. С 25 0 3/34, 1979,3. Авторское свидетельство СССР У 496330, кл. С 23 С 1/ 10, 1973,4. Авторское свидетельство СССР У 185067, кл. С 22 С 7/00, 1966. ОДЕИконртутьюте,юп. У 1В.-С.С. Зарецкас,маров; Т.А.Курдюмов.Г.Бастина то уть перед гамированатрий диого створ ги н. растАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ С(54) (57) СПОСОБ АИАЛЬГАИИРОВАНИЯМЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, СЛАБОВЗАИИСТВУЮЩИХ С РТУТЬЮ, включающийтактирование их поверхности снаходящейся в водном электролнпри условии вццеления водородао т л и ч а ю щ и й с я тем,целью улучшения качества амалрованной поверхности, в ртпроведением процесса амальния вводят щелочной металлили литий, а в качестве воэлектролита берут 3-6 н. рароокиси натрия или 0,2-0,4вор гидроокиси лития,11333Изобретение относится к способам нанесения жидкометаллических покрытий на твердые подложки, в частности, к нанесению ртути на поверхность металлов и сплавов, слабо взаимо 5 действующих с ртутью, и может найти ,применение при производстве ртутных электрокоммутирующих изделий.Известен способ амальгамирования стальных или никелевых образцов пу тем катодной обработки в электролизере с раствором гидроокиси натрия и цианида ртути в течение 1-2 мин при плотности тока 330 мА/см, Образцы, на поверхности которых образуются мелкие капли ртути, промывают в воде или растворе слабоконцентрироваиной кислоты для удаления из ртути натрия. Катодную обработку н промывку повторяют до получения сплошной пленки ртути на поверхности образцаОднако этот способ не обеспечивает требуемое качество амальгамиро= ванной поверхности так, как при катодной обработке ртуть покрывает поверхность образца каплями, кроме того он малопроизводителен, так как для получения сплошной пленки ртути катодную обработку и промывку амальгамируемого изделия повторяют многократно.Известен способ амальгамирования металлов, обеспечивающий получение пленки ртути, прочно сцепленной с 35 основной, включающий катодную обработку в кислом электролите, содержа- щем сериокислую соль щелочного или щелочноземельного метапла (100150 г/л), сернокислую соль двухва- ф лвнтной ртути ( 14-30 г/л) и серную кислоту (50-100 г/л) . В качестве анода берут платину или другие благородные металлы (золото, серебро). Электролиз проводят при плотности тока 45 100-200 иА/смф в течение 40-60 мин.В процессе электролитического осаждения ртути на поверхности металла параллельньи процессом является выделение газообразного водорода. Обработка поверхности выцеляющимся водородом способствует улучшению условий сцепления осаждающейся ртути с поверхностью 1.2 1К недостаткам данного способа 55 относятся большая продолжительность процесса и высокий расход электроэнергии. Кроме того, он предусмат 11ривает применение драгоценных металлов в качестве анодов.Известен также способ, совмещающий одновременно два процесса: очистку металлической поверхности и ее амальгамирование, согласно которому процесс амальгамирования осуществляют на двух группах собранных контактронов, которые разделяют на пару электродов, погружают в раствор разбавленной соляной кислоты, подключают к источнику переменного тока и, не прекращая наложения переменного тока, в той же электролизной ванне обрабатывают отдельно каждую металлическую поверхность ртутью, При этом ртуть капиллярно растекается по металлической поверхности, образуя пленку амальгамы, затем электролит удаляют, а контактроны . промывают 3 3.В связи с тем, что в этом способе наложение переменного тока осуществляется в процессе амальгамирования металлической поверхности, то воздействию переменном току подвергается не только поверхность, подготавливаемая к амальгамированию, но и заамальгамированные электроды, При этом на заамальгамированном электр роде при протекании анодной части переменного тока происходит электро- химическое окисление ртути и образование малорастворимого в водной, хлоридной среде соединения - каломели (Нр С 1 ). При протекании катодной части переменного тока должно происходить выделение водорода на заамальгамированной поверхности, вследствие чего происходит защелачивание приэлектродного слоя, Взаимодействие ионов ртути, образовавшихся при прохождении анодной части переменного тока, с ОН -ионами, генерируемыми при нрохождении катодной части переменного тока, также приводит к обра-, зованию труднорастворимых гидроксоактивных соединений ртути. Таким образом, применение этого технического решения при амальгамировании металлов и сплавов с использованием переменного тока и одновременной обработке поверхности металлической ртутью приводит к образованию на заамальгаьярованной поверхности мало" растворимых и трудноудаляемых соединений ртути, что не позволяет получить качественную амальгамированную пленку.113333Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способамальгамирования металлов и сплавов,слабовзаимодействующих с ртутью,согласно которому процесс осуществляют при контактировании их поверхности с ртутью, находящейся в водномэлектролите, в частности в растворесоляной кислоты, при условии выделе Ония водорода, для чего в растворсоляной кислоты добавляют магний 4 .Однако известный способ не обеспечивает получение качественнойамальгаммы (по истечении некотороговремени потенциалы ааамальгамированых образцов становятся близки . кпотенциапам незаамальгамированныхобразцов). Это связано с тем, чтоактивация амальгамюруемой поверхности недостаточно надежна, так как водород выделяется во всем объемераствора, а на обработку поверхности(на ее активацию) идет лишь некоторая его часть. Низкое качество амаль-дгамы связано также со шламообразованием на поверхности ртути вследствие непрерывного растворения металлического магния и пересьщения раствора хлоридом и гидроокисью магния,Цель изобретения - улучшениекачества амальгамированной поверхности.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу амапьгамирования металлов и сплавов, слабо 35взаимодействующих с ртутью, включающему контактирование их поверхностис ртутью, находящейся в водном электролите, при условии выделения водо 40рода, в ртуть перед проведениемпроцесса амальгамирования вводят щелочной металл в .натрий или литий, ав качестве водного электролита берут 3-5 н, раствор гидроокиси натрияили 0,2-0,4 н. раствор гидроокиси45лития,Процесс амальгамирования изделий проводят следующим образом.Перед амальгамированием в ртуть 50 вводят щелочной металл, например электролизом. Для этого ртуть и вспомогательный электрод (анод) помещают в раствор гидроокиси натрия или гидроокиси лития. В качестве матернала анода используют никель или благородный металл, например платину.На электроды (руть и никель) на 11 4кладывают постоянный ток плотностью 100-300 мА/см 2 и процесс электролиза ведут в течение 1-3 мин. При электролизе на ртути вьщеляется щелочной металл, растворяющийся в ртути с образованием амальгамы щелочного металла.Изделия перед амальгамированием обезжиривают в четыреххлористом углероде в течение 4 мин. Химическиополируют при 80 С в растворе, содержащем, мп; НИОз (пл. 1,4) 60, Н ЯО+ (пл. 1,84) 20, Н Р 04(пл. 1,8) 20, СН СООН (пл, 1,065) 100, затем промывают водой и химически травят. в смеси кислот, содержащей, об,Х: Н РО+ (пл. 1,8) 60, НБО 4 (пл, 1,84) 25, ЙМО (пл. 1,42) 20 в течение 1 мин, а затем промывают водой.После этого изделия приводят .в соприкосновение через слой электролита: водного раствора гидроокиси натрия или лития с ртутью, содержащей растворенный щелочной металл. При этом на поверхности иэделия наблюдается бурное выделение водорода и смачивание поверхности ртутью, Выделяющийся при взаимодействии на металлической поверхности водород активирует ее, что повышает смачиваемость поверхности ртутью. Водород выделяется только на поверхности амальгамируемого иэделия, что обеспечивает более эффективную активацию поверхности, в то время как в известном способе газовьщеление протекает во всем объеме раствора и не обеспечивается достаточного контакта поверхности с водородом.Изделие погружают в ртуть постепенно соответственно скорости распределения амальгамы по его поверхности. Поскольку высокое качество амальгамированной поверхности в предлагаемом способе достигается вследствие очистки поверхности амальгаяируе"мого образца выделяющимся на нейводородом, то количество и скоростьгазовыделения могут служить косвенными характеристиками амальгамирования,Измерено количество вьщеленноговодорода (Ч, мп) во времени, ( 7,мин) на никелевой пластине (Бния металлического натрия во ртути.Концентрация натрия в амальгаме в обоих случаях 0,54 в 7,Результаты исследований представлены в табл, 1, 5 10 15 П р и м е р 3. Ртутный и нике левый электроды, причем ртуть является катодси, помещают в 4,0 н. раствор гидроокиси натрия, пропускают ток 300 мА/см в течение 5 мин. После электролиза подготовленную к ама 50 гамированиипластинку размером5 к 100,1 мм из сплава НиИо приводят в соприкосновение с амальгамой натрия, постепенно погружают пластинку в нее соответственно скорости 55 распространения амальгамы по ее поверхности и хранят ее под слоем ртути. Затем производят замер потенциаИз таблицы видно, что количество водорода, выделяющегося при использовании амальгамы, приготовленной электролизом 8 аОН и растворением металлического натрия, одинаково.П р и м е р 1. Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть является катодом, помещают в 3,0 н, раствор гидроокиси натрия, пропускают ток 100 мА/см в течение 1 мин. После электролиза подготовленное к амальгамированию изделие из никеля приводят в соприкосновение со ртутью, содержащей растворимый натрий, посте пенно погружают в него соответственно скорости распространения амальгамы на его поверхности, и хранят его под слоем ртути. Затем производят замер потенциала заамальгамирован ного изделия, который равен 0,020 В и близок к потенциалу ртутного электрода.П р и м е р 2. Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть является З 0 катодом, помещают в 6,0 н, раствор гидроокиси натрия, пропускают ток 200 мА/см в течение 3 мин. После электролиза подготовленное к амальгамированию изделие из сплава Ниво приводят в соприкосновение с амальгамой натрия, постепенно погружают иэделие в него соответственно скорости распространения амальгамы по его поверхности и хранят его под слоем ртути, Затем производят замер потенциала заамальгамированного изделия который равен 0,019 В и близок к потенциалу ртутного электрода. ла заамальгамированного изделия, который равен 0,018 В и близок к потенциалу ртутного электрода.П р и м е р 4, Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть являетсякатодом, помещают в 0,2 н. растворгидроокиси лития, пропускают ток100 мА/см. "в течение 3 мин. Послеэлектролиза подготовленную к амальгамированию пластинку размером5 к 10 к 0,1 мм из сплава 52 Н приводятв соприкосновение с амальгамой лития,постепенно погружают пластинку в неесоответственно скорости распространения амальгамы по ее поверхности ихранят ее под слоем ртути. Затемпроизводят замер потенциала заамальгамированного изделия, который равен0,021 В и близок к потенциалу ртутного электрода.П р и м е р 5, Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть являетсякатодом, помещают в 0,3 н. растворгидроокиси лития, пропускают ток100 мА/см в течение 1 мин, Послеэлектролиза подготовленную и амальгамированную пластинку размером5 к 10 к 0,1 мм из сплава 29 НК приводят в соприкосновение с амальгамойлития, постепенно погружают пластинкув нее соответственно скорости распространения амальгамы по ее поверхности и хранят ее под слоем ртути,Затем производят замер потенциалазаамальгамированного изделия, который равен 0,021 В и близок к потенциалу ртутного электрода,П р и и е р 6, Ртутный и никелевый электроды, причем ртуть является катодом, помещают в 0,4 н.раствор гидроокиси лития, пропускаютток 200 мА/см в течение 2 мин. После электролиза подготовленную камальгамированию пластинку размером5 х 100,1 мм из сплава нихром приводят в соприкосновение с амальгамойлития, постепенно погружают пластинку в нее соответственно скоростираспространения амальгамы по ее поверхности и хранят ее под слоем ртути. Затем производят замер потенциала заамальгамированного электрода,который равен 0,019,В и близок к потенциалу ртутного электрода.Результаты измерений потенциаловобразцов перед амальгамированием,а также после амальгамирования известным и предлагаемым способами приведены в табл. 2,1133311 7Сравнительный анапиз табл. 2 показывает, что после амальгамирования предлагаемым способом поверхность образца близка по. свойствам к поверхности ртутного электрода. 5 Таким образом, предлагаемый способ позволяет быстро и качественно амальгамировать металлические поверхности миниатюрных контактов в труднодоступных местах.Т а б л и ц а 1 Методы приготовления амальгамы Электрохимический 1ЧНмп мин ЧН, мп 4,2 4,0 7,5 8,1 0 0,5 Таблипа 2 МФ пп Материал Потенциал, В перед амаль гамировани осле амальгамиро- посл ания известным ва пособом сп О,0,02 0,02 0,276-0,483 Мо 0 О, 018 5 0,594 9 иВо Ртуть 0,020 Составитель Р.Ухлинова.ТехредЛ.Мартящова КорректорА.Ипьий дакто 7/26 Тирах 900 ПодпиВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д 45 92 о Патент Уаг ул. Проектная, 4 1 Никель2 Пермаллой (52 Н3 .Ковар (29 НК)4 Вихром е амальгамирония предпагаемькособом010,021