Нанесение гальванических покрытий



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Нанесение гальванических покрытий



Электролитические процессы (электролиз) используются для нанесения металлических покрытий с целью защиты от коррозии, в ремонтном деле (например, железнение коленчатых валов тракторов и автомобилей), для придания изделиям декоративного внешнего вида и др.

Слою наносимого покрытия можно придать рыхлость, чтобы в поры попадала смазка, и тогда, трущаяся пара - более долговечна; либо, в необходимых случаях – высокую твердость и плотность. Покрытие детали может производиться сплавом из нескольких металлов.

Гальванические покрытия получают путем электролитического осаждения металлов из растворов соответствующих солей. Покрываемую деталь соединяют с катодом внешнего источника постоянного тока, а металл, которым покрывают, делают анодом (электролиз с растворимым анодом). В качестве электролита используют раствор соли, ион металла которой одинаков с материалом анода.

Гальванические покрытия применяют в основном для защиты от коррозии железа и углеродистых сталей. Наибольшее распространение получили покрытия цинком (анодное покрытие, т.к. φoZn /Zn < φoFe /Fe), почти 40% мирового производства цинка используется для нанесения покрытий. Цинковые покрытия устойчивы в атмосфере, загрязненной агрессивными газами. В воде цинковые покрытия мало устойчивы. Кадмиевые покрытия (катодное покрытие, т.к. φoCd /Cd > φoFe /Fe), более устойчивы в морской воде, чем цинковые, и они применяются также для защиты от коррозии напряженных, закаленных изделий (например, стальные пружины), так как хрупкость кадмированных изделий меньше, чем покрытых цинком. Для усиления защитных свойств цинковые и кадмиевые покрытия обрабатывают растворами хромата и бихромата калия (химическое покрытие). При этом на поверхности покрытия образуется тонкая радужная пленка хромата цинка или кадмия, увеличивающая защитные свойства покрытия. Толщина покрытия составляет обычно 10-30мк.

Для защиты от коррозии пищевой и консервной тары широко применяют оловянные (луженое) покрытия. Олово имеет большее значение стандартного электродного потенциала (φoSn /Sn = -0,14B), чем железо (φoFe /Fe = -0,44B), и при наличии пор в покрытии не защищает железо (сталь) от коррозии. Однако в растворах органических кислот (фруктовые соки, молочнокислые продукты) олово образует прочные комплексные ионы и приобретает более отрицательный потенциал, чем железо, являясь по отношению к нему анодом в коррозионной гальванической паре. Поэтому внутренняя поверхность стальной консервной тары, покрытая тонким слоем (5-10мк) олова, на длительное время электрохимически защищена от коррозии.

Защитные покрытия должны удовлетворять ряду требований: должно быть сплошным, прочно держаться на металлической основе. Для этого необходима тщательная предварительная подготовка: поверхность покрываемого металла должна иметь ровную поверхность и быть очищена от жира, ржавчины, окалины и других загрязнений. Для этой цели детали перед гальванизацией моют, обезжиривают и сушат. Затем протравливают в кислоте, чтобы удалить оксидные пленки, либо декапируют – на некоторое время делают анодом в растворе электролита. И лишь после этого приступают к покрытию детали.

Условия гальванизации очень жестки: должна обеспечиваться постоянная концентрация ионов металла в растворе, хорошая электропроводимость электролита, постоянная кислотность среды (рН), строго определенная температура и плотность тока (А/дм2).

Цель работы

Получить металлическое защитное покрытие на стальной пластине

Опыт 1. Цинкование

Выполнение опыта

Собрать электролитическую установку по следующей схеме:

 

1 – электролитическая ячейка;

2 – клеммы электродов;

3 – тумблер – выключатель;

4 – батарея аккумуляторов;

R – реостат;

- вольтметр;

 

- амперметр;

Схема 17.1. Электролитическая установка

 

Электролитическая ячейка представляет собой батарейный стакан с электролитом и электродами.

Батарейный стакан заполнить на 3/4 его объема электролитом следующего

состава: ZnSO4 7H2O – 215г/дм3, Al(SO4)3 18H2O – 30г/дм3, Na2SO4 10H2O – 80 г/дм3. Роль сульфата алюминия – поддержание постоянной величины рН, сульфата натрия – увеличение электропроводности электролита.

Режим гальванизации: температура электролита – 18-20°С; рН=3,5÷4,4; плотность катодного тока ЈК= 1-2А/дм2. Продолжительность электролиза 15-20 минут.

Исходя из плотности катодного тока и площади катода (покрываемой детали), необходимо рассчитать силу тока в цепи. Получение необходимой силы тока в цепи добиться посредством реостата, увеличивая или уменьшая им внешнее сопротивление. Силу тока в цепи контролировать по амперметру.

Пример расчета силы тока

I

Ј = ----,(17.1)

S

где I – сила тока, А; S – площадь поверхности образца, дм2, Ј – плотность тока, А/дм2.

Если катод имеет форму пластинки размером 5х1,5 см, то его площадь составит 5х1,5х2 = 15см2 или 0,15дм2. При выбранной плотности тока 2 А/дм2, сила тока I составит: I = 0,15х2 = 0,30 А.

В качестве анода используется цинковая пластинка, в качестве катода – железная.

Перед нанесением покрытия железную пластинку обработать наждачной бумагой (следующая операция – шлифование – опускается). Обезжирить влажной смесью: мел + сода (Na2CO3), используя тряпку или щетку. Промыть под краном водопроводной водой, высушить тканью или промокательной бумагой. Затем протереть ватой, смоченной в ацетоне (под вытяжнымшкафом!). После деталь протравить (удалить тонкие оксидные пленки) в серной кислоте с массовой долей 25% в течение 5 секунд. Закончив травление, деталь вынуть, дать стечь серной кислоте до состояния, когда невозможно падение капли, и лишь после этого внести в электролит и закрепить.

Тщательная предварительная подготовка поверхности детали (очистка от жира, ржавчины, окалины и других загрязнений) необходима для того, чтобы покрытие имело хорошее сцепление с основой (адгезионное взаимодействие).

После окончания электролиза покрытый цинком образец промыть холодной водой, высушить фильтровальной бумагой.

Наблюдения и выводы

1.Написать уравнения катодного и анодного процессов, происходящих при цинковании.

2. Отметить характер полученного покрытия.

3. Рассчитать толщину покрытия для опытов 1, 2 и 3 по формуле:

 

I τ Mэ(Ме) 10

h = --------------------- ,(17.2)

d (Me) F S

 

где h - толщина покрытия, мм;

τ - время, с;

Мэ(Ме) - молярная масса эквивалента металла, г/моль;

 

М(Ме)

Мэ(Ме) =-----------,(17.3)

n

 

где М (Ме) - молярная масса металла, г/моль;

n - валентность металла;

d(Me) - плотность металла, г/см3 : dZn = 7,13г/см3; dNi = 8,91г/см3; dCu = 8,96г/см3.

I - cила тока, А;

S - площадь поверхности катода, см2;

F - постоянная Фарадея (96500 А с/моль).

Опыт 2. Никелирование

Выполнение опыта

Собрать электролитическую ячейку по схеме 17.1 опыта 1. Стакан заполнить на ¾ его объема электролитом следующего состава: NiSO4 7H2O – 150г/дм3, NaCl – 15г/дм3, Н3ВО3 – 25г/дм3. Хлорид натрия служит для увеличения электропроводности. Борная кислота – для поддержания определенной реакции среды (рН).

Анод – никелевая пластинка, катод – железная пластинка.

Режим гальванизации: температура электролита 20 - 30оС; рН=5,3-5,5; плотность тока 2А/дм2 .Продолжительность электролиза – 20 минут.

Перед нанесением покрытия железную пластинку обработать по опыту 1.

Наблюдения и выводы

1.Написать уравнения катодного и анодного процессов, происходящих при никелировании.

2. Отметить характер полученного покрытия.

3. Рассчитать толщину покрытия (по опыту 1).

Опыт 3. Меднение

Выполнение опыта

Собрать электролитическую ячейку по схеме 17.1 опыта 1. Стакан заполнить на ¾ его объема электролитом следующего состава: CuSO4 5H2O – 200г/л; H2SO4 –50г/л. Серная кислота добавляется для создания реакции среды (рН) и увеличения электропроводности электролита.

Анод – медная пластинка, катод – железная пластинка.

Режим гальванизации: температура электролита (18-20)оС; рН=1,1-1,5; плотность тока 2А/дм2; продолжительность 15 минут.

Перед нанесением покрытия железную пластинку обработать по опыту 1.

Наблюдения и выводы

1.Написать уравнения катодного и анодного процессов, происходящих при меднении.

2. Отметить характер полученного покрытия.

3.Рассчитать толщину покрытия (по опыту 1).

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18



Последнее изменение этой страницы: 2016-06-22; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.212.116 (0.03 с.)