Электролитическое наращивание металлов. Физика процесса формирования покрытий. Два закона Фарадея. Приемы улучшения равномерности покрытий. Преимущества электролитических покрытий.

В ремонтном производстве из гальванических покрытий чаще всего применяют железнение и хромирование, реже — цинкование и никелирование.

Сущность электролитического осаждения металлов. В основе электролитического осаждения металлов лежит явление электролиза. Электролизом называют химические процессы, совершающиеся на электродах при прохождении через электролит электрического тока.

Электролиты — это растворы солей, кислот и щелочей, проводящие электрический ток. При растворении вещества в воде его молекулы диссоциируют (растворяются) на отрицательно и положительно заряженные ионы, находящиеся в хаотическом движении. При погружении в электролит проводников (электродов), подключенных к источнику постоянного тока, в электролите возникает направленное движение ионов и начинает идти ток. При этом положительно заряженные ионы (ионы металлов и водорода) перемещаются к отрицательному электроду — катоду и их называют катионами, а отрицательно заряженные ионы (ионы металлоидов и кислотных остатков) движутся к положительному электроду — аноду и их называют анионами.

Достигнув поверхности электродов, ионы разряжаются, превращаясь в нейтральные атомы или группы атомов. На катоде осаждаются металлы и выделяется водород. Анод, как правило, растворяется, и на его поверхности выделяется кислород, ионы металла при этом переходят в раствор.

При гальваническом покрытии деталей в качестве электролита обычно применяют раствор соли осаждаемого металла (в электролит вводят также некоторые компоненты, улучшающие свойства покрытий, увеличивающие электропроводность электролита и т. д.). Катодом служат предварительно очищенные и подготовленные детали, подлежащие покрытию, а анодом — пластины из осаждаемого металла. Иногда используют аноды из металла или сплава, которые в данном электролите не растворяются (свинец), а также нерастворимые аноды из графита. На таких анодах при электролизе обычно выделяется кислород.

Электролиз сводится главным образом к тому, что находящиеся в электролите ионы металла разражаются на катоде, переходя в атомарное состояние, и осаждаются на нем. Атомы образуют кристаллическую решетку, покрывая поверхность детали слоем металла. Анод растворяется (в случае электролиза с растворимым анодом), образуя новые ионы металла взамен выделившихся на катоде, тем самым поддерживая концентрацию электролита при электролизе.

Количественно процесс электролиза подчиняется двум законам, открытым Фарадеем в 1833 г., названным впоследствии законами Фарадея:

первый — масса вещества, выделившегося на катоде или растворившегося на аноде, прямо пропорциональна силе тока и времени его прохождения, т. е. прямо пропорциональна количеству прошедшего через электролит электричества;

второй — при прохождении одного и того же количества электричества через разные электролиты масса выделившихся или растворившихся веществ пропорциональна их химическим эквивалентам.

Оба закона Фарадея в общем виде выражают формулой М_Т = CIt,

где М_Т — масса выделившегося на катоде (растворившегося на аноде) вещества, г; С— электрохимический эквивалент вещества, г/(А • ч); / — сила тока, проходящего через электролит, A; t — продолжительность электролиза, ч.

Для улучшения равномерности используют следующие приемы:

устанавливают дополнительные и фигурные аноды (рис. 1, а и д), повторяющие форму покрываемых изделий так, чтобы расстояния между всеми участками катода и анода были примерно равными;

используют дополнительные катоды (рис. 1, б и г), забирающие на себя часть тока, что предохраняет выступающие участки и кромки изделий от образования наростов (пригаров) и дендритов. Они должны иметь электрическую связь с покрываемой деталью

Рисунок 1 .Возможные варианты улучшения равномерности гальванических покрытий с установкой:

а — дополнительных анодов; б иг —дополнительных катодов; в — неметаллических экранов; д — фигурных анодов;

1 и 2 — дополнительные аноды и катоды; 3 — экраны; 4 — фигурный анод

применяют неметаллические (неэлектропроводные) экраны (рис. 1, в), которые выполняют ту же функцию, что и дополнительные катоды, но в отличие от них не требуют затрат энергии;

увеличивают расстояние между покрываемыми деталями и анодами, в результате чего уменьшается относительная разность расстояний между выступающими и углубленными участками деталей и анодами.

Преимущества гальванических покрытий перед другими способами восстановления: отсутствие коробления детали, небольшие припуски на механическую обработку, получение покрытий с заданными непостоянными по толщине физико-механическими свойствами, одновременное восстановление большого числа деталей, получение покрытий высокого качества из недефицитных и дешевых материалов.