27. Электрохимические покрытия.

Электрохимические – это покрытия, осаждаемые на изделия в виде ионов металла из электролита с помощью электрического тока. Гальваника. Электрохимические покрытия в зависимости от назначения могут быть от долей микрона до десятых долей миллиметра.

Электрохимические покрытия.

По механизму защиты их подразделяют на катодные и анодные. Катодным металлическим считается покрытие более положительное, чем защищаемый металл.

φ^оп>φ^ом

(например, φ^оAu,Ag,Cu,Ni,Pb> φ^остали). Защищает металл только механически. При повреждении покрытия начинается коррозия материала.

Анодное металлическое покрытие

φ^оп<φ^ом

(например, φ^оCr,Zn,Al,Mg,Cd,Ti< φ^остали) защищает металл изделия химически, когда оно сплошное (не повреждено) и электрохимически при наличии повреждения покрытия. В этом случае начинается электрохимическая коррозия покрытия до полного его расходования.

На рис12.1 - показана простейшая схема электролитического осаждения металла. Ванну 1 заполняют электролитом 4; при пропускании через него постоянного тока молекулы раствора расщепляются на положительно заряженные частицы - катионы, которые перемещаются к отрицательному электроду 3 (катоду), где осаждаются, превращаясь в нейтральные атомы, и отрицательно заряженные частицы - анионы, перемещающиеся к положительному электроду 2 (аноду), где также теряют свой заряд и превращаются в нейтральные атомы.

Гальваническое цинкование –.

Ванну заполняют кислым электролитом водного раствора сернокислого цинка ZnSO4, в нее погружают изделие (К, «—»), пластинами из цинка (А «+») окружают изделие и подключают к источнику постоянного тока.

Под воздействием электрического тока электролит диссоциирует на катионы Zn+ и анионы SO4-.Цинк оседает на изделии, анионы движутся к цинковым пластинам и растворяют их. Концентрация цинка в электролите поддерживается постоянной.

Меднение

Меднение: Изделие – катод; электролит: на один литр воды 250г сульфата меди (медный купорос) и 50-80г концентрированной серной кислоты (40%). Анод – медная пластина. Напряжение 3-4 В, плотность тока от 0,02 до 0,3 А/см2. Температура 18-30оС. Чем сложнее форма детали, тем меньше ток.

28. Электролиз в металлургии цинка и меди. Электролиз расплавов. Основы производства алюминия и натрия

Электролиз расплавов. Электролизом расплавов получают многие реакционно-способные металлы. Например, рассмотрим электролиз расплава хлорида натрия. При плавлении происходит диссоциация соли:

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-

Если погрузить в расплавленную соль два графитовых электрода и подключить их к полюсам внешнего источника тока, то в электроде начнется направленное движение ионов и на электродах будут протекать следующие реакции:

На катоде – восстановление ионов натрия до металлического натрия:

Na⁺ + ē → Na

На аноде – окисление хлорид-ионов до газообразного хлора:

Cl^- - ē → ½Cl₂

Суммарная реакция: Na⁺ + Cl^- → Na + ½ Cl₂ или

NaCl → Na + ½ Cl₂

Таким образом, получают активные металлы: Al, Mg, Ca, K и другие.

Применение электролиза.

Электролиз в металлургии. Электролизом растворов солей получают медь, цинк, кадмий, никель, кобальт, марганец и другие металлы. В этих процессах используют нерастворимые аноды. Электролиз используют для очистки металлов: меди, серебра, золота, свинца, олова и др. Анодом при этом служит очищаемый металл.

Электролиз в химической промышленности. С помощью электролиза получают газообразный хлор, водород, кислород, растворы щелочи; различные окислители – пероксид водорода, перманганат калия, хлораты, хроматы; некоторые органические вещества, например анилин из нитробензола.

Получение гальванопокрытий. Гальваническими покрытиями называются металлические покрытия, наносимые на поверхность какого-либо изделия методом электролиза. Гальванические покрытия широко применяются в технике и имеют различные назначения: а) защита от коррозии; б) повышение электрической проводимости; в) повышение твердости и изностойкости; г) получение магнитных пленок; д) улучшение отражательной способности поверхности; е) улучшение способности к пайке; ж) уменьшение коэффициента трения. Нанесение гальванопокрытий проводится в электролизере – гальванической ванне.

медь и цинк по схеме

Катионы металлов, у которых стандартный электродный потенциал больше, чем у водорода (от Cu²⁺ до Au³⁺), при электролизе практически полностью восстанавливается на катоде.

Me ⁿ⁺ + nē →Me

Алюминий и натрий

Катионы металлов с малой величиной стандартного электродного потенциала (Li²⁺ до Al³⁺ включительно) не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды.

2H₂O + 2ē → H₂↑ + 2OH^-