3 Гальванопластика

Завдання 3.1

Під час цинкування τ=0,4 год. за щільність струму Д_к=3,25 А/дм² над поверхнею деталі S=0,77 дм² виділилось V=63,9 мл водню (насиченого парами води), зібраного за температури t=21° C та тиском В=750 мм рт. ст.

Розрахувати вихід за струмом для цинку та середню товщину цинкового покриття.

Розв’язання

Зниження виходу цинку за струмом практично повністю обумовлено паралельним протіканням на катоді процесу виділення водню. Тому, знаючи кількість електрики, витраченої на останній процес, неважко розрахувати і вихід цинку за струмом.

Тиск насиченої пари води за температури 21 С складає

мм рт. ст.

1. Приводять виміряний об'єм водню, що виділився, до нормальних умов

2. Електрохімічний еквівалент водню складає

3. Кількість електрики, витраченої на виділення водню

4. Загальна кількість витраченої електрики

5. Вихід цинку за струмом

6. Маса металу, що осаджено на поверхні деталі

7. Товщина цинкового покриття

Завдання 3.2

Ванна хромування навантаженням І =4050 А, електролітом якої є розчин, що містить С₁=257 г/л СrO₃ і С₂=2,47 г/л H₂SO₄, працює за катодної щільності струму Д_к=60 А/дм², середньої напруги V=11 В та виходом за струмом для хрому В_С=13 %. Необхідна товщина шару хрому на деталях складає δ=2,26 мкм.

Приймаючи тривалість завантаження та вивантаження підвісок з деталями за τ_з=0,034 год., розрахувати:

• Кількість робочих циклів ванни за годину;

• Годинну продуктивність ванни (площу поверхні хромованих виробів);

• Нормальний об'єм водню, що виділяється у ванні протягом години, якщо 5% струму (B_n) витрачається на процес катодно-анодного переходу:

;

• Кількість CrO₃, що витрачається у ванні, в розрахунку на одну годину її роботи і на 1 м³ хромового покриття (механічні втрати Δ прийняти рівними 0,1 л/м²);

• Питому витрату електроенергії на 1 м² покриття.

Розв’язання

1. Тривалість процесу хромування

2. Тривалість одного циклу роботи ванни

3. Кількість робочих циклів протягом однієї години

4. Поверхня деталей разового навантаження ванни

5. Годинна продуктивність ванни

дм²=6,99, м²

6. Кількість електрики, що проходить через ванну протягом однієї години

7. Об'єм водню, що виділяється у ванні протягом однієї години

де q_H2=0,418 л/А год. – електрохімічний еквівалент H₂.

8. Годинна втрата хромового ангідриту CrO₃ саме на процес електроліту

9. Додаткова годинна витрата CrO₃за рахунок втрат електроліту

10. Загальна годинна витрата CrO₃

11. Питома витрата CrO₃ на 1 м² покриття

12. Питома витрата електроенергії на 1 м² покриття

Завдання 3.3

У лабораторній ванні навантаженням I=1,9 А з аміачно-лужним електролітом, що містить Na₂WO₄, Na₂СO₃ та деякі інші вихідні компоненти, за τ=1,16 год. на деталі одержано електролітичний осад вольфрамокобальтового сплаву масою g₁=2,03 г. Одержане покриття складається з вольфраму Р₁=31,5 % та кобальту P₂=64,5 %.

Визначити вихід за струмом для сплаву та його окремих компонентів.

Розв’язання

1. Питома витрата електрики на 1г сплаву вольфраму та кобальту

2. Електрохімічний еквівалент зазначеного сплаву

3. Кількість сплаву, що можна було б одержати протягом процесу,

4. Вихід сплаву за струмом

5. Вихід вольфраму за струмом

6. Вихід кобальту за струмом

Вс=В^спл-В^w=65,174-20,85=44,32, %.

Завдання 3.4

Під час електричного полірування сталевої деталі в змішаному розчині ортофосфорної та сірчаної кислот і хромового ангідриту виділилось V=13,6 мл. кисню (об'єм приведено до нормальних умов). Сила струму під час електричного полірування І=1,35 А ,анодна щільність струму Д_а=42,5 А/дм². Тривалість процесу складає τ=0,17 год.

Визначити частку анодного струму, що витрачено на процес електрохімічного розчинення сталі, якщо на деталі, яку піддають анодному поліруванню, протікають тільки 2 процеси – розчинення металу та виділення кисню.

Визначити глибину вилучення металу протягом процесу ( зважити вуглецевою складовою), якщо залізо за цих умов окислюється та переходить до розчину як іони Fe³⁺ (d=7,8 г/см³).

Розв’язання

1. Електрохімічні еквіваленти заліза та кисню

2. Загальна кількість витраченої електрики

3. Кількість електрики, що витрачено на виділення кисню

де  – об’єм кисню, що виділяється, мл.

4. Частка анодного струму, що витрачено на розчинення заліза

5. Глибина вилучення металу під час електричного полірування

Завдання 3.5

Катодна щільність струму у ванні нікелювання Д_к=1,66 А/дм², анодна щільність струму – Д_а =0,910 А/дм². Робочий потенціал катода φ_к=-0,620 В, потенціал анода φ_А=0,250 В. Питомий опір електроліту ρ=14,25 Омсм відстань між електродами ℓ=14,5 см втрати напруги в катодах, анодах і контактах дорівнюють а=11,0 % від суми омічних втрат напруги та поляризації, зниження напруги в шино проводах складає b=8,0 % від напруги на штангах.

Розрахувати мінімально необхідне значення напруги на генераторі струму, що підживлює ванну нікелювання.

Розв’язування

1. Значення напруги, що необхідно створити на генераторі струму

де – омічний опір електроліту;

– опір електродів і контактів;

– опір шинопроводу.

2. Електродна поляризація у ванні дорівнює алгебраїчній різниці катодної і анодної поляризації

(рівноважні потенціали для катодного і анодного процесів у даному випадку є однаковим).

3. Прохідна щільність струму в електроліті

4. Значення зниження напруги в електроліті

5. Втрати напруги в електродах і контактах ванни

6. Значення зниження напруги в шино проводі

7. Значення мінімальної напруги на генераторі