Материал: 3995

36

Рис.8. Схема коррозии металла в кислом растворе при нарушении металлических покрытий: а - катодного, б - анодного;

1– раствор, 2 – покрытие, 3 – основной металл, 4 – дефект в покрытии

Анодное покрытие, даже при его повреждении, продолжает защищать металл изделия (рис. 8б).

Гальванические покрытия

Гальванические покрытия – это покрытия изделий из металлических и неметаллических материалов, получаемые в процессе электролитического осаждения металла на их поверхности, т.е. электролиза. Хромирование и никелирование фурнитуры в мебельной промышленности, в лесном и автомобильном хозяйствах, в лесоинженерном деле проводят с помощью электролиза, получая противокоррозионные гальванические покрытия для защиты оборудования, механизмов и транспорта от коррозионных разрушений.

Электролиз представляет собой процесс раздельного окисления и восстановления на электродах, протекающий под действием постоянного электрического тока. Электролитические процессы осуществляются в электролизерах или электролитических ваннах. Изделие, на которое необходимо нанести слой защитного металлического покрытия подключают к катоду, а анодом является графитовый электрод или электрод из того, металла, который служит покрытием. Катодная и анодная пластины помещаются в соответствующий раствор электролита, содержащий ионы металла, служащего защитным покрытием.

Например, при нанесении цинкового покрытия на изделие из стали, протекают следующие процессы по схеме:

37

Диссоциации электролита ZnSO4 Zn2+ + SO42– Миграция катионов (Zn2+) к катоду, а анионов (SO42–) к аноду

металл (Zn)осаждается на поверхности электрода

Суммарный процесс электролиза выражается следующим уравнением:

электролиз

ZnSO4 2H2O Zn0 O2 2H2 SO4 .

Законы М. Фарадея, установленные в 1833 г. позволяют рассчитывать массу осаждаемого металла, время электролиза и необходимую силу.

I закон Фарадея

Масса выделяющегося на электроде вещества пропорциональна количеству электричества, протекающего через электролизер.

тока через электролизер, с; Q = I t – количество электричества; K – электрохимический эквивалент, равный отношению химического эквивалента к числу Фарадея (F 96500 Кл/моль).

II закон Фарадея

Для выделения на электроде 1 моль любого вещества необходимо затратить одно и то же количество электричества, равное F=96500 Кл/моль – постоянная Фарадея.

Обобщенный вид первого и второго законов Фарадея выглядит так:

Определение толщины покрытия

Толщина гальванопокрытия во многих случаях является решающим признаком качества покрытия, технические и экономические требования к которому установлены ГОСТ 9.302-88. Следует учитывать, что толщина покрытия на изделиях, особенно профилированных, неодинакова в различных точках поверхности, поэтому необходимо измерение не только средней толщины покрытия, но и минимальной толщины на определенных участках детали.

Методы контроля толщины покрытий по степени воздействия на объект подразделяют на две группы: разрушающие и неразрушающие.

38

Разрушающие методы контроля толщины покрытий приводят к разрушению целостности не только покрытия, но и самого изделия. Они делятся на химические и физические. К химическим методам относят метод стравливания, методы капли и струи, кулонометрический метод.

Метод стравливания является наиболее простым и удобным, и позволяет определять среднюю толщину нанесенного покрытия по изменению массы при растворении покрытия в травильном электролите, который не действует на металл основы.

В методе капли травильный раствор (HCl, H2SO4) наносят по каплям на поверхность покрытия из капельницы с внутренним диаметром капилляра 1,5- 2,0 мм и выдерживают в течение определенных промежутков времени до полного растворения покрытия. Метод капли позволяет определять локальную толщину покрытия на любом участке поверхности изделия, однако имеет высокую относительную погрешность до 30 %.

Методы струи определяют толщину однослойных и многослойных покрытий на поверхности, площадью не менее 0,3 мкм. Методы основаны на растворении покрытия под действие струи электролита, вытекающей с определенной скоростью.

Металлографический метод основан на измерении толщины однослойных и многослойных покрытий на поперечном шлифе с помощью металлографического микроскопа при увеличениях до 1000 раз для покрытий толщиной менее 20 мкм и до 200 раз для покрытий толщиной более 20 мкм. Разновидностью металлографического метода является оптический, основанный на измерении при помощи металлографического микроскопа длины уступа, образованного краем покрытия с основным металлом. Метод применим для измерения покрытий толщиной 1-40 мкм с коэффициентом отражения не менее 0,3. Погрешность метода 10 %.

Из неразрушающих методов контроля наибольшее распространение получили электромагнитные методы, метод измерения масс, метод прямого измерения.

Электромагнитные методы основаны на изменении силы отрыва постоянного магнита от контролируемой поверхности в зависимости от толщины покрытия (магнитоотрывной); регистрации изменений напряжённости магнитного поля в цепи электромагнита постоянного тока в

39

зависимости от толщины покрытия (магнитостатический); определении магнитного сопротивления участка цепи соответствующего изменению толщины покрытия (магнитоиндукционный).

Метод прямого измерения заключается в измерении размеров детали до и после нанесения покрытия с помощью микрометра или оптиметра.

Гравиметрический метод предусматривает непосредственное взвешивание и измерение покрываемой поверхности образца или изделия до и после электроосаждения. Средняя толщина покрытия представляет собой отношение объема нанесенного покрытия к площади поверхности покрытого изделия. Изза трудностей измерения площади поверхности покрываемых изделий гравиметрический метод применяют для определения средней толщины гальванопокрытия на небольших деталях простого профиля.

Реактивы и оборудование

1.Электролизер.

2.Металлические электроды (медные, цинковые пластины).

3.Внешний источник тока.

4.Потенциометр или амперметр.

5.Соединительные проводники.

6.Набор растворов электролитов.

7.Аналитические весы.

Экспериментальная часть

Порядок выполнения работы

В данной работе для получения медного гальванического покрытия используется установка, представленная на рис. 9. Перед сбором установки необходимо определить массу катодной пластины, m1, и ее площадь, S, записать в таблицу 14. Для этого, катодную пластину отсоединяют и взвешивают на аналитических весах. Площадь катодной пластины определяют геометрически. Затем собирают установку для чего в электролизер наливают раствор соли меди (CuSO4) с концентрацией 0,1 моль/л объемом 300-400 мл. В раствор помещают исследуемые металлические пластины, таким образом, чтобы они были максимально покрыты раствором электролита. Одна из пластин служит катодом (К) и будет покрыта металлом, ионы которого присутствуют в растворе, а также тем металлом, из которого сделана анодная пластина (А). Электроды необходимо соединить проводниками с источником