Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
Энгельсский технологический институт (филиал)
Кафедра Технология электрохимических производств
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Основы электрохимической технологии»
Вариант 2
V курса заочного обучения
группы ТЭП
Скобенко М.А.
Руководитель: доцент
Целуйкина Г.В.
Энгельс 2008 г.
Вариант 2
1. Электрохимическое осаждение никеля. Назначение и свойства электролитических никелевых покрытий. Двухслойные и трехслойные накрытия на основе никеля. Технологические особенности нанесения этих покрытий. Назначение компонентов электролита. Основные и побочные процессы, протекающие на электродах.
2. Электрохимическое обезжиривание. Назначение операции. Механизм процесса электрохимического обезжиривания. Сравнительная характеристика растворов для электрохимического обезжиривания цветных металлов.
3. Какова продолжительность электролитического осаждения слоя меди толщиной 25 мкм из медно-цианистых ванн при плотности катодного тока iк = 3,0 А/дм2 и выхода по току Вт = 75%?
1. Электрохимическое осаждение никеля. Назначение и свойства электролитических никелевых покрытий. Двухслойные и трехслойные накрытия на основе никеля. Технологические особенности нанесения этих покрытий. Назначение компонентов электролита. Основные и побочные процессы, протекающие на электродах.
Никель (лат. Niссolum), Ni, химический элемент с атомным номером 28, атомная масса 58,69. Химический символ элемента Ni произносится так же, как и название самого элемента. Природный никель состоит из пяти стабильных нуклидов: 58Ni (67,88 % по массе), 60Ni (26,23 %), 61Ni (1,19 %), 62Ni (3,66 %) и 64Ni (1,04 %). В периодической системе Д. И. Менделеева никель входит в группу VIII и вместе с железом и кобальтом образует в 4-м периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома никеля 3s2p6d84s2. Образует соединения чаще всего в степени окисления +2 (валентность II), реже — в степени окисления +3 (валентность III) и очень редко в степенях окисления +1 и +4 (валентности соответственно I и IV).
Радиус нейтрального атома никеля 0,124 нм, радиус иона Ni2+ — от 0,069 нм (координационное число 4) до 0,083 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома никеля 7,635, 18,15, 35,17, 56,0 и 79 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность никеля 1,91. Стандартный электродный потенциал Ni0/Ni2+ –0,23 B.
Простое вещество никель в компактном виде — блестящий серебристо-белый металл.
Никель - металл серебристо-белого цвета с уд. весом 8,9 и температурой плавления 1452° С. Микротвердость электролитических осажденных и химических никелевых покрытий зависит от состава электролита и может колебаться за счет введения добавки фосфора в состав покрытия.
После термообработки никелевых покрытий, содержащих фосфор, микротвердость их возрастает еще более.
Никелевые покрытия хорошо полируются до зеркального блеска и приобретают красивую декоративную внешность, не изменяются от времени.
Являясь главным образом защитно-декоративным покрытием, никель способен надежно защитить железо от коррозии лишь при условии его беспористости. Поэтому никелирование как защитно-декоративное покрытия применяют обычно с подслоем меди. Электролитические покрытия всегда обладают некоторой пористостью, и для получения беспористых покрытий используют попеременное осаждение нескольких слоев металлов, у таких многослойных покрытий поры каждого слоя обычно не совпадают. Кроме того, многослойные покрытия позволяют снизить удельный расход никеля за счет более дешевой меди.
Никелирование получило широкое применение в химической промышленности толщиной покрытия без подслоя меди до 0,20-0,30 мкм.
Высокая твердость и износостойкость никелевых покрытий используются в промышленности.
Многослойное никелирование применяется для повышения коррозионной стойкости никелевых покрытий по сравнению с однослойными покрытиями. Это достигается последовательным осаждением слоев никеля из нескольких электролитов с различными физико-химическими свойствами покрытия. К многослойным никелевыми покрытиям относятся: би-никель, три-никель, сил-никель.
Коррозионная стойкость покрытий би-никель в 1,5-3 раза выше однослойных покрытий. Их целесообразно применять вместо однослойных матовых и блестящих никелевых покрытий. Для достижения высокой коррозионной стойкости первый слой никеля (матовый или полублестящий), составляющий не менее 1/2-2/3 общей толщины покрытия, осажденный из стандартного электролита, практически не содержит серы. Второй слой никеля осаждают из электролита блестящего никелирования; сера, содержащаяся в органических блескообразователях, входит в состав никелевого покрытия, при этом электродный потенциал второго блестящего слоя сдвигается на 60-80 мВ в сторону электроотрицательных значений по отношению к первому слою. Таким образом, блестящий слой никеля становится анодом в гальванической паре и защищает первый слой от коррозии.
Трехслойное никелирование обладает самой высокой коррозионной стойкостью. При этом методе после осаждения первого слоя никеля из того же электролита, что и при двухслойном никелировании, осаждается средний слой никеля из электролита, в состав которого входит специальная серосодержащая добавка, обеспечивающая включение большого количества серы (0,15-0,20 %) В состав промежуточного слоя никеля. Затем наносится третий верхний слой из электролита для получения блестящих покрытий. При этом промежуточный слой, приобретая самый электроотрицательный потенциал, предохраняет контактирующие с ним слои никеля: от коррозии.
В автомобильной промышленности применяют двухслойное никелирование типа сил-никель. Первый слой никеля наносится из электролита блестящего никелирования. Затем детали переносят во второй электролит, где происходит осаждение сил-никеля. В состав этого электролита вводят токонепроводящий высокодисперсный порошок каолина в количестве 0,3-2,0 г/л. Температура 50-60° С, плотность тока 3-4 А/ дм2. Процесс ведут без непрерывной фильтрации. Для обеспечения равномерного распределения частиц каолина по всему объему электролита при меняют интенсивное воздушное перемешивание. Слой сил-никеля повышает износостойкость покрытия и обладает высоко коррозионной стойкостью.
Сил-никель применяют как последний слой перед хромом в защитно-декоративном покрытии. Вследствие высокой дисперсности инертных частиц тонкий слой сил-никеля (1-2мкм) не меняет декоративного вида блестящей никелированной поверхности, а при последующем хромировании позволяет получить микропористый хром, что увеличивает коррозионную стойкость покрытия.
На наших предприятиях, в частности на Волжском автомобильном заводе в г. Тольятти, принято двухслойное никелирование, при котором первый слой никеля осаждают по подслою меди из никелевого электролита следующего состава (г/л):
Сернокислый никель NiS04 ·7Н2О……..……..……………………..300
Хлористый NiCI2∙ 6Н2О………………………………………………60
Борная кислота Н3ВО3 ….……..……………………………………..40
1,4-бутиндиол ………………………………..……………………….0,15
Сахарин ………………………..………..………………………….1,5
Фталимид ……………………………..….…………………………..0,12
Процесс осаждения ведут при температуре 55° С и перемешивании электролита с плотностью тока 4-5 А/дм2 в течение 0,5 ч, после чего детали промывают в воде и переносят во второй электролит никелирования для процесса «никель-сил». Состав электролита принят тот же, что и для первого электролита, но взамен фталимида в него вводят взмученный порошок каолина определенной степени дисперсности. Каолин вводят в количестве 0,5 г/л. Процесс ведут при температуре 50° С и плотности тока 4-5 А/ дм2 в течение 3 мин.
Снятие дефектных никелевых покрытий производится анодным растворением никеля в электролите, состоящем из серной кислоты, разбавленной до плотности 1,5-25° С кг/м3. Температура 15-25° С, анодная плотность тока 2-5 А/дм2.
Для осаждения электролитических никелевых покрытий в промышленности применяют следующего электролиты: сернокислые электролиты, электролиты блестящего никелирования, борфтористоводородные электролиты, кремнефтористоводородные электролиты, сульфаминовые электролиты.
Состав сернокислового электролита
Таблица 1
| Компонентыэлектролиты (г/л) | Номер электролита | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Сернокислый никель | 70-75 | 140-150 | 280-300 | 400-420 |
| Сернокислый натрий | 40-50 | 40-50 | _ | _ |
| Сернокислый магний | _ | 25-30 | 50-60 | _ |
| Борная кислота | 20-25 | 20-25 | 25-30 | 25-30 |
| Хлористый натрий | 5-10 | 5-10 | 3-5 | _ |
| Фтористый натрий | _ | _ | 2-3 | 2-3 |
Сернокислый натрий и сернокислый магний вводят в электролит для повышения электропроводности раствора. Проводимость растворов натрия выше, но в присутствии сернокислого магния получаются более светлые, мягкие и легко полируемые осадки.
Никелевый электролит очень чувствителен даже к небольшим .изменениям кислотности. Для поддержания величины рН в требуемых пределах необходимо применять буферные соединения. В качестве такого соединения, препятствующего быстрому изменению кислотности электролита, применяют борную кислоту.
Для облегчения растворения анодов в ванну вводят хлористые соли натрия.
Для приготовления сернокислых электролитов никелирования необходимо растворить в отдельных емкостях в горячей воде все компоненты. После отстаивания растворы фильтруют в рабочую ванну. Растворы перемешивают, проверяют рН электролита и при необходимости корректируют 3% -ным раствором едкого натра или 5% -ным раствором серной кислоты. Затем электролит доводят водой до требуемого объема. При наличии примесей необходимо перед началом эксплуатации электролита произвести его проработку, так как никелевые электролиты чрезвычайно чувствительны к посторонним примесям как органическим, так и неорганическим.