Гальванотехника 2 (стр. 2 из 12)
Н20 = Н' +ОН'.
Выделение водорода на катоде рассматривается как побочный процесс, который в подавляющем большинстве случаев ухудшает качество покрытия, придавая ему хрупкость, и всегда увеличивает продолжительность электролиза
Количественно процесс электролиза подчиняется законам Фарадея:
1. Количество выделившегося при электролизе вещества прямо пропорционально силе тока и времени прохождения тока. Следовательно, количество получающегося при электролизе вещества зависит от количества ампер-часов (а·ч), прошедших через электролит. Таким образом, если при прохождении тока силой в 10 а в течение 3 ч высадилось 10 г какого-либо вещества, то такое же количество высадится при прохождении тока силой в 15 а в течение 2 ч или силой в 30 а в течение 1 ч и т. п.
2. При прохождении одного и того же количества постоянного тока через разные электролиты количество выделившегося при этом вещества пропорционально их эквивалентным весам.
В табл. 1 приведены значения электрохимических эквивалентов некоторых металлов. [11]
Таблица 1
Электрохимические эквиваленты металлов
| Наименование металла | Характеристика электролита | Валентность | Атомный вес | Эквивалентный вес | Электрохимический эквивалент |
| Медь | Кислый | 2 | 63,37 | 31,78 | 1,186 |
| Медь | Цианистый | 1 | 63,37 | 63,37 | 2,372 |
| Никель | Кислый | 2 | 58,69 | 29,35 | 1,095 |
| Хром | Кислый | 6 | 52,01 | 8,67 | 0,323 |
| Цинк | Кислый | 2 | 65,38 | 32,69 | 1,220 |
| Цинк | Цианистый | 2 | 65,38 | 32,69 | 1,220 |
| Кадмий | Кислый | 2 | 112,41 | 56,20 | 2,097 |
| Кадмий | Цианистый | 2 | 112,41 | 56,20 | 2,097 |
| Олово | Кислый | 2 | 118,70 | 59,35 | 2,214 |
| Олово | Щелочной | 4 | 118,70 | 29,65 | 1,107 |
| Серебро | Цианистый | 1 | 107,88 | 107,88 | 4,025 |
| Золото | Цианистый | 1 | 197,20 | 197,20 | 7,357 |
Основные сведения о коррозии металлов
Разрушение металлов под влиянием химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой называется коррозией.
Большинство металлов, несмотря на значительную механическую прочность, сравнительно легко разрушается под влиянием внешней среды — воздуха, воды, растворов кислот, щелочей, солей и т. д. Процессы коррозии очень разнообразны и широко распространены.
По внешнему виду коррозионное разрушение металла бывает весьма разнообразным. Среди типов коррозионных разрушений различают: сплошную, местную (структурно-избирательную), пятнистую, язвенную, точечную, межкристаллитную, внутрикристаллитную и поверхностную.
По физико-химическому характеру коррозионные процессы можно разделить на химические и электрохимические.
При химической коррозии процесс разрушения металла не сопровождается возникновением электрического тока. Примером химической коррозии является разрушение металлов в сухих газах при высоких температурах или в жидкостях, не проводящих электрический ток.
При электрохимической коррозии разрушение металлов сопровождается появлением электрического тока, возникающего в результате перехода электронов из одних участков металла к другим.
К электрохимической коррозии относится разрушение металлов в средах, проводящих электрический ток, т. е. главным образом в водных растворах кислот, щелочей и солей (электролитах). К этому виду коррозии относится также атмосферная коррозия, при которой имеет место взаимодействие металла, практически всегда неоднородного по своей структуре, с агрессивными агентами окружающей среды. Такой средой является главным образом влага с растворенными в ней кислородом и другими газами (т. е. при образовании электролита). Коррозия возникает также в результате неравномерной аэрации, т. е. при неодинаковом доступе кислорода воздуха к отдельным участкам поверхности металла.
При одновременном воздействии на металлы переменных нагрузок и коррозионной среды интенсивность коррозии возрастает, что приводит к коррозионной усталости. Остаточные и упругие деформации и напряжения, возникающие в металлах при плавке, прокатке, штамповке, волочении при термических воздействиях, а также при холодной деформации (изгибе, клепке и т. п.) являются факторами, ускоряющими коррозию.
Под скоростью коррозии понимают скорость коррозионного процесса, определяемую как отношение коррозионных потерь с единицы поверхности к соответствующему промежутку времени. Например, потеря веса металла в г/м2 • ч.
Способность металла сопротивляться воздействию коррозионной среды (определяемая качественно и количественно) характеризует его коррозионную стойкость.
В возникновении и скорости протекания электрохимической коррозии исключительно важную роль играют потенциалы соприкасающихся между собой металлов. Согласно электрохимической теории коррозии, при погружении металла в электролит, содержащий ионы этого металла (например, при погружении цинка в раствор сернокислого цинка), на поверхности металла протекают процессы взаимодействия его атомов с ионами (заряженными электричеством частицами), находящимися в растворе, и возникает разность потенциалов между металлом и электролитом, измеряемая в вольтах, которая называется равновесным, нормальным электродным потенциалом данного металла. [2]
Анодные и катодные покрытия
Как было указано выше, при защите железа от коррозии покрытием из других металлов следует руководствоваться положением этих металлов в ряду напряжений, относительно железа, т. е. нужно учитывать, будет ли металл покрытия более электроотрицателен или более электроположителен, чем железо.
В зависимости от характера защиты покрытия разделяются на анодные и катодные. Анодными покрытиями будут такие, у которых электродный потенциал в данных условиях более отрицателен, чем потенциал защищаемого металла. К катодным покрытиям относятся те металлы, у которых потенциал выше потенциала защищаемого металла.
При покрытии какого-либо металла более электроотрицательным металлом в случае возникновения коррозии покрывающий металл будет играть роль анода, переходить в раствор и разрушаться, а основной металл станет катодом и тем самым будет предохраняться от коррозии.
Схема коррозии анодного покрытия показана на фиг .6.
Фиг. 6. Схема коррозии анодного покрытия: а — начало коррозии; б — результат коррозии.
К другого рода покрытиям относятся покрытия, где основной металл покрыт более электроположительным металлом. Например, в случае нанесения хромового покрытия на сталь в образовавшейся гальванической паре хром будет катодом, а сталь, которая является по отношению к хрому анодом, будет разрушаться, что приведет к отслаиванию хрома
При покрытии электроположительным металлом можно получить только механическую защиту, т. е. покрытие будет хорошо предохранять железо только до тех пор, пока оно будет сплошным и не нарушится его слой.
По отношению к стали катодными покрытиями будут, например, являться покрытия из никеля, хрома, олова, свинца, меди, серебра и др.
Схема коррозии катодного покрытия показана на фиг. 7.
Фиг. 7. Схема коррозии катодного покрытия: а — начало коррозии; б — результат коррозии.
На практике более широко применяют катодные защитные покрытия, используя для этой цели высокую химическую стойкость и хорошие механические свойства некоторых металлов. Основным требованием при этом будет создание сплошных беспористых покрытий, хорошо изолирующих сталь (или другой защищаемый металл) от коррозионной среды.
Коррозионные процессы возникают также (особенно часто в промышленных условиях) при погружении металлов в раствор электролита, содержащего ионы других металлов. При этом возникает электродный потенциал (но не равновесный), величина которого зависит от разнообразных причин: состояния поверхности металла, температуры и т. д. Поверхность технических металлов, будучи неоднородной физически и химически, приводит к образованию на отдельных участках разных электродных потенциалов. Места, где происходит растворение металла, будут анодными участками, места, где будут разряжаться положительно заряженные ионы, — катодными участками. Таким образом, будут возникать гальванические микроэлементы, дающие электрический ток и вызывающие разрушение металла, в случае, если он станет анодом.
Коррозия металлов и сплавов рассматривается, согласно электрохимической теории, как процесс разрушения, вызванный действием огромного количества микроэлементов — гальванических пар. [7]
Качество металлических покрытий. Качество металлического покрытия, получаемого гальваническим путем, характеризуется структурой осадка, толщиной и равномерностью его распределения на поверхности изделия и другими факторами.
Гальваническое покрытие металлами рассматривается как явление кристаллизации, в результате которого под действием тока на поверхности металла зарождаются отдельные кристаллы. Продолжая расти, эти кристаллы образуют на поверхности детали или изделия сплошное покрытие. Под структурой этого покрытия понимается размер и форма кристаллов, а также расположение их по отношению к поверхности покрываемого металла. Размер и форма кристаллов зависят в основном от скорости образования отдельных кристаллов и их роста.
На структуру металлических покрытий, полученных гальваническим методом, большое влияние оказывает такой фактор, как режим электролиза. Повышение плотности тока приводит к уменьше нию величины кристаллов в осадке. Однако в некоторых случаях такая закономерность замечается только с достижением определенной плотности тока. Повышать плотность тока можно только до определенного предела, после которого в обычных условиях наступает нарушение процесса. Вследствие большого обеднения прикатодного слоя ионами металла наблюдается отложение металла на некоторых выступающих участках катода, где образуются так называемые дендриты. При еще более высокой плотности тока катод покрывается губчатой порошкообразной массой, состоящей из мелких отдельных кристаллов или их сростков, непрочно связанных между собой и основой.