Мета роботи: Вивчити техніку і технологією електрохімічного методу нанесення плівок

16.1 Короткі теоретичні відомості

Гальванічний спосіб осадження металів відкритий у 1838 році у Петербурзі академіком Б.С. Якобі. У водний розчин солі металу поміщають металічну пластину та виріб, на який наноситься покриття. До пластини і виробу підводять постійний струм. При цьому пластина стає анодом, а виріб – катодом (рисунок 17.1). Електрохімічне осадження металів засновано на електрохімічних законах перетворення речовин на границі поділу провідників першого і другого роду.

Суть електролізу. В водних розчинах молекули солей, кислот і лугів дисоціюють (розпадаються) на електрично-зарядженні частинки – іони. Наприклад, в розчині електроліту при дисоціації утворюються іони:

, (1.1)

де – сульфат, нітрат та інші іони.

Це перша стадія електрохімічного осадження металів.

Друга – під впливом електричного струму відбувається перенос іонів з об’єму електроліту до електродів.

Третя – відбувається два види перетворень. В результаті на аноді звільняються електрони, а на катоді електрони приєднуються.

Четверта – дифузія адсорбованих атомів по поверхні електроду до місця росту плівки та втілення в кристалічну ґрадку.

Осадження металів на катоді чи розчинення їх на аноді відбувається у відповідності до закону Фарадея: кількість речовини, яка виділилася на катоді чи розчинилася на аноді, прямо пропорційна кількості електрики, що пройшла через розчин:

, (1.2)

де – атомна маса металу (г/моль);

– валентність;

– час (год.);

– сила струму (А).

На катоді, як правило, крім металу, виділяється також і водень. Внаслідок чого практично виділена кількість металу завжди менша, ніж розрахована теоретично.

1 – ванна; 2 – анод; 3 – електроліт; 4 – осаджувана плівка; 5 – катод

Рисунок 4.1 – Конструктивна схема електролітичної ванни

За допомогою електрохімічного осадження можна наносити цинк, нікель, олово, мідь, хром та інші метали для отримання декоративних, зносостійких, корозійностійких покриттів, для у відновлення деталей машин. Наприклад, мідь використовується для створення декоративних покриттів, струмопровідних шарів, для створення мідної фольги, а також для створення проміжного м'якого прошарку на поверхнях деталей, що зварюються дифузійним зварюванням у вакуумі.

Електроліти, які використовують для осаджування міді можна розділити на два основні класи: кислі і комплексні, в яких мідь знаходиться у вигляді негативних або позитивних заряджених комплексних іонів. В кислих електролітах неможливо осаджувати мідь на метали більш електронегативні, чим мідь. Склад сірчанокислого електроліту наведено в таблиці 17.1.

Таблиця 17.1 – Склад сірчанокислого електроліту та інші показники для міднення

Хром застосовують для декоративного покриття, підвищення твердості і жаростійкості поверхні металу, а також для утворення поверхонь, які добре відбивають світло. Хромові покриття пористі, тому під ними на чорних металах згодом виникає корозія. Для підвищення антикорозійної стійкості застосовують багатошарове покриття: мідь-нікель-хром або нікель-мідь-нікель-хром.

Якість хромового покриття залежить також від температури електроліту. Наприклад, якщо ванна працює при температурі 30-55 °С, то поверхня стає блискучою. При температурі нижче 30 °С покриття набуває матового відтінку, а вище 55-80 °С – молочного. У хромових ваннах анодами служить свинець або сплав свинцю (93%) і сурми (7%). Склад електроліту залежить від властивостей плівки хрому, яку треба одержати (табл. 17.2).

Таблиця 17.2 – Електроліти для хромування

17.2 Обладнання та матеріали

Лабораторна установка для осаджування металу; пінцет; секундомір; металічні зразки (деталі).

17.3 Порядок виконання роботи

17.3.1 Ознайомитись з інструкцією по техніці безпеки.

17.3.2 Ознайомитись з роботою установки (рисунок 17.2).

Рисунок 17.2 – Установка для електрохімічного нанесення покриттів

17.3.3 Провести осаджування міді на деталі.

17.3.3.1 Деталь перед мідненням очистити в ацетоні. 4.3.3.2Закріпити деталь 1 в тримачі 2 кришки 3, Занурити деталь 1 в електроліт 4 ванни 5 через вікно 6 кришки 7.

17.3.3.2 Включити джерело живлення переводом тумблера 8 в положення "Вкл". Використовуючи ручку 9 ЛАТРА по вольтметру 10 виставити напругу 6-12 В. Тривалість процесу визначити експериментально.

17.3.3.3 По закінченні процесу відключити джерело постійного струму, вийняти деталь, промити під краном, просушити.

17.3.4 Провести осаджування хрому на деталі.

17.3.5 Провести візуальний контроль поверхні деталі.

17.3.6 Порівняти дані, отримані при розрахунку маси теоретичним та практичним шляхами.

17.4 Зміст звіту

17.4.1 Назва роботи, її мета і короткі теоретичні відомості.

17.4.2 Порядок виконання роботи.

17.4.3 Результати дослідів, аналіз отриманих даних, висновки.

17.5 Контрольні запитання

17.5.1 Суть електролізу.

17.5.2 Обладнання для електролітичного нанесення покриттів.

17.5.3 Склад електроліту.

17.5.4 Вибір анодних пластин.

17.5.5 Підготовка поверхні.

18 Лабораторна робота №18

ТЕХНОЛОГІЯ ТЕРМІЧНОГО ОКСИДУВАННЯ