Никелирование применяется в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. Никелем покрывают детали из стали и цветных металлов для защиты их от коррозии, декоративной отделки, повышения сопротивления механическому износу. Благодаря высокой коррозионной стойкости в растворах щелочей никелевые покрытия применяют для защиты химических аппаратов от щелочных растворов. В пищевой промышленности никель может заменять оловянные покрытия. В оптической промышленности получил распространение процесс черного никелирования.
При электрохимическом осаждении никеля на катоде протекают два основных процесса: Ni 2+ + 2e –˃ Ni; 2H + + 2e –˃ H2.
В результате разряда ионов водорода концентрация их в прикатодном слое снижается, т. е. электролит защелачивается. При этом могут образовываться основные соли никеля, которые влияют на структуру и механические свойства никелевого покрытия. Выделение водорода вызывает также питтинг – явление, при котором пузырьки водорода, задерживаясь на поверхности катода, препятствуют разряду ионов никеля в этих местах. На покрытии образуются ямки и осадок теряет декоративный вид. В борьбе с питтингом применяют вещества, которые снижают поверхностное натяжение на границе металл – раствор.
Гальваническое серебрение деталей. Качественное покрытие серебром на изделиях из меди.
При анодном растворении никель легко пассивируется. При пассивации анодов в электролите уменьшается концентрация ионов никеля и быстро растет концентрация ионов водорода, что приводит к падению выхода по току и ухудшению качества осадков. Для предупреждения пассивирования анодов в электролиты никелирования вводят активаторы. Такими активаторами являются ионы хлора, которые вводят в электролит в виде хлористого никеля или хлористого натрия.
Назначение и область применения хромовых покрытий
Хромирование применяется для защиты металлов от коррозии и для декоративной отделки поверхности изделий. Химически стойкие хромовые покрытия обладают значительной пористостью и без подслоя не обеспечивают надежной защиты железа от коррозии, так как в гальванопаре железо – хром железо является анодом. Поэтому обычные хромовые покрытия осаждают на предварительно нанесенные слои меди толщиной 20-40 мкм и никеля 10-15 мкм.
Осажденный на поверхность блестящих медных и никелевых покрытий хром, несмотря на малую толщину слоя, значительно повышает их коррозионную стойкость и придает поверхности изделий красивый внешний вид.
Высокая твердость, низкий коэффициент трения, жаростойкость и хорошая химическая устойчивость обеспечивают деталям, покрытым хромом, высокую износостойкость в особо тяжелых условиях эксплуатации. Хромирование широко применяют для повышения твердости и износостойкости различного мерительного и режущего инструмента, трущихся деталей приборов и машин. Большой эффект дает хромирование пресс-форм при изготовлении изделий из пластмасс. Хромирование применяется также в производстве отражателей; хотя коэффициент отражения света у хрома несколько ниже, чем у серебра, он сохраняет блеск в течение длительного времени. В зависимости от назначения изделий толщина хромового покрытия колеблется от 5 мкм до нескольких сотен.
Подробный Аффинаж серебра 99% для новичков из технического лома с хорошим выходом!
В зависимости от режима электроосаждения могут быть получены хромовые покрытия с различными свойствами (рис. 5.1):
При температуре 65-80 ˚С и сравнительно невысоких плотностях тока (15-25 А/дм 2 ) осаждается эластичное и беспористое покрытие, так называемый «молочный хром», отличающееся невысокой твердостью;
При температуре 45-60 ˚С и средних значениях плотностей тока (30-100 А/дм 2 ) хромовое покрытие обладает зеркальным блеском и имеет наивысшую твердость и износостойкость;
При низких температурах (до 40 С) и высокой плотности тока происходит осаждение хромовых покрытий серого цвета, характеризующихся высокой твердостью и хрупкостью.
Рис. 5.1. Диаграмма свойств хромовых покрытий в зависимости от температуры и плотности тока
Источник: studopedia.org
Катодное и анодное покрытия металлов как способ защиты их от коррозии
Решение задач по химии на защиту металлов от коррозии
Задание 290.
Какое покрытие металла называется анодным и какое — катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытий железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью, во влажном воздухе и в кислой среде.
Решение:
По характеру поведения металлических покрытий при коррозии их можно разделить на катодные и анодные. К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. В качестве примеров катодных покрытий можно привести Cu, Ni, Ag.
При повреждении покрытия (или наличии пор) возникает коррозионный элемент, в котором основной материал в поре служит анодом и растворяется, а материал покрытия – катодом, на котором выделяется водород или поглощается кислород. Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии при отсутствии пор и повреждений покрытия. Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. Примером анодного покрытия могут служить Zn, Cr.
При покрытии железа медью возникает коррозионная пара, в которой медь является катодом, а железо – анодом, так как железо имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В), чем медь (0,34 В). При этом будут протекать следующие электрохимические процессы:
а) Во влажном воздухе:
Анодный процесс: Fe 0 -2 = Fe 2+
Катодный процесс: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH —
Так как ионы Fe 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа будет Fe(OH)2. При контакте с кислородом воздуха Fe(OH)2 быстро окисляется до метагидроксида железа FeO(OH), приобретая характерный для него бурый цвет:
б) В хлороводородной (соляной) кислоте:
Анодный процесс: Fe 0 -2 = Fe 2+
Катодный процесс: 2Н + + 2 = Н2↑
Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы железа Fe 2+ с хлорид-ионами Cl – будут образовывать соль FeCl2 – сильного электролита, т. е. железо будет разрушаться с образованием ионов железа Fe 2+ .
Таким образом, при покрытии железа медью при повреждении или при образовании пор разрушается основной металл – железо. Это пример катодного покрытия металла.
Задание 291.
Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие — анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте, Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Решение:
При покрытии железа кадмием образуется гальваническая пара, в которой кадмий является катодом, а железо – анодом. Объясняется это тем, что стандартный электродный потенциал кадмия (-0,40 В) немного больше, чем стандартный электродный потенциал железа (-0,44 В). Поэтому при нарушении кадмиевого покрытия будут происходить следующие электрохимические процессы:
а) Во влажном воздухе:
Анодный процесс: Fe 0 -2 = Fe 2+
Катодный процесс: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH —
Так как ионы Fe 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа будет Fe(OH)2. При контакте с кислородом воздуха Fe(OH)2 быстро окисляется до метагидроксида железа FeO(OH), приобретая характерный для него бурый цвет:
б) В хлороводородной (соляной) кислоте:
Анодный процесс: Fe 0 -2 = Fe 2+
Катодный процесс: 2Н + + 2 = Н2↑
Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы железа Fe 2+ с хлорид-ионами Cl – будут образовывать соль FeCl2 – сильного электролита, т. е. железо будет разрушаться с образованием ионов железа Fe 2+ .
Таким образом, кадмий является катодом в гальванической паре Fe — Cd, значит, это катодное покрытие. При катодном покрытии во время коррозии разрушается основной металл .
Задание 292.
Железное изделие покрыли свинцом. Какое это покрытие — анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной (соляной) кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
Решение:
При покрытии железного изделия свинцом образуется гальваническая пара Fe — Pb, в которой свинец является анодом, а железо – катодом. Объясняется это тем, что свинец имеет более электроотрицательный стандартный электродный потенциал (-0,126 В), чем железо (-0,44 В). Значит, это покрытие – анодное. При нарушении свинцового покрытия будут происходить следующие электрохимические процессы:
а) Во влажном воздухе:
Анодный процесс: Pb 0 -2 = Pb 2+
Катодный процесс: 1/2O2 + H2O + 2 = 2OH —
Так как ионы Pb 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии свинца будет Pb(OH)2.
б) В хлороводородной (соляной) кислоте:
Анодный процесс: Pb 0 -2 = Pb 2+
Катодный процесс: 2Н + + 2 = Н2↑
Водород будет выделяться во внешнюю среду, а ионы свинца Pb 2+ с хлорид-ионами Cl – будут образовывать соль PbCl2 – сильного электролита, т. е. свинец будет разрушаться с образованием ионов свинца Pb 2+ .
Таким образом, свинец является анодом в гальванической паре Fe — Pb, значит, это анодное покрытие. При анодном покрытии во время коррозии разрушается само покрытие, а основная конструкция не разрушается.
- Вы здесь:
- Главная
- Задачи
- Химия-Шиманович
- Катодное и анодное покрытие металлов | Задачи 290 — 292
Источник: buzani.ru
Коррозией называется разрушение металлов под влиянием окружающей среды в результате химического или электрохимического взаимодействия с ней.
Различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия обусловливается взаимодействием металлов с сухими газами или жидкостями, не являющимися электролитами.
Механизм химической коррозии сводится к диффузии атомов или ионов металлов сквозь постепенно уплотняющуюся пленку продуктов коррозии и встречной диффузии атомов или ионов кислорода (химическое окисление):
Примером газовой коррозии является взаимодействие металлов при высокой температуре с кислородом и другими газообразными активными средами: Н2S, SО2, галогенами, СО2 и др.
Электрохимическая коррозия — разрушение металла при контакте двух разнородных металлов в присутствии электролита.
Механизм электрохимической коррозии основан на общих законах коррозионных гальванических элементов.
Кратко рассмотрим принцип действия гальванического элемента.
Гальванические элементы — это приборы, вырабатывающие электрический ток в результате окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах, которые состоят из металлов, разных по химической активности.
Как уже было сказано, в кристаллической структуре металлов существует равновесие между атомами металла, ионами и электронами:
Me → Me n + + n e ˉ
и металлические свойства выражены тем сильнее, чем больше концентрация свободных электронов.
При опускании металла в воду или в раствор собственной солей (под действием полярных молекул воды или соответственно аниона) часть ионов металла переходит в жидкость. В результате такого перехода жидкость в непосредственной близости к металлу заряжается положительно, металл — отрицательно.
Благодаря отрицательному заряду на металле к нему будут притягиваться перешедшие в раствор положительно заряженные ионы. В результате наступает динамическое равновесие. Возникает двойной электрический слой между металлом и окружающей средой, в результате устанавливается разность потенциалов, которая называется электродным потенциалом металла
Возникновение электрического тока в гальваническом элементе связано с различной концентрацией свободных электронов в металлах, стремлением к ее выравниванию при контакте между ними.
Электрод, отдающий электроны (окисление), называется анодом, принимающий (восстановление) — катодом.
Анодом является более активный металл. Анод, как правило, разрушается (так как электроны перетекают к катоду, а ионы уходят в раствор).
Процессы в гальванических элементах принято записывать в виде схем. Например:
на электроде из цинка (аноде), погруженном в раствор соли ZnSО4, происходит процесс окисления:
Zn — 2 e ‾ = Zn2+
на электроде из меди (катоде), погруженном в раствор соли CuSО4, происходит процесс восстановления:
Cu 2+ + 2 e ‾ = Cu 0
Одновременно часть ионов SО4 2 ‾ переходит по электрическому мостику в сосуд с раствором ZnSO4.
Необходимо обратить внимание на то, что у гальванических элементов отрицательный электрод называется анодом, положительный — катодом. В случае электролиза название электродов обратное: отрицательный электрод называется катодом (соединен с отрицательным полюсом), положительный — анодом (соединен с положительным полюсом).
Название электрода обусловлено процессом, протекающем на нем (на катоде — восстановление, на аноде — окисление).
При работе гальванической пары коррозирует (разрушается) боле активный металл.
Рассмотрим примеры электрохимической коррозии.
При действии серной кислоты на технический цинк, содержащий примесь железа, на поверхности цинка возникает множество микрогальванических элементов:
Анодом в этом элементе будет цинк, катодом — железо. На аноде протекает процесс:
Zn — 2 ē = Zn 2+ (окисление)
2Н + + 2 ē = 2Н = Н2 (восстановление)
Рассмотренный пример относится к коррозии в кислой среде. По другому протекает процесс коррозии в нейтральной среде.
Окислителем в нейтральной среде будут уже не ионы водорода, а молекулы кислорода, растворенного в воде, которые на катоде превращаются в ионы ОН¯. Например, при коррозии технического железа во влажном воздухе протекают следующие реакции:
2Fе — 4 ē ~ 2Fе 2+ (продуктом реакции является гидроксид железа (II)),
Гидроксид железа (II) в присутствии воды и кислорода воздуха переходит в гидроксид железа (III):
Причиной электрохимической коррозии являются главным образом загрязнения, примеси, содержащиеся в металле, или неоднородность его поверхности. Электролитом может быть влажный воздух, в котором есть различные растворенные газы — СО2, SО2 и др.
Наличие электрогальванических пар и электролита обусловливают образование гальванических элементов. Анодом являются частицы металла, катодом — загрязнения, примеси. На катоде идет разрядка ионов водорода или протекает процесс восстановления кислорода, растворенного в электролите (в зависимости от рН среды электролита). Анод разрушается.
Коррозия приносит большой вред народному хозяйству: теряется большое количество металла, портятся и выходят из строя металлические конструкции, поэтому вопросам защиты металлов от коррозии придается огромное значение.
Способы защиты от коррозии многообразны. Основные из них следующие:
a) нанесение защитных покрытий;
b) изменение состава среды;
c) применение электрохимических методов;
d) применение сплавов.
Основной метод борьбы с коррозией — это изоляция металла от агрессивной среды с помощью различных покрытий. Большое распространение получили неметаллические покрытия: лаки, краски, эмали, пленки. Часто металл покрывают другими металлами, более коррозионно-стойкими. При нарушении покрытия обнажается часть защищаемого металла, и он вступает в контакт с внешней средой.
Это вызывает коррозию вследствие образования гальванического элемента. Причем разрушаться будет более активный металл.
На рисунке показана коррозия оцинкованного железа.
Так как цинк более активный металл и является в данном гальваническом элементе анодом, то он будет разрушаться, а железо будет сохраняться до тех пор, пока не разрушится весь защитный слой цинка. Покрытие более активным металлом называется анодным. Металлы менее активные, чем защищаемые металлы, образуют катодные покрытия. Так, олово, нанесенное на железо, образует катодное покрытие (луженое железо). При нарушении защитного слоя будет подергаться коррозии само железо, так как железо в данном случае является анодом, а олово – катодом.
Применяется противокоррозийная защита, основанная на химическом изменении поверхности металла: оксидирование, анодирование, воронение, фосфатирование.
Имеет место и такой метод защиты металлов от коррозии, как изменение состава среды. Он заключается в удалении вредных примесей из окружающей металл среды. Например, удаление солей и кислород из воды, используемой в паровых котлах.
Широко применяются электрохимические методы защиты от коррозии. Различают катодную защиту и протекторную.
Катодная защита состоит в том, что вся поверхность сооружении искусственно делается катодом (присоединение к катоду внешне источника тока).
Протекторная защита состоит в том, что к защищаемой металлической конструкции прикрепляют кусок или пластинку более активного металла (этот металл разрушается, защищая конструкцию). Эти методом защищают днища кораблей, трубы, кабели.
И, наконец, многие сплавы обладают значительной стойкостью против коррозии (сплавы с хромом, молибденом, никелем).
Вопросы и задания
- Какие существуют способы защиты металлов от коррозии?
- Объясните принцип действия гальванического элемента.
- Как протекает коррозия луженого железа (покрытого оловом), когда слой олова поврежден?
- В чем сущность протекторной защиты металлов от коррозии?
- Почему железо подвергается коррозии во влажном воздухе? Чем отличается коррозия железа в кислой среде от коррозии в нейтральной?
- Анодным или катодным покрытием является никель для цинка, серебра? В чем сущность электрохимической коррозии?
Литература: 1,3.
Источник: poisk-ru.ru