PP ROTECŢIAROTECŢIA ANTICOROZIVĂANTICOROZIVĂ AA METALELORMETALELOR PRINPRIN ACOPERIREACOPERIRE CUCU STRATURISTRATURI METALICEMETALICE (C (C UPRAREAUPRAREA ))

Scopul lucrăriiScopul lucrării

Depunerea prin electroliză cu anod solubil a unui strat de cupru pe alamă

IntroducereIntroducere

Una din metodele, folosite frecvent, de prevenire şi combatere a coroziunii metalelor constă în acoperirea acestora cu straturi protectoare metalice şi nemetalice.

Stratul metalic depus trebuie să fie aderent, continuu, uniform, fără pori şi fisuri pentru a crea o barieră între metalul de protejat şi mediul coroziv. Îndeplinirea acestor condiţii depinde de pregătirea suprafeţei (prin rectificare, decapare, degresare, lustruire) şi de condiţiile de electroliză (compoziţia băii de electroliză, densitate de curent, temperatură).

Acoperirile cu metal cu potenţial de electrod mai electronegativ decât a metalului de protejat sunt anodice, ca de exemplu acoperirea cu zinc sau crom pe oţel:

V V V

Acţiunea lor protectoare este determinata nu numai de izolarea de mediul agresiv, dar şi de acţiunea de protecţie electrochimică. Dacă stratul de metal conţine pori sau alte discontinuităţi, porţiunile de metal neacoperite având rolul de catod sunt protejate. În pila galvanică alcătuită din cele două metale şi mediul coroziv, metalul depus se distruge prin reacţie anodică.

Acoperirile cu metal cu potenţial de electrod mai electropozitiv sunt catodice, ca de exemplu acoperirea oţelului cu un strat de cupru, nichel sau staniu.

V V V

În acest caz protecţia metalului de bază este asigurată numai atunci când stratul protector îl izolează complect de mediul exterior. De aceea acoperirile catodice trebuie să îndeplinească condiţii riguroase privind dimensiunea şi numărul porilor, deoarece este posibil atacul mediului coroziv pe micile porţiuni dezgolite cu rol de anod.

Depunerea electrochimică a metalelor pe substraturi metalice se aplică pentru protecţie anticorozivă, în scop decorativ, pentru reducerea frecării sau îmbunătăţirea unor parametrii electrici sau magnetici.

Depunerile de cupru sunt folosite ca strat intermediar la nichelarea şi cromarea oţelului, la protecţia alamei împotriva coroziunii, la confecţionarea unor circuite integrate, etc.

În această lucrare se va studia depunerea cuprului pe o plăcuţă de alamă prin electroliză cu anod solubil.

Baia de electroliză conţine o soluţie apoasă de CuSO4 acidulată cu H2SO4. Anodul este confecţionat din cupru. Catodul este chiar plăcuţa de alamă care urmează să fie protejată.

În soluţia apoasă sulfatul de cupru şi acidul sulfuric CuSO4 şi H2SO4 sunt disociaţi în ioni:

CuSO4 Cu

2+ + SO4

2_

_2

SO4+H+ H2SO4 2

(5.11)La electroliza cu anod solubil se desfăşoară următoarele reacţii electrochimice:

La anod (+): Cu2+ +Cu oxidare 2e-

(5.12)

La catod (-): Cu2+

+ 2e- reducere Cu (5.13)

În baia de electroliză concentraţia sulfatului de cupru se menţine constantă.

Relaţii de calculRelaţii de calcul

Masa teoretică de metal depus, mt, se calculează conform legii lui Faraday cu relaţia:

(5.14)

în care: A - este masa atomică a metalului; I – intensitatea curentului electric; t – timpul de electroliză; n – valenţa metalului, numărul de electroni cedaţi în reacţia redox; F – constanta lui Faraday (96500 C/Eg = 26.8 Ah/Eg).Randamentul de curent pentru cantitatea de electricitate Q constantă este:

(5.15)

unde mp este masa practica de metal depusă.Grosimea, h, a stratului de metal depus se calculează din relaţia:

(5.16)

în care: - este densitatea absolută a metalului. S - suprafaţa piesei metalice acoperite cu stratul protector.

AparaturăAparatură

Instalaţia de electroliză din figura 1 este compusă din baia de electroliză, voltmetru, ampermetru, potenţiometru, sursa de curent continuu, plăcuţa de alamă, anodul de cupru.

Substanţe şi materialeSubstanţe şi materiale

Soluţia de degresare, soluţia de decapare, hârtie abrazivă.

Mod de lucruMod de lucru

Se curăţă suprafaţa piesei de alamă cu hârtie abrazivă, se spală în jet de apă. Se imersează câteva minute în soluţia de degresare, se spală în jet de apă. Se imersează 3 minute în soluţia de decapare, se spală cu apă distilată şi se usucă cu hârtie de filtru. Se cântăreşte plăcuţa de alamă la balanţa analitică cu precizie de 0.01 g şi se notează masa iniţială mi. Se realizează montajul conform figurii 1. Se montează electrozii în suport, se conectează la bornele electrolizorului respectând polarităţile şi se introduc în baia de electroliză. Se conectează instalaţia de electroliză la reţea şi se pune în funcţiune. Se reglează, cu ajutorul potenţiometrului sursei, intensitatea curentului electric la 0.5A.

Fig. 1 Instalaţia de electroliză 1 - baia de electroliză 2 – voltmetrul 3 – ampermetrul 4 - potenţiometrul, 5 - sursa de curent continuu 6 - plăcuţa de alamă 7 - anodul de cupru.

ObservaţieObservaţie: în timpul electrolizei se va urmării ca intensitatea curentului electric să se menţină constantă. După 30 min se întrerupe funcţionarea instalaţiei; Catodul de alamă se scoate din celula de electroliză se spală cu apă distilată şi se usucă prin tamponare cu hârtie de filtru. Se cântăreşte la balanţa analitică şi se notează masa finală mf. Se măsoară suprafaţa totală, S, a plăcuţei de metal care a fost acoperită cu cupru.

Rezultate şi calculeRezultate şi calcule

Se întocmeşte următorul tabel:Metalul de

protejatI,A

t,ore

mi,g

mf,g

mp,g

mt,g

c,

%

S,cm2

hcm

Se calculează masa teoretică mt cu relaţia (5.14) cunoscând ACu=63.54g/mol Se calculează masa de cupru depusă practic mp = mf - mi. Se calculează randamentul de curent cu ajutorul relaţiei (5.15)Se calculează grosimea stratului de cupru depusă la electroliză cu relaţia (5.16) cunoscând Cu=8.93 g/cm3.