Электрохимических покрытий

Электрохимическими называются реакции, протекающие за счет электрической энергии. Они протекают в электрохимических системах. Электрохимическая система состоит из электролита, металлических электродов и проводников первого рода, которые соединяют электроды с источником постоянного электрического тока.

Электрохимическая система может находиться в равновесном и неравновесном состоянии. В равновесном состоянии электродная реакция

Meⁿ⁺ + ne ↔ Me

Протекает с одинаковой скоростью в обоих направлениях, поэтому никаких изменений на электродах и в электролите не происходит.

В неравновесной системе электрохимические процессы протекают в заданном направлении за счет внешней электрической энергии. На поверхности анода протекает реакция электрохимического окисления, а на катоде – электрохимического восстановления. Количественная связь между прошедшим через границу электрод-электролит электричеством и количеством образующегося или расходуемого металла определяется законами Фарадея.

Первый закон Фарадея: масса прореагировавшего при электролизе вещества пропорциональна количеству прошедшего через раствор электричества:

m = cQ =cIt

где Q – количество электричества; с – электрохимический эквивалент; I – сила тока; t –время.

Электрохимический эквивалент представляет собой массу вещества, реагирующего при пропускании единицы количества электричества. За единицу количества электричества может быть принят 1 Кл = 1 А с или

1F = 26, 8 А ч = 96500 Кл.

Согласно второму закону Фарадея, при прохождении постоянного количества электричества массы прореагировавших веществ относятся между собой как их химические эквиваленты:

m₁/A₁ = m₂/A₂ =m₃/A₃ = const

Если Q = 1F, то m₁ = с₁, m₂ = с₂, m₃ = с₃, тогда уравнение примет вид

C₁/A₁ = с₂/A₂ =с₃/A₃ = 1F

Следовательно, для превращения 1 г-экв любого вещества необходимо пропустить через электролит количество электричества равное 96500 Кл.

На электродах при электролизе часто протекает несколько процессов, один из которых является основным, а остальные – побочными. Для определения количества электричества, израсходованного на основной процесс, введено понятие выхода по току

ВТ = m_п/m_т,

Где m_п – практически прореагировавшая масса вещества m_т – теоретическая масса вещества, которая должна была прореагировать в соответствии с законом Фарадея.

Выход по току показывает, насколько эффективно идет процесс. Катодный выход по току для наиболее распространенных гальванических процессов:

Золочение – 90%

Кадмирование – 85-95%

Меднение – 40 – 100%

Никелирование – 90 -100%

Хромирование

блестящее – 8 -12%

твердое – 12-28%

цинкование – 75 – 100%

Скорость электрохимической реакции определяется массой прореагировавшего вещества в единицу времени. Так как между массой прореагировавшего вещества и количеством прошедшего электричества существует прямопропорциональная зависимость, то можно считать, что скорость электрохимической реакции пропорциональна силе тока. В гальванотехнике принято относить скорость электрохимической реакции к единице поверхности и называть ее плотностью тока (А/см²). Различают катодную и анодную плотность тока:

I_к =I/S_к

I_а =I/S_а

где S_к и S_а – площадь катода или анода соответственно, I – сила тока, проходящего через электролит, А.

Во время нанесения электрохимического покрытия на электродах протекают следующие процессы:

К: Meⁿ⁺ + ne = Me

А: Me – ne = Meⁿ⁺

Катодом служит изделие, на которое наносится покрытие. Аноды обычно изготавливают из того металла, покрытие из которого наносится на изделие.