Электрохимическое получение латуни и бронзы

Цель работы

Ознакомление с процессом электроосаждения сплавов медь-цинк (латунь) и медь-олово (бронза); выяснение условий совместного осаждения металлов и влияния отдельных факторов на состав и свойства сплавов.

Теоретическая часть

Одним из старейших процессов электроосаждения сплавов является латунирование. Латунь – это сплав цинк-медь. Латунь принято делить на белую (2 – 30 % меди), желтую (60 – 80 % меди) и томпак, или красную (88 – 95 % меди). Если содержание меди в металлургических латунях не менее 62%, то по фазовому составу латунь представляет собой твердый раствор замещения.

Латунь с содержанием меди 68 – 73 % имеет большую прочность сцепления с резиновыми покрытиями, поэтому электрохимическое латунирование широко используют для улучшения адгезии резины со стальными и алюминиевыми изделиями. При более высоком содержании меди электрохимическое покрытие сплавом медь-цинк применяют для получения биметалла сталь-томпак, оно может использоваться также в качестве подслоя под покрытия другими металлами.

Осаждение сплава медь-цинк затруднено тем, что стандартные потенциалы меди и цинка отличаются более, чем на 1 В. В настоящее время для получения электрохимического сплава медь-цинк предложены как комплексные, так и простые электролиты. Если при электроосаждении сплава из комплексных электролитов стремятся к сближению равновесных и катодных потенциалов путем изменения активности ионов, то при осаждении из растворов простых солей сближение достигается путем электроосаждения меди на предельном токе. В последнем случае, однако, удается получать осадки латуни толщиной до 1 мкм и только в присутствии поверхностно-активных веществ.

При сопоставлении равновесных и катодных потенциалов для различных комплексных соединений меди и цинка установлено, что в цианидных растворах возможно более полное сближение как равновесных, так и катодных потенциалов. Кроме цианидных электролитов для латунирования предложены также дифосфатные, роданидные, тиосульфатные, оксалатные, трилонатные электролиты.

Покрытие сплавом медь-олово, или бронзирование, применяют как для защиты от коррозии, так и для декоративной отделки поверхности изделий. Покрытие малооловянистым сплавом (10 – 20% олова) золотисто-желтого цвета используют также в качестве подслоя взамен медного и никелевого покрытий перед хромированием. Высокооловянистый сплав (40 – 45% олова), так называемая белая бронза, в некоторых случаях может служить заменой серебра. Несмотря на то, что значение удельного электрического сопротивления сплава Cu – Sn значительно выше, чем у серебра, в промышленной атмосфере, где есть примеси сернистых соединений, оно остается стабильным, в то время, как у серебра, возрастает в десятки раз. По этой причине покрытия белой бронзой рекомендуют для нанесения на электрические контакты. В простых кислых растворах потенциал меди положительнее потенциала олова примерно на 0, 5 В, поэтому для совместного осаждения этих металлов пользуются растворами их комплексных солей.

Для покрытия сплавом медь-олово предложено большое число электролитов. Как и для латуни, электролиты в основном комплексные, наиболее исследованный из них — цианидный. Для замены цианидных электролитов предолжены фенолсульфоновые, триполифосфатные, дифосфатные и фторборатные. Во всех случаях наибольшее влияние на состав покрытия оказывает изменение соотношения ионов металлов в электролите и плотность тока. Для дифосфатного электролита, который является малотоксичным, существенным фактором является температура электролита.

Приборы и реактивы

1. Химические стаканы 10, 20, 150, 200 мл.

2. Амперметр.

3. Вольтметр.

4. Кулонометр.

5. Весы аналитические.

6. Тигли фарфоровые, 50, 100 мл.

7. Фильтры бумажные.

8. Печь муфельная.

9. Шкаф сушильный.

10. Пластинки из нержавеющей стали 2х5 и 2х4 см.

11. Медный купорос, CuSO ₄•5 Н ₂ О, техн.

12. Цинковый купорос, ZnSО ₄•7 Н ₂ О, техн.

13. Сегнетова соль, чда.

14. Едкий натрий, техн.

15. Пирофосфат натрия, Na ₄ Р ₂ О ₇•10 Н ₂ О, техн.

16. Фосфат натрия, Na ₃ PO ₄•12 Н ₂ О, техн.

17. Карбонат натрия, Na ₂ CO ₃, чда.

18. Оксалат натрия, (NН ₄)₂ С ₂ O ₄, чда.

19. Раствор аммиака, конц.

20. Ксилота азотная, конц.

21. Кислота серная, конц.

22. Фосфат аммония, 10% раствор.

23. Трилон Б, 0, 1н. раствор.

24. Мурексид.

25. Метиловый красный, раствор.

26. Вода дистиллированная.

Порядок выполнения работы