Protectia anticoroziva a metalelor prin acoperire cu straturi metalice (cuprarea)

Protectia anticoroziva a metalelor prin acoperire cu straturi metalice (Cuprarea)

Scopul lucrarii

Depunerea prin electroliza cu anod solubil a unui strat de cupru pe alama

Introducere

Una din metodele, folosite frecvent, de prevenire si combatere a coroziunii metalelor consta in acoperirea acestora cu straturi protectoare metalice si nemetalice.

Stratul metalic depus trebuie sa fie aderent, continuu, uniform, fara pori si fisuri pentru a crea o bariera intre metalul de protejat si mediul coroziv. Indeplinirea acestor conditii depinde de pregatirea suprafetei (prin rectificare, decapare, degresare, lustruire) si de conditiile de electroliza (compozitia baii de electroliza, densitate de curent, temperatura).

Acoperirile cu metal cu potential de electrod mai electronegativ decat a metalului de protejat sunt anodice, ca de exemplu acoperirea cu zinc sau crom pe otel:

V V V

Actiunea lor protectoare este determinata nu numai de izolarea de mediul agresiv, dar si de actiunea de protectie electrochimica. Daca stratul de metal contine pori sau alte discontinuitati, portiunile de metal neacoperite avand rolul de catod sunt protejate. In pila galvanica alcatuita din cele doua metale si mediul coroziv, metalul depus se distruge prin reactie anodica.

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

V             V V

In acest caz protectia metalului de baza este asigurata numai atunci cand stratul protector il izoleaza complect de mediul exterior. De aceea acoperirile catodice trebuie sa indeplineasca conditii riguroase privind dimensiunea si numarul porilor, deoarece este posibil atacul mediului coroziv pe micile portiuni dezgolite cu rol de anod.

Depunerea electrochimica a metalelor pe substraturi metalice se aplica pentru protectie anticoroziva, in scop decorativ, pentru reducerea frecarii sau imbunatatirea unor parametrii electrici sau magnetici.

Depunerile de cupru sunt folosite ca strat intermediar la nichelarea si cromarea otelului, la protectia alamei impotriva coroziunii, la confectionarea unor circuite integrate, etc.

In aceasta lucrare se va studia depunerea cuprului pe o placuta de alama prin electroliza cu anod solubil.

Baia de electroliza contine o solutie apoasa de CuSO₄ acidulata cu H₂SO_4. Anodul este confectionat din cupru. Catodul este chiar placuta de alama care urmeaza sa fie protejata.

In solutia apoasa sulfatul de cupru si acidul sulfuric CuSO₄ si H₂SO₄ sunt disociati in ioni:

(5.11)

La electroliza cu anod solubil se desfasoara urmatoarele reactii electrochimice:

^{La anod (+): (5.12)}

^{La catod (-):} (5.13)

In baia de electroliza concentratia sulfatului de cupru se mentine constanta.

Relatii de calcul

Masa teoretica de metal depus, m_t, se calculeaza conform legii lui Faraday cu relatia:

(5.14)

in care: A - este masa atomica a metalului; I - intensitatea curentului electric; t - timpul de electroliza; n - valenta metalului, numarul de electroni cedati in reactia redox; F - constanta lui Faraday (96500 C/Eg = 26.8 Ah/Eg).

Randamentul de curent pentru cantitatea de electricitate Q constanta este:

(5.15)

unde m_p este masa practica de metal depusa.

Grosimea, h, a stratului de metal depus se calculeaza din relatia:

(5.16)

in care: r - este densitatea absoluta a metalului.

S - suprafata piesei metalice acoperite cu stratul protector.

Aparatura

Instalatia de electroliza din figura 1 este compusa din baia de electroliza, voltmetru, ampermetru, potentiometru, sursa de curent continuu, placuta de alama, anodul de cupru.

Substante si materiale

Solutia de degresare, solutia de decapare, hartie abraziva.

Mod de lucru

Se curata suprafata piesei de alama cu hartie abraziva, se spala in jet de apa.

Se imerseaza cateva minute in solutia de degresare, se spala in jet de apa.

Se imerseaza 3 minute in solutia de decapare, se spala cu apa distilata si se usuca cu hartie de filtru.

Se cantareste placuta de alama la balanta analitica cu precizie de 0.01 g si se noteaza masa initiala m_i.

Se realizeaza montajul conform figurii 1.

Se monteaza electrozii in suport, se conecteaza la bornele electrolizorului respectand polaritatile si se introduc in baia de electroliza.

Se conecteaza instalatia de electroliza la retea si se pune in functiune.

Se regleaza, cu ajutorul potentiometrului sursei, intensitatea curentului electric la 0.5A.

Observatie in timpul electrolizei se va urmarii ca intensitatea curentului electric sa se mentina constanta.

Dupa 30 min se intrerupe functionarea instalatiei; Catodul de alama se scoate din celula de electroliza se spala cu apa distilata si se usuca prin tamponare cu hartie de filtru.

Se cantareste la balanta analitica si se noteaza masa finala m_f.

Se masoara suprafata totala, S, a placutei de metal care a fost acoperita cu cupru.

Rezultate si calcule

Se intocmeste urmatorul tabel:

Se calculeaza masa teoretica m_t cu relatia (5.14) cunoscand A_Cu=63.54g/mol

Se calculeaza masa de cupru depusa practic m_p = m_f - m_i.

Se calculeaza randamentul de curent cu ajutorul relatiei (5.15)

Se calculeaza grosimea stratului de cupru depusa la electroliza cu relatia (5.16) cunoscand r_Cu=8.93 g/cm³.