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 met 15315m1224p alelor consta în 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 între metalul de protejat si mediul coroziv. Îndeplinirea 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 decât 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 având rolul de catod sunt protejate. În 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

În acest caz protectia metalului de baza este asigurata numai atunci când stratul protector îl izoleaza complect de mediul exterior. De aceea acoperirile catodice trebuie sa îndeplineasca 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, în scop decorativ, pentru reducerea frecarii sau îmbunatatirea unor parametrii electrici sau magnetici.

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

În 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.

În solutia apoasa sulfatul de cupru si acidul sulfuric CuSO₄ si H₂SO₄ sunt disociati în ioni:

(5.11)

La electroliza cu anod solubil se desfasoara urmatoarele reactii electrochimice:

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

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

În 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)

în care: A - este masa atomica a metalului; I - intensitatea curentului electric; t - timpul de electroliza; n - valenta metalului, numarul de electroni cedati în 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)

în 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.

Fig. 1 Instalatia de electroliza 1 - baia de electroliza 2 - voltmetrul 3 - ampermetrul 4 - potentiometrul, 5 - sursa de curent continuu 6 - placuta de alama 7 - anodul de cupru.

Substante si materiale

Solutia de degresare, solutia de decapare, hârtie abraziva.

Mod de lucru

Se curata suprafata piesei de alama cu hârtie abraziva, se spala în jet de apa.

Se imerseaza câteva minute în solutia de degresare, se spala în jet de apa.

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

Se cântareste 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 în suport, se conecteaza la bornele electrolizorului respectând polaritatile si se introduc în baia de electroliza.

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

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

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

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

Se cântareste 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 întocmeste urmatorul tabel:

Se calculeaza masa teoretica m_t cu relatia (5.14) cunoscând 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) cunoscând r_Cu=8.93 g/cm³.