Меню

При каком напряжении проводилось серебрение детали

Механизм и метод гальванического серебрения. Структура и свойства серебряных покрытий.

Содержание:

1. Что такое серебро?

Серебро — мягкий, пластичный и ковкий драгоценный металл снежно-белого цвета. Стандартный электродный потенциал серебра по разным источникам равен 0,799-0,81 В, а его электрохимический эквивалент составляет 4,025 г/(А*ч).

Серебро имеет атомную массу 107,88, плотность 10,49 кг/м 3 и температуру плавления 960,5 о С. Теплопроводность серебра в пределах от 0 до 100 0 С равна 1 кал/(с*см* о С), удельное сопротивление 0,016 Ом*мм. Из всех металлов оно обладает наилучшей тепло- и электропроводимостью.

Твердость самородного серебра равна 26 кгс/мм 2 . Микротвердость гальванически осажденных серебряных покрытий возрастает до 590-1370 МПа, а при наличии специальных добавок, вводимых в электролит серебрения, микротвердость возрастает еще в 1,5 — 2 раза.

Насколько серебро химически стойко ?

Серебро растворяется в концентрированной азотной кислоте, царской водке, горячей 85% серной кислоте. Серебро неустойчиво в растворах аммиака. Кислород окисляет серебро только при давлении 1,5 МПа и температуре 300 о С. Серебро быстро тускнеет в промышленной атмосфере в присутствии одновременно сернистых соединений, кислорода и влаги, покрываясь пленкой сульфидов коричневого и темно-серого цвета. Особенно активно в этом отношении гальванически осажденное серебро. Также серебро может тускнеть в присутствии органических серосодержащих материалов, если длительное время будет находиться вместе с ними в непроветриваемом помещении.

Заметное изменение цвета поверхности серебра начинается с толщины сульфидов от 40 нм. При этом максимальная толщина сульфидной пленки составляет 0,3 мкм. Сами по себе пленки сульфида серебра термостойки до 885 о С, не растворятся в кислотах и аммиаке, но неустойчивы в 5-10% цианидах.

Химическая активность серебряных покрытий возрастает на шероховатой поверхности.

Серебро устойчиво в соляной кислоте, щелочах, сухом сероводороде. По коррозионной стойкости оно приближается к благородным металлам, не окисляясь на воздухе при обычных условиях.

Во всех соединениях серебро одновалентно, хотя на сегодняшний день этот факт подвергается сомнению — под воздействием озона образуются оксиды двухвалентного серебра. С сероводородом в присутствии влаги и кислорода воздуха серебро образует нерастворимый в воде сульфид серебра. Пленка изменяет свой цвет от радужного через коричневый к черному. Она не разлагается до 885 о С и растворяется только в азотной кислоте и аммиаке.

Все соли серебра чувствительны к свету и распадаются под его воздействием с образованием металлического серебра. Поэтому их хранят в непрозрачной таре, установленной в лабораторном шкафу с закрытыми дверцами, а приготовление электролитов ведут в ваннах с крышками или в затемненном помещении.

В чем особенности покрытий серебром?

Покрытия серебром являются катодными по отношению ко всем конструкционным материалам и не защищают их поверхность в условиях электрохимической коррозии.

В промышленности покрытия серебром применяются:

• для создания поверхностных слоев высокой электропроводимости;

• как антифрикционное покрытие в подшипниках качения и скольжения, в т.ч. в вакууме, инертных средах, маслах;

• для обеспечения хорошей электропроводности в электрических контактах;

• при изготовлении отражателей, т.к. коэффициент отражения белого света для чистого серебра равен 95%;

• для защитно-декоративной отделки бытовых предметов и ювелирных изделий.

К негативным особенностям серебряных покрытий можно отнести:

• склонность к образованию наплывов на покрытии и свариванию контактов;
• плохая переносимость запрессовки в полимеры;
• возможность иглообразования;
• миграция по диэлектрику;
• диффузия на основной металл или на внешний слой покрытия.

Особенно следует рассмотреть вопрос переходного сопротивления электроконтактов с серебряным покрытием. Как упоминалось ранее, на серебряных покрытиях может образовываться сульфидная пленка. Эта пленка обладает ионной и фотоэлектрической проводимостью. Т.е. чем больше она освещена, тем меньшее ее сопротивление. Такая особенность электропроводимости сульфидов серебра приводит к серьезной нестабильности переходного сопротивления посеребренных электроконтактов в условиях эксплуатации. Если же на контакт приложена малая контактная нагрузка и через него пропускается низкий ток, то проводимость контакта может нарушиться полностью.

На сегодняшний день серебрение из водных растворов производят химически и электрохимически. В связи с тем, что потенциал серебра (+0.8В) намного положительнее потенциала других металлов, невозможно получить прочно сцепленные мелкокристаллические покрытия из растворов простых солей серебра без добавок. На катоде происходит процесс цементации металла с контактным осаждением серебра. Поэтому электролиты на основе простых солей серебра не нашли применения в промышленности.

В свою очередь, распространение получили электролиты на основе комплексных соединений серебра. Комплексообразование позволяет сдвинуть потенциал серебра в отрицательную область, увеличить поляризацию катода, что измельчает кристаллы осадка, увеличить рассеивающую способность. Одновременно с этим комплексообразование снижает предельные плотности тока.

Читайте также:  Электронные регуляторы напряжения своими руками

Первым комплексным электролитом был цианистый электролит серебрения. Он отличается наилучшими качествами получаемых покрытий, но является чрезвычайно токсичным. Поэтому одновременно с созданием цианистого электролита начались поиски электролита, не содержащего циан или, хотя бы, не содержащего его в свободном виде.

2. Механизм серебрения из цианистого электролита.

Цианистый электролит серебрения является на сегодняшний день самым изученным и самым лучшим по качеству получаемых из него осадков.

В цианистом растворе в основном образуются комплексы -ди и -три цианаргентаты: [Ag(CN)2] — и [Ag(CN)3] 2- . В растворе также могут образовываться в незначительном количестве простые гидратированные ионы серебра. Таким образом основными компонентами этого электролита являются цианистый комплекс серебра, цианид щелочного металла и его карбонат, который непосредственно образуется в растворе при реакции цианида с углекислым газом воздуха.

Равновесия в цианидном растворе:

Очень малое содержание свободных ионов серебра в растворе, особенно при значительных концентрациях свободного цианида, не позволяют считать, что разряд ионов серебра может идти из простых ионов по следующей схеме (теория Леблана-Шика):

Существует мнение, что при осаждении серебра в прикатодной области образуется коллоидный осадок AgCN по схеме:

Это подтверждается тем, что в покрытии находят цианид серебра.

М. Филгистих и др., измеряя силу тока обмена серебра в зависимости от концентрации свободного цианида пришли к выводу, что при различном содержании свободного цианида разряд ионов серебра будет идти по разным механизмам. При концентрации ионов цианида ниже 6,5 г/л может происходить разряд ионов серебра из AgCN по схеме:

AgCN + e = Ag + (CN) —

При концентрации цианида выше (13,5 г/л) разряд ионов серебра будет происходить по схеме:

т.е разряд ионов серебра идет непосредственно из комплексного иона. К этому мнению приходят многие исследователи. Об этом же говорят данные потенциометрических измерений, где стационарный потенциал серебра изменяется в зависимости от содержания свободного цианида калия, причем в области низких концентраций изменяется значительно сильнее. Это еще раз подтверждает, что при большом содержании свободного цианида разряд ионов серебра идет непосредственно из комплексного иона.

Рассмотрим поляризационную кривую разряда серебра из цианидной ванны.

Рисунок 1 — Поляризационная кривая катодного восстановления серебра в цианидном электролите, содержащем: 40 г/л Ag (в пересчете на металл), 15 г/л свободного KCN. Температура 18-22 о С

На кривой до предельного диффузионного тока можно выделить три участка, причем катодный осадок на каждом получается разным:

• Участок I. Потенциалы от -0,25 до -0,45 В. При этом емкость двойного электрического слоя имеет мала, осадки гладкие.

• Участок II. Потенциалы от -0,45 до -0,70 В. На кривой имеется перегиб, зернистость осадков повышается.

Участки I и II отвечают элементарному акту разряда, в котором участвуют анионы [Ag(CN)2] — . Перегиб при потенциале -0,45 В обусловлен малой величиной коэффициента переноса и изменением условий разряда ионов при сдвиге потенциалов в сторону более отрицательных значений, при которых возможна десорбция ионов (CN) — с поверхности электрода и ускорение разряда на этих местах ионов [Ag(CN)2] — .

• Участок III. Потенциалы выше -0,70 В. Осадки становятся шероховатыми. Выделяется водород. Могут образовываться анионы [Ag(CN)2] — по химической реакции:

• Участок IV. Преимущественно выделяется водород.

3. Электролиты серебрения.

3.1 Цианистые электролиты матового серебрения.

В таблице 1 и 2 приведены составы электролитов матового цианистого серебрения.

Таблица 1 — Составы электролитов матового серебрения.

Источник



Гальваническое серебрение

Серебро имеет твердость до 90 кгс/мм 2 , отличается высокой коррозионной стойкостью и электропроводностью. Металл хорошо проводит тепло, отражает свет. Гальваническое серебрение используется в различных отраслях промышленности: электронной, ювелирной, радиотехнической и т. д. Детали могут изгибаться и развальцовываться, но отрицательно относятся к запрессовке. Толщина серебрения зависит от назначения деталей.

Толщина серебрения в зависимости от условий эксплуатации и назначения деталей

Серебро отличается устойчивостью к щелочным растворам и большинству органических кислот, концентрированная серная кислота может растворять металл только при кипячении, а соляная при значительном нагревании. Под воздействием аммиака и хлора на поверхности серебра образуется тонкая пленка, повышающая значения сопротивлений и затрудняющая процесс пайки, металл теряет свои преимущества. Для предупреждения негативных явлений применяется специальная технология финишной обработки.

Читайте также:  Автоматический стабилизатор напряжения однофазный электронного типа схема

Особые физико-химические характеристики покрытия определяют метод серебрения и конкретную область использования покрытий, покрытие широко распространено вне зависимости от высокой стоимости и дефицитности металла. Серебрение изделий применяется для повышения отражательных характеристик оптических и светотехнических приборов, для понижения переходного сопротивления и деталей, контактирующих между собой, для повышений устойчивости к коррозионным процессам и в декоративных целях при изготовлении ювелирных изделий.

Растворы, используемые для серебрения

В связи с тем, что в растворах простых солей серебро замещается неблагородными металлами и покрытие становится неплотным и рыхлым, серебрение металлических изделий выполняется только в растворах комплексных солей. В промышленности самое широкое распространение получили цианидные электролитические растворы, их осаждение на металл вызывает значительную катодную поляризацию, что улучшает качество поверхностей. Цианидные растворы очень токсичные, метод опасен для работающих. Во время производственного процесса большое внимание уделяется соблюдению техники безопасности. В некоторых случаях токсичные электролиты могут заменяться новыми гексацианоферратными, йодидными, роанидными, пирофосфатными и иными электролитами. Работать с такими растворами намного легче, не требуется использовать специальные меры по защите работающих и окружающей среды.
Цианидные электролиты для серебренияГлавными компонентами являются свободный цианид и комплексная соль серебра. Цианидные соли образуются в результате химической реакции соли серебра и цианида калия, соединение имеет вид творожистого белого осадка. В дальнейшем осадок растворяется в теплой воде, при необходимости вводятся дополнительные компоненты.

Осадок серебра на катоде имеет прямую зависимость от концентрации свободного KCN, чем его больше, тем мельче кристаллы, больше катодная поляризация, равномернее распределяется металл на катоде. Такие особенности позволяют понижать показатели тока во время серебрения, за счет чего понижается себестоимость покрытия, уменьшается нагрузка на электрические сети и трансформаторные подстанции.

При малом содержании цианида в свободном состоянии латунь может вытеснять серебро, что оказывает негативное влияние на прочность соединения с основой. Для улучшения качества серебрение изделий должно производиться в растворах с высоким содержанием цианида, по время процесса необходим периодический контроль состояния электролита.

Дополнительно качество осадки повышают за счет тщательной очистки используемых технологических растворов от посторонних примесей, метод очистки подбирается индивидуально. Влияние на серебрение оказывает материал катиона и щелочной металл. В качестве добавок предпочтительнее калиевые соли, в сравнении с натриевыми они лучше растворяются, что увеличивает электрическую проводимость растворов. Для вывода из состава цианида калия и углекислоты воздуха в растворы добавляются карбонаты, они не оказывают вредного воздействия на латунь.
Химический состав цианидных электролитовДля получения блестящих покрытий в электролит добавляются органические соединения или используется технология с реверсированием тока. Осадки, образующиеся на металле, имеют лучшую мелкокристаллическую структуру в сравнении с осадками, получаемыми из обыкновенных ванн. Катодная поляризация повышается при нагреве и постоянном перемешивании раствора, этот метод позволяет увеличивать допустимую плотность тока, латунь и иные сплавы имеют равномерное покрытие. Кроме того, сокращается время серебрения, что увеличивает производительность труда.

Обычные электролиты не обеспечивают серебрения с достаточной твердостью поверхностей, металл не отвечает существующим требованиям. Для повышения физических показателей применяется специальный электролит.

Главным компонентом приготовления специального электролита является нитрат серебра и цианид калия. Компоненты предварительно рассчитываются по процентному содержанию и растворяются в теплой воде, все операции делаются в затемненных технических помещениях с эффективной вытяжкой. Серебро не должно преждевременно окисляться, в противном случае латунь может потемнеть.
Нецианидные растворы серебренияИспользуются в качестве альтернативы ядовитым цианидным, в настоящее время широко используются сульфитный, роданидный, йодидный, гексацианоферратный и пирофосфатный растворы.

  1. Гексацианоферратный электролит. Характеризуется повышенной рассеивающей способностью, гальваническое покрытие серебром матовое мелкокристаллическое. Входящий в состав роданид калия не замедляет пассивацию и дает возможность вести процесс с высокими показателями анодного выхода тока, метод широко применяется при крупнооптовом производстве.

Допускается вместо желатина использовать до 50 г/л полиэтиленполиамина. По рассеивающим характеристикам эти электролиты отстают от гексацианоферратных, но обладают меньшей агрессивностью, позволяют иметь плотные мелкозернистые покрытия. Для устранения желтоватого оттенка металл рекомендуется промывать в 20% растворе йодида калия с последующей промывкой чистой водой.

  1. Раданидный электролит. Серебрение меди происходит с использованием электродов из чистого серебра, может выполняться только после предварительного серебрения. Технология предусматривает покрытие медных проводников для радиоаппаратуры, текстолита, керамики и т. д. Серебрение меди может выполняться во вращающихся барабанах.
  2. Пирофосфатный электролит. Применяется для посеребрения медных изделий сложной геометрической формы. Покрытие блестящее.
Читайте также:  Указатель напряжения со звуком

Дополнительная обработка внешних поверхностей деталейВо время процесса детали под действием соединений серы покрываются тонкой пленкой (толщина не более 0,07 мкм), что становится причиной снижения блеска и потери декоративного вида. Для предупреждения подобных негативных явлений детали после серебрения могут покрываться защитным слоем цинка, хрома, кадмия, родия или лакироваться прочным бесцветным лаком.

В промышленном производстве часто используется технология пассивирования, серебро пассивируется раствором ингибитора. После обработки серебряное покрытие не только сохраняет первоначальный вид, но и хорошо паяется и проводит электрический ток. Применяется метод хроматирования серебряных покрытий раствором бихромата калия в течение 5–10 минут при температуре раствора до +30°С. Обработка выполняется током 1–3 А/дм 2 , электроды свинцовые.
Сравнительные характеристики различных электролитовКаждый электролит для серебрения имеет свой химический состав, достоинства и недостатки. Перед принятием окончательного решения по выбору нужно учитывать эксплуатационные показатели растворов и назначение изделий.

Наименование электролита Преимущества Недостатки
Цианидный Имеет самые высокие характеристики осадков. Раствор очень токсичен, отличается небольшой устойчивостью.
Пирофосфатный Использует 100% тока, покрытие мелкокристаллическое, отличается высокой рассеивающей способностью. Высокая себестоимость раствора, метод используется редко.
Йодидный Обладает минимальной химической агрессивностью, качество покрытий удовлетворительное, применяется для посеребрения медных изделий небольших размеров. Осадок имеет желтоватый оттенок, малопригоден для ювелирной промышленности. Высокая цена йодистого калия.
Гексацианоферратный Высокое качество осадков по физическим показателям. Накапливается большое количество несвязанного цианида.
Раданидный Стабилен, серебрение латуни производится при высоком использовании тока, Быстро окисляется, требует безусловного соблюдения технологических параметров.

Оборудование для подготовки поверхностей к серебрению и серебрению
Серебрение можно производить только чистых и обезжиренных поверхностей, в противном случае неизбежно отслаивание или появление отдельных участков без осадка. Жирные загрязнения удаляются химическим способом, остальные загрязнения смываются. После очистки поверхностей детали обязательно тщательно промываются и высушиваются. Для ускорения процесса применяется специальное технологическое оборудование для серебрения.

Серебрение выполняется в ваннах, для повышения производительности допускается использование барабанов, погружаемых в ванны. Гальваническая ванна изготавливается из химически устойчивых пластиков, может иметь дополнительную термозащиту.

Посеребрение медных изделий может выполняться в подогретом электролите, для этих целей используются специальные ванны.

В перечень оборудования для серебрения могут входить жидкостные насосы, электронная аппаратура контроля и управления, системы зональной или цеховой вентиляции, различные установки по ускорению процесса.
Дефекты серебрения и способы устранения

Источник

Серебрение детали продолжалось 0,5 ч при силе тока в электролитической ванне 2 А.

а) Чему равна масса серебра, которое осело на детали? Электрохимический эквивалент серебра 1,12 мг/Кл.

б) Чему равна толщина покрытия, если площадь поверхности детали 100 см2? Плотность серебра 10,2 · 103 кг/м3.

в) При каком напряжении проводилось серебрение детали, если было затрачено 0,025 кВт · ч электрической энергии, а КПД установки 80%?

а) Чему равна масса серебра

m = k I t = 1.12*10^-3 * 2 * 0.5 * 3600 = 4.032 = 4 г

Другие вопросы из категории

. Вращающий момент равен 0, если _____ .

пожалуйста,в учебнике найти не могу,в интернете тоже. (

механическая работа?
А. Только в 1.
Б. Только во 2.
В.Только в 3.
Г. Во 2 и З.

Читайте также

1,45В, а при силе токе 0,6 А он показал 1,25В. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление элемента.

равна 180 Вт, а при силе тока 10 А эта мощность равна 100 Вт.

2. Вольтметр, подключённый к зажимам источника тока, показал 6 В. Когда к тем же зажимам подключили резистор, вольтметр стал показывать 3 В. Что покажет вольтметр, если вместо одного подключить два таких же резистора, соединённых последовательно? параллельно?

батареи при силе тока I 2 = 4 А тот же вольтметр показывал напряжение U2 = 3,9 В. Определите ЭДС и внутреннее сопротивление батареи. Током, проходящим по вольтметру, можно пренебречь.

сопротивление источника тока, его ЭДС и силу тока при коротком замыкании.
2)Красная граница фотоэффекта исследуемого металла соответствует длине волны
λкр= 800 нм. Этот металл освещается светом длиной волны λ = 600 нм. Найдите отношение Екв/Екин, где Екв – энергия падающего света, а Екин – максимальная кинетическая энергия выбитых из металла фотоэлектронов:

15А,а по катушке с индуктивностью 15Гн течет ток 0,6А. Сравните энергии магнитного поля этих катушек W1=W2 / W1>W2/ W1 10-11 класс физика ответов 1

Источник