Катодный процесс при электроосаждении железа

Лекция 10 Электролитическое осаждение железа.

Основное применение процесса железнения – восстановление размеров изношенных стальных деталей. По сравнению с хромированием, которое часто используется для этой цели, железные покрытия имеют существенные преимущества. Поскольку выход по току при железнении в 4 – 6 раз больше, чем при хромировании, а электрохимический эквивалент в 3 раза выше, чем хрома, скорость формирования железных покрытий во много раз больше, чем хромовых. Однако электролитические железные покрытия невозможно использовать в качестве надежного антикоррозионного покрытия, поскольку оно чувствительно к повышенной влажности, кислотной среде, изменению температуры.

Электролитическим способом получают химически чистое железо (99,99% Fe) для специальных химических и физических целей. Оно, обладая большим сопротивлением механическому износу, применяется в полиграфической промышленности для увеличения срока службы медных клише.

Электролитическое железо, отожженное при 1000°С в вакууме, имеет повышенные магнитные свойства и находит применение в электро- и радиотехнической промышленности.

Гальваническое железо используется для получения железного порошка, который обладает хорошими магнитными свойствами, электропроводностью.

Процесс электролитического осаждения железа подчиняется закономерностям кинетики электродных процессов, но в электрохимическом поведении железо имеет ряд особенностей. В отсутствие внешнего тока устанавливается стационарный потенциал, который значительно отклоняется от равновесных для различных реакций восстановления железа. При прохождении тока через фазовую границу металл | раствор наряду с разрядом на катоде железа происходит разряд ионов водорода, причем рН раствора влияет на скорость электродной реакции. При осаждении железа наблюдается высокая поляризация, при этом в прикатодном слое во время осаждения происходит его подщелачивание. Осадки, как из холодных, так и горячих электролитов, получаются плотными, мелкозернистыми.

Высокая поляризация (перенапряжение) при осаждении железа существенно отличает его от других металлов, способных к восстановлению из водных растворов солей. Так, в сернокислом растворе при 20°С, i _k = 10^-2 А/дм² (10^-4 А/см²), катодная поляризация составляет 0,2 В, в то время как в аналогичных условиях поляризация для выделения меди колеблется в пределах 0,03 – 0,08 В.

Перенапряжение выделения водорода на железе невелико, поэтому при электролизе наряду с разрядом на катоде ионов железа происходит разряд ионов водорода, которые, сорбируясь металлом, образуют с ним твердый раствор и частично могут оставаться в межкристаллических промежутках. Следствием этого процесса может являться хрупкость покрытия. Совместное выделение на катоде водорода и железа приводит к падению выхода по току железа.

Процесс железнения зависит от концентрации ионов водорода. С уменьшением рН электролита выход по току резко падает. При этом с увеличением температуры катодная поляризация уменьшается, что способствует увеличению выхода по току и позволяет получать хорошие осадки при высоких плотностях тока.

Процесс осаждения железных покрытий нормально протекает в отсутствие железа (III), которое появляется в электролите вследствие окисления железа (II) кислородом воздуха. Железо (III) ухудшает качество осадков и снижает выход по току железа.

Соли железа (II) подвергаются гидролизу при меньших значениях рН, чем соли железа (III), поэтому в электролите необходимо поддерживать определенную кислотность, величина которой зависит от температуры раствора и применяемой плотности тока. Чем выше температура электролита и больше плотность тока, тем выше должна быть кислотность.

Железо относится к металлам, имеющим большую склонность к пассивации, т.е. образованию оксидной пленки на поверхности катода, что отражается на его электрохимическом поведении. Это необходимо учитывать в технологических процессах, где стабильность поверхности железа, а, следовательно, и скорости осаждения железа имеет большое значение.

Особенностью электроосаждения железа является многостадийный механизм разряда, когда переход из начального состояния (ионы Fe ²⁺ в растворе) в конечное металлическое (Fe ⁰) Fe²⁺ + 2ē → Fe осуществляется через ряд последовательных (одноэлектронных) электрохимических актов.

Большинство исследователей считает, что осаждение железа идет через образование адсорбционного соединения железа с гидроксил-ионом FeOH ⁺.

Дата добавления: 2014-01-13