Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (Учебник по химии), страница 104

(ХЧ!.7) Изменяя поверхность электрода и концентрацию реагента, можно изменить ток, протекающий через ячейку. На основе использования законов электрохимнческой кинетики созданы хемотронные диоды (выпрямителн), датчики давления и скорости н др. Хемотронные диоды используют в низкочастотных цепях со слабыми сигналами прн напряжениях ниже О,З В. Диод (рис. ХЧ1.5) представляет собой закрытую ячейку, заполненную раствором иодида калия и иода (К1+ !з), причем концентрация иодида калия значительно болыпе, чем концентрация иода (Ск~/Со=50 и выше). В ячейке имеются два платиновых р .

Ху! з Схема хемотрончогс электрода; один — точечный с площадью поверхности 5„второй — с площадью поверхности 5м причем 5э в 10' — !О" раз больше 5ь Такая ячейка вводится в цепь переменного тока низкой частоты под напряжением 0,3 В и ниже.

Можно легко подсчитать по уравнению (ХЧ!.7), что ток на точечном электроде всегда меньше тока на большом электроде, так как поверхность большого электрода на три-четыре порядка больше поверхности малого электрода, а разница в концентрациях иона ! и иода оставляет около двух порядков.

Следовательно, и ток, проходящий через ячейку, будет определяться точечным электродом. Когда точечный электрод является анодом, на нем разряжаются ионы 1: 21 — 2е — 1ь Предельный ток на этом электроде и соответственно ток, протекающий через ячейку (назовем его прямым током 7), равны (см. уравнение (ХЧ1.7)]: г =.го, п,,э,~з. При переключении полюсов, когда точечный электрод становится катодом, на нем разряжаются молекулы иода: !з+ 2е = 21 . Предельный ток на электроде и соответственно ток в ячейке (назовем его обратным током /) равны 7 = гп~,с, з,(ь'. Так как коэффициенты диффузии веществ мало отличаются друг от друга, то можно в первом приближении принять, что 0г Оь, тогда получим соответствующие значения прямого и обратного токов ячейки ПГ =С,~пь Так как С,— » С~,„то прямой ток ячейки значительно выше обратного тока.

Таким образом, ток проходит в основном в прямом направлении, т. е. происходит его выпрямленяе и ячейка работает как диод. Уменьшая концентрацию !ь можно снизить обратный ток до необходимых пределов. Кроме рассмотренных созданы другие электрохимические преобразователи; мемисторы, датчики давления и вибрации, модуляторы света и др. Хемотроны обладают определенными достоинствами, открывающими перспективу их широкого применения в радиоэлектронных и кибернетических схемах. Достоинством хемотронных устройств является их простота, высокая ' чувствительность, малое потребление энергии, малые цена и размеры.

К недостаткам хемотронов относятся невозможность работы с ними на токах высокой частоты, при напряжениях выше ! В, а также их инерционность. Хемотроны применяют в качестве датчиков механических и акустических величин, выпрямителей, реле времени, запоминающих, интегрирующих и других элементов информационно-вычислительных комплексов и для других целей. 5 ХУЬЗ. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АНОЛНАЯ ОВРАЕОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Для изменения размеров и формы, а также состояния поверхности металлических изделий используют электрохимические способы обработки, при которых производится электроокисление металлических изделий: электрохимическая размерная обработка, электрохимическое полирование и анодирование.

Электрохимическая размерная обработка металлов и сплавов. Анодная обработка изделий для придания им требуемой формы получила название электрохимической обработки металлов (ЭХОМ). Этот способ обработки металлов во многих случаях имеет важные достоинства, так как позволяет обрабатывать детали сложной конфигурации и металлы, которые механически илн вообще не могут быть обработаны, или обрабатываются с большим трудом (например, очень твердые металлы и сплавы). Кроме того, инструмент (катод) при этом не изнашивается, а обработка не влечет изменения структуры металла.

К недостаткам ЭХОМ относится большой расход энергии, поэтому этот метод не применяется для обработки обычных металлов, сплавов и изделий простой конфигурации. Как и при обычном электролизе с растворимыми анодами, при ЭХОМ происходит анодное растворение металла: М вЂ” пе — М"4.

На катоде, который при электрохимической обработке называют инструментом, обычно выделяется водород: 2Н г + 2е = Нь Особенностью ЭХОМ по сравнению с другими методами электролиза является высокая скорость растворения металлов. Плотность тока при электрохимической обработке металлов в сотни и тысячи раз выше плотности тока других электрохимических процессов. Для обеспечения высоких скоростей процесса (высоких плотностей тока) при относительно невысоких напряжениях необходимо снизить омическое падение напряжения и поляризацию электродов. Омическое падение напряжения уменьшается снижением зазора между электродами (до 0,1 мм) и использованием раствора электролита с высокой электрической проводимостью.

К особенности анодных процессов относится пассивность металлов, при которой резко падает скорость анодного растворения металла, несмотря на увеличение анодиой поляризации. Как видно из рис. ХЧ!.6, при увеличении анодной поляризации растет плотность вводного тока. При некоторой поляризации, равной АЕ„, потенциал анода становится равным потенциалу 42! пассивации Е„, после этого анодный ток начинает резко уменьшаться до минимальоа ного значения 4. Скорость вводного процесса начинает снова возрастать лищь после достижения потенциала Е„„, при котором начинается новый процесс, например выделение кислорода.

Всю анод- Е ную кривую можно разделить на несколько областей. В области АВ происходит активное растворение металла, в области ВС вЂ” пассивация металла и падение скорости процесса, в области СР— пассивное состояние металла, при котором скорость анодного растворения очень мала, и в области РЕ протекает новый анодный процесс. Причиной пассивности меРис ХЧ!В Подари««и - таЛЛОВ яВЛяЕтея адСОрбцня КИСЛОрОда, «Раааа чета'ди образование оксидных пленок на поверхческого анода при пасси- ности металла или действие обоих факторов. Из-за наличия адсорбированного кислорода или оксидной пленки растворение металла тормозится.

Для предотвращения пассивации металла процесс необходимо вести в активной области, т, е, снижать вводную поляризацию. Существенную роль при электрохимической обработке металлов играет концентрационная поляризация, так как при высоких скоростях растворения металла и малом расстоянии между электродами может происходить быстрое изменение концентрации продуктов реакции в межэлектродном пространстве. Для снижения концентрационной поляризации и предотвращения пассивации анода необходимо принудительно с высокой скоростью выводить продукты анодного растворения металла из зазора между анодом и катодом.

Схема электрохимической обработки металла представлена на рис. ХЧ1.7. Обрабатываемое изделие служит анодом и растворяется При прохождении тока. К отрицательному полюсу источника тока подключается катод (инструмент), обычно изготавливаемый из стали. На катоде выделяется водород. Между электродами сохраняется небольшой зазор, по мере растворения анода передвигают катод, чтобы сохранить малое расстояние между анодом н катодом. В зазор между электродами подается под давлением раствор электролита, в данной установке через полость в центре катода. Раствор электролита выносит из межэлектродного пространства продукты анодного растворения и газообразные продукты катодной реакции, Последние затем удаляются в атмосферу, а продукты растворения тем или иным способом выводятся из раствора электролита.

В качестве растворов электролитов для обработки сталей и многих цветных металлов (никель, медь, кобальт, титан) и их сплавов применяется раствор )ч(аС1; для обработки алюминия, цинка, олова и 422 В результате пленка становится пористой, через поры пленки проникают ионы и процесс роста пленки продолжается. Полученная пленка А1,0з имеет ценные свойства. Она весьма пориста, причем размеры пор очень малы.

Вследствие этого пленка может быть пропитана различными составами, повышающими коррозионную стойкость поверхности. Красители также могут придать поверхности разнообразную окраску, что используется при декоративной обработке алюминия. Оксидная пленка весьма тверда, поэтому после анодирования повышается износостойкость металла. Пленка А!зОз имеет высокое электросопротивление. Так, на алюминии высокой чистоты удается получить пленки с удельным электросопротивлением 10" Ом см. Поэтому оксидирование используется для получения изолирующих слоев на алюминиевых лентах, применяемых в конденсаторах.

Кроме алюминия производят также электрохимическое оксидирование магния и меди. $ ХУКА ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ Гальваническими называются металлические покрытия, наносимые на поверхность какого-либо изделия методом электролиза. Гальваническим способом можно получить покрытия всеми металлами и сплавами, которые могут выделяться на катоде. Толщина покрытий в зависимости от их назначения составляет 1 — 100 мкм. Гальванические покрытия широко применяются во многих областях техники и имеют различные назначения: а) зашита от коррозии: цинкование, кадмирование, лужение и др.; б) защита от коррозии и придание красивого внешнего вида (защитно- декоративные); никелирование, хромирование, серебрение и золочение; в) повышение электрической проводимости: меднение, серебрение, золочение; г) повышение твердости и износостойкости: хромирование, родирование, палладирование; д) получение магнитных пленок: осаждение сплавов никель — кобальт и железо — никель; е) улучшение отражательной способности поверхности: серебрение, родирование, палладирование, хромирование; ж) улучшение способности к пайке: лужение, осаждение сплава олово — свинец; з) уменьшение коэффициента трения: свинцевание, хромирование, осажденне сплавов олово — свинец, индий — свинец и др.

Нанесение гальванических покрытий проводится в электролизере, называемом гальванической ванной. Электролизер имеет два электрода и раствор электролита. Катодом служит изделие, иа которое наносится покрытие. На катоде идет процесс восстановления находящихся в растворе электролита ионов металла (электроосаждение металла); М"+ + пе — М.