РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Нанесення тонких хромових покриттів завтовшки 0,01; 0,02 і 0,03 мкм здійснювали на промислову стальну консервну жерсть марки 08кп в електроліті хромування наступного складу:
- хромовий ангідрид CrO3 концентрацією 80-120 г/л;
- кальцій сірчанокислий CaSO4 концентрацією 8-10 г/л;
- домішка "UP-Cr-1" концентрацією 3-5 г/л.
2.1. Розробка та виготовлення електрохімічної установки з коміркою, електрод якої імітує рух стрічки консервної жерсті
Для наближення процесу хромування консервної жерсті в лабораторних умовах до умов, які реалізуються в промисловості, розробили та виготовили електрохімічну установку з коміркою, електрод якої імітує рух стрічки консервної жерсті з лінійною швидкістю до 9 м/с.
Ця установка складається із комірки з катодом у виді диска, який обертається на горизонтальному валу обертання. Установка має двигун постійного струму, який зблоковано з генератором постійного струму, що дозволяє визначати швидкість обертання дискового катода за даними величин напруги, що генерується. Двигун забезпечує до 3500 об/хв і можливість плавного регулювання числа обертів лабораторним автотрансформатором.
Лінійна швидкість розподіляється по радіусу дискового катода від 5 до 7 м/с (при діаметрі дискового катода D=4 см; діаметрі диска, що екранує, d=3 см і швидкості обертання 3500 об/хв.). Установка дозволяє реалізовувати лінійні швидкості на дисковому електроді від 0,9 до 9 м/с при повному чи частковому зануренні катода в електроліт.
Електрохімічна установка з обертовим катодом, схема якої представлена на рис. 2.1, складається з наступних основних частин:
- електрохімічна комірка з нерухомим анодом і обертовим дисковим катодом на горизонтальному валу двигуна;
- електродвигун-генератор постійного струму з лабораторним автотрансформатором для регулювання числа обертів та реєструвальний прилад - вольтметр постійного струму;
- стабілізовані джерела постійного струму для живлення електродвигуна-генератора та для живлення комірки з дисковим електродом.
Рис. 2.1 Схема електрохімічної установки з коміркою, електрод якої імітує рух стрічки консервної жерсті:
1 - лабораторний автотрансформатор (0 - 220 В, 10 А);
2 - стабілізоване джерело постійного струму (35 В, 5 А);
3 - двигун - генератор постійного струму (35 В, 5 А, 3500 об/хв);
4 - електрохімічна комірка з дисковим електродом (D=4 см, d=3 см);
5 - вольтметр постійного струму (0 - 15 В);
6 - стабілізоване джерело постійного струму (0 - 10 В, 0 - 5 А) для живлення електрохімічної комірки
Побудовано калібрований графік в координатах (Р)=f (N), де Р - показання вольтметра, N - оберти за секунду вала двигуна-генератора. Визначено залежність лінійної швидкості дискового електрода (при D=4 см, d=3 см) від показань вольтметра (зокрема, при D=4 см V=0,0598 Р, при d=3 см V=0,0449 Р, де Р - показання вольтметра за шкалою 15 В).
2.2. Розробка метода прецизійного визначення товщини тонкого хромового покриття на консервній жерсті
Для прецизійного визначення товщини тонкого хромового покриття на консервній жерсті розробили методику, згідно з якою товщину шару хрому визначають кулонометричним способом в залежності від тривалості його розчинення.
Зразок виготовляють зі стрічки хромованої консервної жерсті, поверхню якого ізолюють клейкою стрічкою, залишаючи відкритою робочу поверхню розміром 2 см2 (обов'язково в центрі стрічки), а протилежну поверхню зразка ізолюють повністю. Товщина хромового покриття визначається часом, що витрачається на електрохімічний розчин шару хрому в 1,5-2 н. NaOH при постійних значеннях струму і температурі розчину (t=20-25?C).
Суть методики полягає у наступному. Зразок хромованої жерсті, підготовленої належним чином, встановлюють в електрохімічну комірку. Конструкція цієї комірки припускає наявність трьох електродів: 1 - робочий електрод (зразок хромованої жерсті); 2 - електрод порівняння (хлоросрібляний електрод); 3 - допоміжний електрод (сталева пластина). Електроди 1 і 2 підключають до потенціостату (ПИ-50-1) за схемою, яка представлена на рис. 2.2. Комірка заповнюється електролітом (2 н. NaOH) і проміж зразками, які є анодом і катодом, пропускають електричний струм величиною 3 мА.
Між робочим електродом і електродом порівняння вимірюють різницю потенціалів. При цьому потенціал робочого електроду, тобто зразка хромованої жерсті, здобуває значення близько 200 мВ і незначно підвищується, поки на зразку є металічний хром. У момент закінчення розчинення хромового покриття потенціал стрибкоподібно підвищується на 200-400 мВ (до 400-600 мВ), що є ознакою відсутності шару хрому на жерсті. Тривалість розчинення хрому (?) у секундах фіксується секундоміром або іншим приладом. Товщину хромового покриття визначають у мікрометрах за формулою:
, (2.1)
де Е = 8,982?10-5 г/(А?с) - електрохімічний еквівалент хрому;
I = 0,003 А - сила струму;
? - тривалість розчинення, с;
В =100 % - вихід по струму;
S = 2 см2 - робоча площина зразка хромованої жерсті;
d = 7,14 г/см3 - щільність металічного хрому
Рис. 2.2 Схема установки для прецизійного визначення товщини хромового покриття на консервній жерсті:
1 - робочий електрод (зразок хромованої жерсті);
2 - електрод порівняння (хлоросрібляний електрод);
3 - допоміжний електрод (сталева пластина);
4 - потенціостат ПИ-50-1;
5 - електрохімічна комірка
Визначили значення товщини хромового покриття в залежності від тривалості його розчинення (табл. 2.1).
Таблиця 2.1
Товщина хромового покриття на консервній жерсті як функція тривалості його розчинення
Тривалість розчинення, с2550100150200250Товщина хромового покриття, мкм0,00480,00960,01920,02880,03840,0480
2.3. Розробка метода визначення механічної стійкості хромового покриття на консервній жерсті
В умовах зниження товщини