Рабочая программа по дисциплине сд. 03 «Основы электрохимической технологии» подготовка по направлению 240100. 62 «Химическая технология и биотехнология» Курс 4

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Перечень практических занятий. Перечень лабораторных работ. Итого – 17 часов Итого – 102 часа 13.Список основной и дополнительной литературы. 14.Использование наглядных пособий, ТСО, вычислительной техники Методические указания к выполнению самостоятельной работы

Подобный материал:

• Образовательный стандарт по направлению: 550800 "Химическая технология и биотехнология", 320.51kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Математическое моделирование в химической технологии», 77.52kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Основы научных и инженерных исследований» Направление, 83.71kb.
• Специальные главы физической химии, 107.2kb.
• Рабочая программа дисциплины «Физическая химия» для подготовки бакалавров и магистров, 349.98kb.
• Общая биология и микробиология, 206.6kb.
• Рабочая программа дисциплины углубленный курс информатики информатика, 401.2kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 468.69kb.
• Рабочая программа по Теоретической электрохимии для специальности 250300 Технология, 375.63kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 221.55kb.

Энгельсский технологический институт (филиал)

ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Кафедра «Технология электрохимических производств»


Рабочая программа

по дисциплине СД. 03 «Основы электрохимической технологии» подготовка по направлению 240100.62 «Химическая технология и биотехнология»

Курс 4 Семестр 7,8 Лекции 68 Лабораторные занятия 17 Практические занятия 17 Самостоятельная работа 102 Всего аудиторных 102 Всего 204

Курсовая работа нет Курсовой проект 8 сем Расчетно-графическая работа нет Контрольная работа нет Экзамен 8 Зачет 7

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ТЭП

«31» авгутса 2010 г., протокол № 1

Зав. кафедрой, профессор ______________Н.Д. Соловьева


Рабочая программа утверждена на заседании УМКС

«04» октября 2010 г., протокол № 1

Председатель УМКС, профессор _______ Н.Д. Соловьева


Рабочая программа утверждена на заседании УМКН

«____»___________ 2010 г., протокол №_____________

Председатель УМКН, профессор ________Т.П. Устинова


г. Энгельс 2010

1. Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе.
   
   0. 1.1 Учебная дисциплина «Основы электрохимической технологии» является специальной дисциплиной и обеспечивает теоретическую и практическую подготовку инженера по электротехническим производствам, что и является целью преподавания данной дисциплины.
      
   1. 1.2 Задачи изучения дисциплины.
      

Дать студентам наиболее полное представление об электрохимических технологиях, показать пути повышения качества выпускаемой продукции, основные направления малоотходной электрохимической технологии.

0. 1.3 Перечень дисциплин, которые необходимы для освоения данной дисциплины: теоретическая электрохимия, ПАХТ, ОХТ, физическая химия, общая и неорганическая химия, физико – химические методы исследования поверхности металлов, физика, математика, система управления химико – технологическими процессами, метрология, стандартизация, сертификация, электротехника и электроника.
   
1. Требования к знаниям и умениям по дисциплине.
   

Студент должен знать основные принципы разработки перспективных электрохимических технологий и уметь применить знания на практике.

3. Распределение трудоемкости (час) дисциплины по темам и видам занятий.
   

   № мо- ду- ля	№ не- де- ли	№ те- мы	Наименование темы	часы
   				Все- го	Лек	Л.з.	Пр.з.	СРС
   1	2	3	4	5	6	7	8	9
   1 2 3 4 5 6	1,2 3-7 8,9 10 11 12 13 14 15-17 18-19 20-22 23-34	1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11	Общие вопросы основ электрохимической технологии. Электроосаждение металлов. Свойства электрохимических осажденных металлических покрытий и способы их определения. Электроосаждение блестящих металлических покрытий. Хромирование стальных изделий. Модифицирование металлической поверхности путем осаждения комбинированных электрохимических покрытий (КЭП) Электрофоретическое нанесение покрытий. Химические и электрохимические процессы в производстве печатных плат. Электрохимическое производство химических продуктов. Гидроэлектрометаллургия. Электролиз расплавов. Химические источники тока. Итого	8 38 16 8 9 12 6 6 16 14 12 204	4 10 4 2 2 2 2 2 6 4 6 24 68	6 2 2 3 4 17	12 5 17	4 20 10 4 4 10 4 4 10 6 6 36 20 102

4. Содержание лекционного курса.
   

№ те- мы	Всего часов	№ лек- ции	Темы лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции
1	2	3	4
1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11	4 10 4 2 2 2 2 2 6 4 6 24 68	1-2 3-7 8,9 10 11 12 13 14 15-17 18,19 20-22 23-34 34	Общие вопросы основы электрохимической технологии. Области (промышленные области) применения электрохимических технологий. Классификация электрохимических аппаратов. Конструкции электродов электрохимических аппаратов, их назначения, требования предъявляемые к ним, классификация. Основные и побочные процессы, протекающие на электродах. Диафрагмы электрохимических аппаратов, классификация, назначение, характеристики. Характеристики и показатели электрохимических аппаратов. Баланс напряжения на электрохимическом аппарате, тепловой баланс, энергетический баланс. Электроосаждение металлов. Основные закономерности электроосаждения металлов. Анодные и катодные процессы. Распределение металла и тока по катодной поверхности. Способы подготовки поверхности металлических изделий перед нанесением гальванических покрытий. Назначение и классификация способов. Механические способы подготовки. Химическая и электрохимическая подготовка. Химическое обезжиривание (в органических растворителях, растворах щелочей, в технических моющих средствах, с применением ультразвука). Электрохимическое обезжиривание – назначение катодного и анодного обезжиривания, составы растворов для электрохимического обезжиривания, режимы катодного и анодного обезжиривания. Травление: Химическое травление – назначение, процессы, протекающие на поверхности деталей при химическом травлении. Особенности травления черных и цветных металлов. Составы растворов и режимов процесса химического травления. Электрохимическое травление – назначение, особенности электрохимического травления на аноде и катоде. Составы растворов и режимы электрохимического травления. Активизация – назначение, место проведения операции; составы растворов для активации и режимы процесса. Цинкование, кадмирование, оловянирование, свинцевание, никелирование, железнение. Свойства и области применения. Особенности процесса, сравнительная характеристика электролитов; кислые, щелочные, простые, комплексные электролиты. Составы электролитов, назначение компонентов электролитов, условия электролиза. Основные и побочные процессы, протекающие на электродах (катоде, аноде) при электроосаждении металлических покрытий. Свойства электрохимически осажденных металлических покрытий и способы их определения. Определение эксплуатационных характеристик (испытания покрытий на адгезийную прочность с основой; на износостойкость, на жаростойкость). Определение механических свойств (определение твердости, испытания на растяжение, вязкость, разрушения (трещеностойкость) покрытий; конструктивная прочность; измерение внутренних напряжений). Определение физических и химических характеристик (определение толщины покрытий; пористость покрытий и методы ее определения; испытание покрытий на коррозионную стойкость; электрические и магнитные свойства). Определение технологических свойств (обрабатываемость гальванических покрытий; измерение шероховатости и блеска покрытий; паяемость). Электроосаждение блестящих металлических покрытий. Механизм формирования блестящих покрытий. Роль ПАВ, комплексообразующих добавок, режима электролиза на качество покрытия. Рассмотреть на примере никелирования, меднения, цинкования. Электроосаждение из электролитов – коллоидов. Хромирование стальных изделий. Классификация хромовых покрытий по назначению, свойствам покрытий. Катодные и анодные процессы при хромировании. Электролиты хромирования. Пути интенсификации процесса хромирования. Разработка малоотходного технологического процесса. Электроосаждение хрома из электролитов на основе Cr (III). Модифицирование металлической поверхности путем осаждения комбинированных электрохимических покрытий (КЭП). Получение и свойства КЭП на основе никеля, меди, железа, хрома (цинк – алмаз, хром – алмаз, никель – Al2O3, никель – бор – алмаз и др.). Механизм получения КЭП. Факторы, влияющие на качество КЭП. Использование программируемого нестационарного электролиза при получении КЭП. Электрофоретическое нанесение покрытий. Электрофоретическое осаждение покрытий на катоде, на аноде. Влияние состава суспензии, режима процесса на качество осаждаемого покрытия. Основные показатели процесса электрофореза. Стабильность суспензий. Требования к подготовке поверхности перед нанесением полимерных покрытий. Примеры технологических процессов. Химические и электрохимические процессы п производстве печатных плат. Способы производства печатных плат. Травление меди в производстве печатных плат. Нанесение фоторезистов. Химическое меднение диэлектриков. Палладиевая и беспалладиевая металлизация. Электрохимическое наращивание слоя меди. Электроосаждение сплава Sn – Pb, Sn – Bi. Электрохимическое производство химических продуктов. Теоретические основы процесса электролиза воды; электродные материалы; электродные плотности тока; состав раствора, температура, электролиз под давлением. Технологическая схема производства; электрохимический метод производства тяжелой воды. Электрохимическое производство хлора, щелочи и водорода. Теоретические основы электролиза хлоридов. Электролиз с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой; электролиз с ионообменной мембраной; электролиз с ртутным катодом. Гидроэлектрометаллургия. Общие сведения, подготовка электролита. Электрохимические способы извлечения металлов из растворов (электролиз с твердыми электродами и жидкими электродами – амальгамная металлургия). Электрохимические процессы в гидроэлектрометаллургии (электролиз в металлургии цинка, хрома, металлов группы железа). Перспективы развития гидроэлектрометаллургических процессов. Электролиз расплавов. Общие сведения; строение расплавленных солей, электропроводимость расплавленных солей, электродное равновесие в расплавах; влияние физико – химических свойств электролита на процесс электролиза. Производство магния: получение исходных материалов; свойства электролитов, электролиз; выход по току и удельный расход энергии при электролизе расплавов, рафинирование первичного магния. Химические источники тока. Классификация ХИТ. Теоретические основы работы и конструкции основных ХИТ (марганцево – цинковые, ртутно – цинковые, никель – кадмиевые, никель – железные). Основные характеристики ХИТ. Схемы изготовления отдельных ХИТ. Особенности изготовления, перспективы развития. Итого

5. Перечень практических занятий.
   

№ темы	Всего часов	№ занятия	Тема практического занятия Вопросы, отрабатываемые на практическом занятии
1	2	3	4
1-7	4 13	1-2 3-8	Решение задач по теме «Гальванотехника» и «Химические источники тока» Занятия, направленные на выполнение курсового проекта: выбор технологических параметров, общие технологические схемы и оборудования, определение фонда рабочего времени, определение времени обработки деталей, расчеты размеров стационарной и барабанной ванн, расчет требуемого количества стационарных и барабанных ванн, расчет напряжения на ванне, составление материального баланса для ванн, работающих с растворимыми и нерастворимыми анодами, расчет расхода воды на промывную операцию на ванну после нанесения покрытия

5. Перечень лабораторных работ.
   

№ темы	Всего часов	№ работы	Наименование лабораторной работы. Вопросы, отрабатываемые на лабораторном занятии.
1	2	3	4
1-7 9	4 4 4 5	1. 2. 3. 4.	Определение рассеивающей способности гальванических ванн. Определение выхода металла по току и энергии. Электрохимическое полирование медных, латунных или стальных изделий. Электрохимическое получение медного порошка.

Итого – 17 часов

5. Задания для самостоятельной работы студентов.
   

№ темы	Всего часов	Вопросы для самостоятельного изучения	литература
1	2	3	4
1-3 4 4 5 6 7 8 8 9 10 11	5 20 10 10 12 60	Электролитические покрытия благородными металлами. Нанесение гальванических покрытий на алюминиевые и цинковые сплавы. Электролитическое получение гальванических копий. Влияние структуры электролитических осадков на их физические и механические свойства. Микролегированные хромовые покрытия. Коррозионностойкие КЭП на основе никеля: триникель, «сил» - никель, «сатин» - никель. Структура КЭП. Электрофоретическое нанесение красок и лаков. Оксидирование алюминия применительно к производству печатных плат. Электрохимический синтез неорганических веществ: - гипохлорита натрия; - хлоратов, перхлоратов, хлорной кислоты; - пероксодвусерной кислоты и перекиси водорода; - диоксида марганца; - перманганата калия. Электрохимический синтез органических веществ: - адиподинитрила; - себациновой кислоты; - тетраэтилсвинца; - гидрохинона. Электрохимическое фторирование. Гидроэлектрометаллургия: - электролиз в металлургии марганца; - электролиз в производстве свинца и олова; - электролиз в металлургии благородных металлов. Электролиз расплавов: - производство алюминия (получение чистых исходных материалов; электролиз криолит – глиноземного расплава; рафинирование алюминия; электролиз хлорида алюминия) - производство натрия; - производство фтора. Химические источники тока (ХИТ) - резервные ХИТ (активируемые растворами кислот или щелочей, природной водой) - тепловые батареи; - первичные ХИТ с наводными электролитами (на основе неорганических, органических растворителей, с твердыми электролитами); - герметичные свинцово – кислотные аккумуляторы.	[1-3] – осн. лит-ра [1-8] [1-3], [9] – допол. лит-ра [1] – См. метод. указания к выполнению КР [1, 10, 12] – См. метод. указания к выполнению КР

Итого – 102 часа

8. Курсовой проект
   

Для выполнения курсового проекта используются разделы из методички: Соловьева Н.Д., Целуйкина Г.В Расчет автооператорной линии. Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектов по дисциплине «Современные направления в проектировании функциональной гальванотехники». – Саратов, СГТУ, 2006. 33 с.

Определение фонда рабочего времени

Расчет габаритов стационарной и барабанной гальванических ванн

Определение времени обработки деталей

Энергетические расчеты

Материальные расчеты. Составление материального баланса для электролизера с непроточным электролитом с растворимыми и нерастворимыми анодами

8. Курсовая работа
   

Не предусмотрена учебным планом.

8. Контрольная работа
   

Не предусмотрена учебным планом.

8. Экзаменационные вопросы
   

1. Определение прикладной электрохимии
   
2. Современные направления прикладной электрохимии
   
3. Электроды: требования, предъявляемые к ним; растворимые, нерастворимые электроды; катодные и анодные процессы в гальванотехнике и химических источников тока
   
4. Классификация электрохимических аппаратов
   
5. Диафрагмы: назначение, требования, предъявляемые к ним, классификация, характеристики
   
6. Показатели электрохимических аппаратов
   
7. Влияние состава электролита и режима электролиза на процесс электрокристаллизации металлов и сплавов
   
8. Распределение металла и тока по поверхности катода
   
9. ГОСТы по вопросам нанесения покрытий. Классификация покрытий, условные обозначения
   
10. Способы подготовки поверхности изделий перед нанесением электрохимических покрытий
    
11. Цинкование. Физико-химические свойства покрытий. Назначение и области применения. Классификация и сравнительная характеристика электролитов цинкования. Технологическая схема процесса цинкования. Пассивирование цинковых покрытий (фосфатирование, хроматирование, хромитирование)
    
12. Кадмирование. Физико-химические свойства покрытий. Назначение и области применения. Классификация и сравнительная характеристика электролитов кадмирования. Технологическая схема процесса кадмирования. Пассивирование кадмиевых покрытий
    
13. Никелирование. Двухслойное, трехслойное никелирование, КЭП на основе никеля. Черный никель. Современные направления разработки составов электролитов никелирования
    
14. Железнение. Физико-химические свойства. Области применения. Сравнительная характеристика электролитов железнения. Особенности технологического процесса железнения.
    
15. Оловянирование
    
16. Свинцование
    
17. Электролитическое осаждение благородных металлов. Общие вопросы
    
18. Модифицирование металлической поверхности путем осаждения комбинированных электрохимических покрытий (КЭП). Композиционные покрытия. Преимущества электрохимического способа перед методом промывкой металлургии, получением материалов дисперсным отверждением и др. Суспензии, применяемые для электроосаждения КЭП. Свойства суспензий. Стадии процесса образования КЭП. Влияние условий электролиза на состав и качество КЭП: состав электролита, природа и размеры осаждаемых частиц, рН электролита, материал основы, плотность тока, температура, перемешивание. Структура и свойства КЭП. Примеры осаждения КЭП на основе меди, цинка, никеля.
    
19. Электрофоретическое нанесение покрытий. Сущность электрофоретического осаждения покрытий. Осаждение покрытий на катоде, на аноде. Состав дисперсий. Режим процесса. Обеспечение стабильности дисперсий. Показатели, характеризующие электрофоретический процесс: выход по току, кроющая способность, равномерность покрытия по толщине. Основные технологические операции электрофоретического осаждения полимерных покрытий. Роль предварительной подготовки поверхности в процессе получения качественного покрытия.
    
20. Химические и электрохимические процессы в производстве печатных плат. Назначение печатных плат, требования, химические и электрохимические процессы в производстве печатных плат. Способы изготовления печатных плат. Основные стадии элеткрохимического способа производства печатных плат. Нанесение фоторезистов в производстве печатных плат. Травление меди. Химическое меднение диэлектрика. Палладиевая металлизация. Состав электролита химического меднения. Технологическая схема химического меднения диэлектрика. Беспалладиевая металлизация пластмасс, технологическая схема процесса. Электроосаждение сплавов Sn – Pb, Sn – Bi в производстве печатных плат.
    
21. Хромирование, назначение и применение хромовых покрытий. Виды хромовых покрытий, классификация по функциональному назначению. Катодные и анодные процессы при хромировании. Поляризационная кривая электровосстановления Cr (VI). Механизм хромирования по Варгамяну А.Т., Шлугеру М.А., по Ефимову Е.А. Электролиты хромирования: сульфатные, сульфатно-кремнефторидные, тетрахроматный, черного и цветного хромирования. Структура и свойства электролитических хромовых покрытий. Интенсификация процесса хромирования (перемешивания, использование нестационарного электролиза). Особенности технологического процесса хромирования. Электроосаждение хромового покрытия из электролитов на основе Cr (III).
    
22. Электрохимический синтез неорганических и органических соединений. Электрохимический синтез хлора, щелочи, водорода разложением NaCl в электролизе с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой; с твердым катодом и ионообменной мембраной; с ртутным катодом. Электрохимический синтез неорганических веществ (кислородсодержащих хлора, пероксодвусерной кислоты и перекиси водорода, перманганата калия, диоксида марганца). Электрохимический синтез органических веществ (адиподинитрила, себациновой кислоты, тетраэтилсвинца)
    
23. Гидроэлектрометаллургия, теоретические основы гидроэлектрометаллургических процессов. Технологии гидроэлектрометаллургических процессов получения различных металлов (обжиг руд и концентратов, принципиальные схемы переработки руд, процессы выщелачивания, очистка растворов, электрохимические способы извлечения металлов из растворов – способы вытеснения и электролиза с твердым и ртутным катодами). Гидроэлектрометаллургическое получение цинка, марганца, хрома, технологическая схема процесса. Электролитическое получение порошка цинка, меди. Получение металлов электролизом в расплавленных средах, теоретические основы (строение расплавленных солей, электропроводимость расплавленных солей, влияние физико-химических свойств электролита на процесс электролиза); производство алюминия, теоретические основы процесса (получение и очистка глинозема и криолита, особенности процесса электролиза криолит-глиноземного расплава, рафинирование алюминия, электролиз хлорида алюминия). Производство магния и натрия.
    

13.Список основной и дополнительной литературы.

Литература (основная)

1. Сарат. гос. техн. ун-т (Саратов). Методы обработки поверхности деталей перед нанесением покрытий: учеб. пособие для студ. спец. 190500, 120700 / О. А. Дударева, Н.Барабанов, А.А.Караваев, A.M. Сакалла; под ред. Н.В. Бекренева; Сарат. гос. техн. ун-т.- Саратов: СГТУ, 2007.-96 с.
   
2. Окулов В.В. Цинкование. Техника и Технология. - М.: Глобус, 2008. -
   248 с.
   
3. Григорян Н.С., Акимова Е.Ф., Ваграмян Т.А. Фосфатирование. - М.:
   Глобус, 2008.-238 с.
   
4. Солодкова Л.Н., Кудрявцев В.Н. Электролитическое хромирование (справочное пособие). - М.: Глобус, 2007. - 192 с.
   
5. Журнал «Гальванотехника и обработка поверхности»
   
6. Целуйкина Г.В., Финаенов А.И. Основы электролитической технологии. Методические указания, программа курса и контрольные
   задания для студентов специальности «Технология электрохимических
   производств» заочной формы обучения. - Саратов, СГТУ, 2006. - 22 с.
   
7. Химические источники тока: Справочник под ред. Н.В.Коровина,
   А.М. Скундина. - М.: Изд-во МЭИ, 2003 - 740 с.
   
8. Финаенов А.И., Савельева Е.А., Целуйкина Г.В. Основы электрохимической технологии. Методические указания к выполнению
   курсовой работы по дисциплине: «Основы электрохимической технологии» для студентов направления 240100, 240300, специальности 240302. - Саратов, СГТУ 2006. - 18 с. (Электронное
   издание)
   

Дополнительная литература

1. Якименко Л.М. получение водорода, кислорода, хлора и щелочей.- М.:
   Химия, 1974.-552с.
   
2. Якименко Л.М. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов.- М.: Химия, 1981.- 535с.
   
3. Волков Г.И. Электролиз с ртутным катодом.- М.: Химия, 1979.- 192с.
   
4. Фиошин М.Я., Смирнова М.Г. Электросинтез окислителей и восстановителей.- Л.: Химия, 1981.- 212с.
   
5. Делимарский Ю.К. Электрохимия ионных расплавов.- М.: Металлургия, 1978.- 248с.
   
6. Барабошкин А.Н. Электрокристаллизация металлов из расплавленных
   солей.- М.: Наука, 1976.- 279с.
   
7. Кудрявцев Н.Т. Электролитические покрытия металлами.-М.: Химия,
   1979.-351с.
   
8. Библиотека гальванотехника / Под ред. П.М. Вячеславова, вып. 1-11.
   
9. Сайфуллин Р.С. Комбинированные электрохимические покрытия и материалы.- М.: Химия, 1972.- 162с.
   
10. И.А. Кедринский, В.Е Дмитренко, Ю.А. Поваров и др. Химические
    источники тока с литиевым электродом. Красноярск, КГУ, 1983.-
    247с.
    
11. В.Н. Флеров. Сборник задач по прикладной электрохимии.- М.: Высш.
    Шк., 1976(1973,1976)
    
12. Л.Н. Ольшанская. Литиевые источники тока / Уч. пособ. Саратов. СГТУ, 1999.-64с.
    
13. Журнал «Гальванотехника и обработка поверхности».
    
14. B.C. Кавринский, Ф.М. Смехов. Электрические свойства лакокрасочных материалов и покрытий.- М.: Химия, 1990.- 160с.
    

15.Прикладная электрохимия / Под.ред. А.П. Томилова.- М.: Хмия,1984.-

520с.

16.Прикладная электрохимия / Под. ред. Н.Т. Кудрявцева.- М.: Химия,1975.-552с.

17.Прикладная электрохимия / Под. ред. А.Л. Ротиняна.- Л.:Химия,1974.-536с.

18.Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов.- Л.:

Машиностроение, 1983.-102с. (Библиотека гальванотехника /Под. ред.

П.М. Вячеславова)

19.Гамбург Ю.Д. Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов.

-М.: Янус - К, 1997. - 384с, ил.

20.Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник в 2 -х томах / Под.ред. М.А. Шлугера.- М.: Машиностроение, 1985, т. 1. - 241с, т.2.-248с

21 .Грилихес С.Я. электролитические и химические покрытия.

22. Гальванотехника. Справочник./ Под. ред. A.M. Гинберга.- М.:

Металлургия, 1987.-736с

23. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока.- М.:

Энергоиздат, 1981.-360с.

24. Воропаев В.Н., Дасоян М.А. и др. Химические источники тока./Уч.пособ.- М: Высш.шк., 1990.- 240с

25. Кромптон Т. Первичные источники тока: пер. с англ.- М.: Мир, 1986. 328с.


14.Использование наглядных пособий, ТСО, вычислительной техники

Фильмы на диске «Современное гальваническое оборудование и технологии», выпускаемые ООО «Грант – М»; рекламные проспекты.


Рабочую программу:

профессором кафедры ТЭП, д.т.н. Соловьевой Н.Д.

доцентом кафедры ТЭП Целуйкиной Г.В.


Методические указания к выполнению самостоятельной работы

Влияние структуры электролитических осадков на их физические и механические свойства

Электролитические покрытия в зависимости от природы осаждаемых металлов и режимов электролиза кристаллизуются с различной структурой. В основу структурной классификации электролитических покрытий положены отличительные признаки кристаллического зерна (кристаллита), принятого за морфологическую единицу структуры, поскольку особенности его строения отражают всю информацию об электрохимических и термодинамических условиях процесса осаждения покрытий. По первому признаку - относительному размеру зерна - электролитические осадки делятся на равнозернистые и неравнозернистые. Вторым общим признаком для всех структур электролитических покрытий является абсолютный размер зерна. При характеристике структур важное значение имеет форма зерен. По этому признаку выделяют три типа структур: равноосные, пластинчатые, игольчатые. При делении структур электролитических покрытий по расположению наиболее плотноупакованных плоскостей кристаллитов относительно подложки различают два типа ориентированного роста зерен в осадках: боковой рост, когда более плотноупакованная грань растет параллельно поверхности подложки, и нормальный рост, кода более плотноупакованная грань располагается по нормам к поверхности подложки. В зависимости от того, какой рост зерна преобладает, формируется столбчатая или слоистая структура покрытий.

Структуры покрытий по характеру ориентации зерен делят на три группы: неориентированные - при отсутствии взаимной ориентации зерна; ориентированные -когда большинство кристаллов в осадке имеют только одну ось текстуры; полиориентированные - когда зерна преимущественно ориентированы в нескольких направлениях. Дисперсность, ориентация кристаллов влияют на блеск покрытий.

Классификация структуры электролитических покрытий с точки зрения особенностей внутреннего строения кристаллитов, выделяет структуру с моноблочным, субструктурным и двойниковым строением зерен.

Данная классификация может быть дополнена подразделением структур на основе дефектности электролитического покрытия. Различают следующие типы дефектов:

• точечные дефекты, к которым относятся вакансии, межузельные атомы, которые могут
  или замещать атомы основного металла или внедрять в междоузилия решетки. Фактором,
  благоприятствующим возникновению вакансий, является высокое перенапряжение катода
  (сотни милливольт) при электрокристаллизации. Такие перенапряжения соответствуют
  избыточной энергии разряжающихся частиц до 10 кТ. Данная энергия частиц быстро
  рассеивается, но успевает повлиять на характер построения кристаллической решетки, в
  частности на образование неравновесных точечных дефектов. Адсорбция примесей
  повышает вероятность возникновения вакансий в результате как недостройки некоторых
  атомных рядов, так и снижения поверхностной энергии растущих кристаллитов;
  
• линейные дефекты - процесс формирования структуры электролитических осадков
  соединяет последовательно протекающие стадии, включающие возникновение на катоде
  

изолированных друг от друга зародышей, срастание этих зародышей и рост кристаллитов в сплошном осадке, постэлектролизное упорядочение структуры осадков. На каждой их этих стадий возможно образование дислокационных дефектов, причем принципы их появления различны и зависят от условий электрокристаллизации осадков. На начальной стадии электрокристаллизации (стадии возникновения отдельных зародышей на катоде) причинами появления дислокации являются: прорастание дефектов в образующиеся зародыши из подожки; несовершенная эпитаксия растущих зародышей с подложкой, особенно при различии параметра их решеток; загрязнения поверхности катода (оксидами, компонентами раствора, в котором проводили подготовку катода, и др.);

- поверхностные дефекты: границы зерен и субзерен - относительная доля осадка,
приходящаяся на границы, является важной характеристикой поликристаллического
осадка. Границы зерен в электролитических покрытиях являются высокоугловыми и
имеют недислокационное строение. Границы между субзернами обычно мало угловые и
представляют собой плоские дислокационные сетки, характер которых зависит от условий
получения осадков; двойниковые дефекты - образование двойников связано с
нарушением нормальной для данного кристалла последовательностью расположения
атомных слоев. Концентрация двойников в электролитических осадках зависят от
природы осаждаемого металла и условий электролиза; дефекты упаковки - при
электрокристаллизации наряду с двойниками образуются дефекты упаковки
деформационного типа. Появление дефектов упаковки в процессе электрокристаллизации
ГЦК металлов возможно в результате последовательного двухкратного двойникования. В
процессе образования дефектов упаковки важная роль принадлежит адсорбции. Так,
адсорбция гидроксидных соединений никеля при его электроосаждении из сульфатного
электролита, приводит к получению осадков, содержащих значительное количество
дефектов упаковки деформационного типа;

- макроскопические дефекты покрытия: поры, водородные камеры, пустоты, трещины.

В зависимости от структуры электролитических осадков, наличия в них дефектов находятся их свойства: блеск, твердость, хрупкость, наличие внутренних напряжений, износостойкость, защитная способность. Например, неравновесные точечные дефекты -вакансии и межузельные атомы являются главной причиной образования внутренних напряжений в электролитических осадках. Включение в электролитический осадок примесей и образование точечных дефектов сказывается на внешнем виде покрытий, пластичности, износостойкости и др. Наличие водородных камер, пор, пустот, образующихся при наводороживании покрытий приводит к увеличению внутреннего напряжения и хрупкости, к снижению защитных свойств, прочности сцепления покрытий с поверхностью изделий.

Вопросы для самоконтроля.

1. Охарактеризуйте равнозернистые и неравнозернистые электролитические осадки. Размеры крупно-, средне- и мелкозернистых покрытий? Деление структуры электролитических осадков по форме зерне. Условия формирования зерен различных по форме.

2. Структурная классификация электролитических осадков.
   
3. К какому типу дефектов кристаллического строения относятся вакансии,
   межузельные атомы, примесные атомы?
   
4. Причины возникновения линейных дефектов в гальванических осадках?
   
5. Механизм образования двойниковых дефектов при электрокристаллизации
   металлов. Дефекты упаковки.
   
6. Причины макроскопических дефектов гальванических покрытий.
   
7. Влияние структуры электролитического осадка на физико-механические и
   защитные свойства покрытия.
   
8. Дефекты электролитического осадка при наводороживании. Влияние
   наводороживания на свойства гальванического покрытия.
   

Микролегированные хромовые покрытия

Электролитический хром отличается мелкокристаллической структурой. Наименьшими размерами обладают кристаллы блестящего хрома: 10" - 10' см. Кристаллы матового и молочного хрома имеют размеры в интервале 10" - 10" см. Массовая доля водорода в электролитически осажденном хроме 0,04 - 0,05 %, а кислорода до 0,2 - 0,5 %, кроме того в нем содержится незначительное количество азота. Водород может быть в различной форме: в составе гидрида, в адсорбированном состоянии, в растворенном состоянии. Кислород попадает в осадок при захвате частиц катодной пленки, содержащих оксид СггОз или другие кислородсодержащие соединения.

Для обеспечения износостойкости хромовых покрытий в условиях воздействия сред повышенной агрессивности, в состав осадка включают такие металлы как Cd, Zn. Хромовое покрытие может содержать до 0, - 0,5 % Cd и от 0,1 до 0,2 % Zn. Соосаждение хрома с молибденом (до 1%) приводит к значительному повышению жаропрочности покрытия при сохранении его коррозионных свойств и внешнего вида. Износостойкость сплава Сг - Мо в 1,5 -2 раза выше обычных хромовых покрытий. Ванадий, соосажденный с хромом способствует повышению твердости, пластичности и блеска покрытия, а также увеличивает их жаропрочность и коррозионную стойкость.

Вопросы для самопроверки.

1. Что является основной причиной мелкозернистости хромовых покрытий?
   
2. Электролиты электроосаждения сплавов на основе Сг (Сг - Cd, Cr - Zn, Cr - Мо).
   
3. Влияние режима электролиза на свойства электролитических сплавов хрома?
   

Коррозионностойкие КЭП на основе никеля: триникель, сил-никель, сатин-никель. Структура КЭП

Композиционные электрохимические покрытия (КЭП) создаются в том случае, когда предусматривается получение новых свойств, улучшение коррозионных и прочностных показателей, повышение жаропрочности и окалиностойкости.

Широкое использование получили КЭП на основе никеля, обладающие повышенной коррозионной стойкостью.

Сил-никель - многослойное покрытие, состоящее из 3 слоев: внутренний слой блестящего никеля, второй слой - КЭП: никелевая матрица, содержащая высокодисперсные твердые частицы (неметаллическая фаза), третий слой - хромовое покрытие. Электроосаждение второго слоя проводится из электролита блестящего никелирования с добавками высокодисперсных частиц, размер которых колеблется от нескольких микрометров до десятков сотен нанометров. Максимальное число включений может доходить до 7-10⁷ на 1 см . В качестве неметаллической фазы могут быть использованы нерастворимые оксиды, бориды, нитриды, корунд и др. Хромовое покрытие содержит множество пор, благодаря которым коррозионный процесс равномерно распределяется на поверхности изделия и не проникает вглубь.

Сатин-никель - двухслойное покрытие, состоящее из слоя полублестящего Ni и слоя никеля с высокодисперсными частицами АЬОз, осажденного из электролита никелирования с добавками частиц.

Триникель - трехслойное покрытие. Внутренний и внешние слои выполнены из полублестящего и блестящего никелевого покрытия. Между этими слоями располагается никелевое покрытие толщиной 0,75 - 1,0 мкм, содержащее в своем составе от 0,12 до 0,20 % серы. Этот слой является анодом по отношению к верхнему и нижнему покрытию. Общая толщина покрытия 18-20 мкм.

КЭП характеризуются мелкокристаллической структурой.

Вопросы для самоконтроля.

1. Электролиты, используемые для электроосаждения КЭП на основе Ni?
   
2. Чем обусловлено коррозионная стойкость покрытия триникель?
   
3. С чем связана защитная способность КЭП сил-никель?
   
4. Частицы, используемые для электроосаждения? Диапазон концентраций
   неметаллической фазы в составе суспензий?
   
5. Чем обусловлена мелкозернистость КЭП?
   

Электрохимическое нанесение красок и лаков

Формирование полимерных покрытий при окраске электроосаждением происходит на основе термодинамически равновесного раствора полимера (олигомера). Достоинством электрохимического способа является отсутствие токсичных растворителей. Нанесение защитных пленок осуществляется из водорастворимых олигомерных электролитов, при этом пленкообразующая часть связующего переводится, соответственно, в катионную или анионную форму. Процесс электроосаждения может осуществляться как на катоде (катофорез), так и на аноде (анофорез).

Для анодного электроосаждения используются смолы, которым способность к растворению в воде и образованию ионизированных групп придается введением карбоксильных групп. В катодном процессе используются связующие на основе аминных или аммониевых, сульфониевых и других ониевых соединений, водорастворимость которых достигается переводом пленкообразователя в солевую форму при добавлении кислот.

Применяемые для электроосаждения пленкообразующие вещества должны:

1. Проводить электрический ток в водном растворе;
   
2. Обеспечивать стабильность разбавленных (5-10 %) водных растворов;
   
3. Содержать достаточное число функциональных групп для образованию покрытий
   трехмерной структуры.
   

На процесс электроосаждения полимерных пленок оказывают влияние: рН системы, природа растворителя, введение пластификаторов, температура системы, природа электрода, величина тока или напряжения процесса, перемешивание, применение нестационарного тока и др. При использовании электролитического осаждения полимерных пленок особое внимание уделяется предварительной подготовке поверхности изделий, состоящей из механической обработки, травления, обезжиривания, нанесения фосфатирующих или хроматирующих пленок, в ряде случаев - пассивации поверхности. Пассивация используется для улучшения плотности фосфатного слоя и повышения коррозионной стойкости покрытия. После нанесения покрытия изделия подвергаются струйной промывке обессоленной водой. Преимущества электроосаждения полимерных покрытий перед другими способами: 1) высокая скорость процесса; 2) близкое к 100 % использование полимерных веществ; 3) возможность получения равномерных тонких пленок с высоким электросопротивлением и др. Недостатком способа является ограниченность круга полимеров, способных к электроосаждению.

Вопросы для самоконтроля.

1. Электроосаждение полимерных пленок на аноде.
   
2. Влияние рН системы на процесс электроосаждения лаков и красок.
   
3. Понятие индуктивного периода и его зависимость от рН системы и плотности
   поляризующего тока.
   
4. Особенности процесса электроосаждения полимера на катоде.
   
5. Выход по току полимера и его зависимость от рН системы, наличия примесей в
   электролите, температуры?
   
6. Назначение операций предварительной обработки поверхности перед
   электроосаждением лаков и красок?
   

Оксидирование А1 применительно к производству печатных плат

Электрохимическое оксидирование (анодирование) алюминия позволяет в десятки и сотни раз увеличить коррозионную стойкость, механическую прочность, электроизоляционные, термоизоляционные свойства, износостойкость изделий. Оксидная пленка, образующаяся на алюминии и его сплавах, растет вглубь и в зависимости от состава электролита и режима электролиза можно получить электрод прооксидированный по всей толщине. Такие образцы могут служить в качестве электроизоляционной подложки для производства печатных плат. Основные требования к данным материалам -высокие электроизоляционные и термоизоляционные свойства, механическая прочность.

К электроизоляционным анодно-оксидным покрытиям относят покрытия, пробивное напряжение которых 300 В и выше. Электроизоляционные свойства покрытий зависят от состава электролита и режима анодирования, от чистоты алюминия. При одинаковых составах электролита и одинаковых режимах процесса пробивное напряжение больше у алюминия, содержащего меньшее количество легирующих элементов. Толщина электроизоляционных анодных пленок на алюминии и его сплавах зависит от состава электролита, например, в сульфатном электролите она составляет 20 -90 мкм.

Вопросы для самоконтроля.

1. Механизм анодирования алюминия.
   
2. Электролиты анодирования: сернокислые, щавелевые (оксалатные),
   хромовокислые, сульфасалициловые. Достоинства и недостатки каждого из
   электролитов.
   
3. Структура анодной пленки на А1 и его сплавах.
   
4. Окрашивание анодно-оксидных покрытий.