Металлдар мен құймалар арқылы электрхимиялық қаптамалар алудың технологиясы
Электрохимиялық жолмен қаптамалардың түзілу механизмі
жүктеу/скачать 1,78 Mb. Pdf көрінісі
|
Все лекции по Гальвантехника
| 2.3 Электрохимиялық жолмен қаптамалардың түзілу механизмі
Гальваникалық қаптамалар айқын кристалды құрылысқа ие, сондықтан металдардың катодтық тотықсыздануы электрокристаллизация деп аталады. Көптеген зерттеулерде қаптаманың құрылысы неғұрлым майда және тығыз болса, соғұрлым жақсы қасиеттері жоғары болатыны көрсетілген. Электрокристаллизация процесінің кинетикасы екі негізгі параметрлерден тұрады: кристаллизация орталығының түзілу жылдамдығы немесе уақыт бірлігімен, беттік бірлікпен және сызықты жылдамдықпен өсуінен туындайтын кристалды ұрық. Кристалдың шамасы осы жылдамдықтың арақатынасына тәуелді. Ерітіндіде қатты фаза кристаллизациясында кристалдық ұрықтың пайда болу жылдамдығын анықтайтын фактор қанығу дәрежесі (β) оны төмендегі формуламен өрнектеуге болады: β = С/С қ С - кристализация жүретін ерітіндінің концентрациясы С қ - қаныққан ерітіндінің тепе - теңдік концентрациясы β – неғұрлым жоғары болса, соғұрлым ұрықтың түзілу жылдамдығы жоғары және ұсақ кристалдар болады. Металдың катодта бөліну жағдайында қанығу дәрежесінің шамасы тоқ тығыздығына пропорционал: β = i/i o i - тұнба болатын тоқ тығыздығы, i o - алмасу тоғы. Алмасу тоғы металл табиғатына тәуелді болса, онда бірдей тоқ тығыздығында металдар аз алмасу тоғымен майдакристалдық қаптамалар, ал жоғары алмасу тоғымен сол жағдайда жеке ірі кристалдар түзеді. Бір металл үшін тоқ тығыздығының өсуі кристалдардың өлшемінің төмендеуіне әкеледі, яғни ұсақ кристалдардың түзілуі жүреді. Алмасу тогы Тафель теңдеуіне кіреді, ондағы а коэффициенті мәнімен анықталады, сондықтан коэффициент пен катод поляризациясы арасында айқын байланыс болады. Көптеген зерттеу жұмыстарында майдакристалды қаптамалар катодтық поляризация жағдайында, яғни β - коэффициентінің өсуімен түзілетіні көрсетілген. Егер поляризация аз болса, тұнба ірі кристалды құрылысты болады. Кристалдың пайда болу процесі ұрықтың аумалы (критической) шамасының құрылуымен басталады. Осыған байланысты катод беті ерітіндімен жанасқанда пассивтік күйде болады, бірінші аумалы (критикалық) ұрық бастапқы аса кернеуде жүреді. Әрі қарай өсу қосымша поляризацияны қажет етпейді және аса кернеу тұрақты шамаға дейін төмендейді. Барлық кристалдық дене көптеген кристаликтерден тұрады, оларды кристалиттер немесе сызықты өлшемді түйірлер 10 -5 -10 -3 см. Әрбір түйірлер – кристаллиттер – бұл бұрыс формалы кристалдар, оның өсуіне көрші кристалдар кедергі келтіреді. Зародыштарды бір, екі, үш өлшенді деп бөлуге болады. Бір өлшенді (одномерный зародыш) ұрық - атомдардың шынжыр (цепочка) құруы, екі өлшенді- атомдардың бір арал құруы (островок атомов), және үш өлшенді (трехмерный) ұрық – кристалликтер. Катод бетіне түскен атомдар кристалдық тордың тек қана өсу орынына тізілуі мүмкін. 1 – суретте қарапайым кубикті тормен кристалдың беткі жағы көрсетілген. Тордың жазық жерінде тағы бір жазық түзіледі және өседі. Санмен көрсетілген аймақтар кристалдың өсуі мүмкін болатын жерлер. Егер атомдар 1 – аймаққа орналастын болса, онда энергия ұтымдылығы жоғарылау болады, себебі басқа жерлерге (варианттарға) қарағанда көрші орындар көбірек және ыңғайлы. Әрбір атом сатысы (баспалдақтары) жазық тордың өсу шегіне жеткенше рет- ретімен сыйысып отырады. Сондықтан кристаллизацияның жеңіл (элементарный) процесі сатылы өсу деп аталады. Тордың өсу жазықтығы біткен уақытта жаңа атом осының үстіне тұнады, яғни жаңа жазықтықтың құрылуы басталады. Сурет 1 Екі өлшемді ұрықтың (двумерный зародыш) өсу сызбанұсқасы Жаңа жазықтықтың дамуына орта жері мысалы, 4 – орын дұрыс, ал сәтсіздеу 5 және 6 орындар болып табылады. Жаңа жазықтықтан ұрық пайда бола салысымен, 1-2-3-орындарға атомдар қосылып, жаңа жазықтықтың құрылуы басталады. Мұнда берілген кристалдың өсу суреті өте қарапайым қысқартылған түрде берілген. Қабаттың қалыңдығы мен таралу жылдамдығы иондардың концентрациясына, БАЗ болуына, жұмыс режиміне және т.б. электролиз жағдайларына байланысты. Барлық сақтық шараларды ескеріп отырғанның өзінде бір топ атомдарының басқа топ атомдарды ығыстыруынан құрылыс деффектілері, яғни дислокация болуы мүмкін. 2 - суретте кристалл бетінде винтттік дислокацияның түзілу сатысы көрсетілген. Бастапқы сәтте ОА сатысы түзу сызықты болады. Процестің өсу сатысы оң жаққа қарай жылжи бастайды. Сатылы форма спиралға айналғанша өзгеріп отырады. 2-сурет Винтттік дислокацияның түзілу сатысы 3-суретте күміс тұнбасының спиралды өсу микрофотографиясы көрсетілген. Винттік дислокациядан екі өлшенді (двумерный) ұрықтың түзілу деңгейі төмендейді. Дислокацияға бөтен атомдар, молекулалар, иондар, БАЗ адсорбциялану мүмкін. Қаптамалардың физика химиялық қасиеті металдық қаптаманың текстурасына байланысты. Текстура деген бір немесе бірнеше бағытқа кристалдардың дұрыс бағытталуы. Текстура пайда болмай тұрғанда металл әр түрлі кеңістікке бағытталған бір типті құрылысты кристалиттер болып табылады. Текстуралы және текстуралы емес металдардың айырмашылық сызбанұсқасы 4-суретте көрсетілген. 3-сурет Күміс тұнбасының спиралды өсу микрофотографиясы 4-сурет Текстура а - бағытталған, б - бағытталмаған Әсіресе текстураға қаптама қондырылатын негіздің құрылысы әсер етеді. Қаптама қалыңдығының өсуімен бірге алғашқыда текстура түзіліп, жетіліп, қаптама қалыңдығының өсуімен ұлғайады. Негізгі металдың құрылысына жоғары тоқ тығыздығын қолданса, бағытталудың әсері жойылады, яғни жоғары мөлшерде кристалликтердің тәртіпсіз бағытталуы пайда болады немесе тұнған металдың өзіндік ориентациясы құрылады. Мысалы, полироват етілген жез пластинкасына мырышты тұндырғанда, алғашқыда кристалликтері тәртіпсіз орналасқан ұсақ кристалды тұнба түзіледі, сонан кейін жалпы ориентациялық өсі бар мырыш кристалдарының бір бөлігі айтарлықтай шамаға дейін өсе береді (5 – сурет). 5 – суретте Мырыш кристалының өсу кезінде текстураның пайда болу схемасы көрсетілген а – бастапқы саты – тәртіпсіз бағытталу (бейімделу), б – соңғы саты – дұрыс бағытталу. Текстураның электролиз жағдайына тәуелділігі өте күрделі. Бірақ, белгілі шекарада электролиздің әрбір параметрі текстураға өте қатты әсерін тигізеді. Физика–механикалық, электрохимиялық және т.б. текстурлық қаптамалар текстурлық емес қаптамалардың қасиетінен өте ерекшеленеді. Сонымен қатар сол бір қаптама бетте қандай кристалл қырларының болуына байланысты, қаптаманың қасиеті әртүрлі, яғни текстураның болуы тұнбаға анизотропиялық қасиеттің (физика – химиялық қасиеттері: механикалық, оптикалық, электрлік, магниттік т.б.) болуын қамтамасыз етеді. Мысалы, ферромагнитті материалдардың текстурасы электрөткізгіштікті және қаптаманың жалтырауын жоғарлатады. Анодтық тотығуда алюминий, мыс, темірдің оксидтік қабыршақтарының текстурасы болған жағдайда тығыз, тұтас және мықты болып келеді. Қазіргі уақытта электрохимиялық жолмен алынатын қаптамалардың қасиетіне әртүрлі талаптар қойылатынына байланысты текстураның мәні зор. жүктеу/скачать 1,78 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|