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電解及其應用


銅臭 / 2022-07-13

 3.6電解及其應用

  3.6.1電解
  使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))面引起的氧化還原反應過程稱為電解,這種通過氧化還原反應將電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置稱為電解池(或電解槽)。
  在電解池中,和直流電源的負極相連的一極稱 為陰極,和直流電源的正極相連的一極稱為 陽極。電子-方面從電源的負極沿導線進人電解池的陰極,另方面, 電子又離開電解池的陽極沿導線流回電源的正極。這樣陰極上電子過剩,陽極上電子缺少。電解液(或熔融液)中的正離子移向陰極,在陰極上得到電子進行還原反應;負離子移向陽極,在陽極上給出電子進行氧化反應。在電解池的兩極反應中,正離子得到電子及負離子給出電子的過程都稱為放電。
  例如,氯堿工業(yè)中電解飽和食鹽水,以鐵絲網(wǎng)為陰極,石墨為陽極,在陽極放電的是CI?離子,在陰極放電的是H?離子(H?來自水的電離)

3.6.2電鍍
  電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上薄層其他金屬或合金的過程。 在電鍍時,將需 要鍍層的金屬零件作為陰極,而用作鍍層的金屬(如Cu、Zn、 Ni等)作為陽極,兩極置于欲鍍金屬的鹽溶液中,外接直流電源。
  如用金屬鎳作陽極,陰極為一需要鍍鎳的零件,對NiSO?溶液進行電解。在陽極上,由于Ni比OH?和SO?²?容易氧化,因而OH?和SO?²?離子并不放電,而是Ni溶解成為Ni²?離子。在 陰極,雖然φ(Ni²?/Ni) =-0.23V,比標準氫電極略低,但由于溶液中Ni²?離子的濃度遠超過H'離子,并且氫的過電壓較大,所以析出的是金屬鎳,面不是氫氣。析出的金屬鎳即鍍在零件上。

3.6.3電拋光
  電化學拋光是金屬表面精加工方法之一,工業(yè) 上用于增加金屬表面的亮度。
  電拋光時,將待拋光金屬(如鋼鐵)作陽極,以鉛板作陰極。在含有磷酸、硫酸和銘酐(CrO?)的電解液中進行電解,鋼鐵表面被氧化而溶解,生成的Fe²?離子被溶液中的Cr?O?²?子進一步氧化為Fe³?,并與溶液中的HPO?²?和SO?²?離子生成Fe?(HPO?)?和Fe?(SO?)?等鹽。隨著這種鹽的濃度在陽極附近不斷地增加,在金屬表面就會形成有黏性的液膜。
  工件的表面本來是粗糙的,凸出的部分由于電流比較集中,溶解得快些形成黏性的液膜以,液膜在不平的表面上分布是不均勻的,凸起部分液膜較薄。凹陷部分液膜較厚,這使凸起部分的電阻較小,電流更集中,溶解就更快些,終于使表面逐漸得以平整。
  電化學拋光主要用于形狀不復雜的鋁、不銹鋼制品的表面裝飾。與機械拋光相比,電化學拋光有許多優(yōu)點,如加工過程中不會發(fā)生制件變形,且勞動強度低。電化學拋光的缺點是拋光不同金屬需不同的溶液,例如用于低碳鋼拋光的溶液就不能用于高碳鋼的拋光,造成很大浪費。
3.6.4陽極氧化
  陽極氧化是用電化學的方法使金屬表面形成氧化膜以達到防腐蝕目的的一種工藝。 有的金屬暴露在空氣中就能形成氧化膜,但這種自然形成的氧化膜很薄,耐腐蝕性不強。用化學氧化劑處理金屬形成的氧化膜,耐腐蝕性較天然氧化膜提高很大,但也僅限于溫和條件下能起保護作用。用電化學氧化處理金屬(陽極氧化)得到的氧化膜,不僅膜厚面且能與金屬結合得很牢圈,因而可提高金屬的耐腐蝕性和耐磨性,并可提高金屬表面的電絕緣性。
  例如,鋁在空氣中形成的天然氧化膜很薄(約4nm),不能有效地防止腐蝕的發(fā)生。通過陽極氧化,鋁或鋁合金表而形成氧化膜的厚度可達幾十至幾百微米,使鋁的耐腐蝕性大大提高。而且氧化膜具有很高的電絕緣性和耐磨性,還可以用染料染成各種顏色。由于陽極氧化使鋁及鋁的合金具有一些優(yōu)良性能,在工程技術中得到廣泛應用。
  鋁的陽極氧化在H?SO?溶液中進行,鉛為陰極,以鋁加工件為陽極。

  在電解過程中,H?SO?又可以使形成的Al?O?膜部分溶解。要得到一定厚度的氧化膜,必須控制氧化條件,使氧化膜形成速度大于溶解速度。
  陽極氧化形成的氧化膜具有高的孔陳率和吸附性,容易被腐蝕和污染,所以要進行封閉處里。處理方法是將氧化后的工件放人沸水中,氧化膜表面和孔壁的Al?O?發(fā)生水合作用,使化物體積增大,將孔院封閉。

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