Введение к работе
Актуальность темы. Электролитическое железнение широко используется в "восстановительной" технологии изношенных поверхностей. Высокая скорость формирования электролитического покрытия при железнании, более экологически чистые, простые и экономичные способы обработки про&мшленяых стоков, а также возможность варьировать микротвердость, износо- и коррозионную стойкость осадков электролитического железа в широких пределах через протекающую параллельно реакцию выделения водорода путем изменения температуры, рН раствора, плотности тока и времени электролиза делают процесс электролитического желе-знения предпочтительным в восстановительной технологии ремонтной индустрии транспортных,средств. Введение меди в состав черных металлов приводит к повышению их коррозионной и износостойкости. Однако работы по влиянию меди на свойства электролитических осадков железа очень немногочисленны. Малоизученным остается и вопрос о влиянии сопутствующего процесса выделения водорода. Включаясь в катодный осадок, водород может повышать внутренние напряжения и вызывать хрупкость, растрескивание, пузырчатые вздутия. С другой стороны, при определенных условиях сопутствующий процесс выделения водорода может способствовать образованию блестящих осадков и обеспечивать высокий пассивирующие эффект поверхности. Известно, что осадки железа содержат заметные количества водорода как на поверхности, так и в объеме осадка. Медь, наоборот, почти не адсорбирует водород. Однако механизм и перенапряжение выделения водорода на сплавах отличаются но сравнению с компонентами сплава. При этом для сплавов, содержащих переходные металлы с незаполненной d-оболочкой (Си) и с заполненной более чем на половину (Fe), характерен синергетический эффект выделения водорода. Высокая чувствительность качества электролитических осадков сплава Ре-Си к условиям электролиза (составу электролита, рН, температуре, плотности катодного тока, длительности процесса), отсутствие сведений о механизме и кинетике сопутствующего выделения водорода, о взаимном влиянии состава и структуры формирующихся осадков сплава Fe-Си и способности их к наводораживанию предопределили актуальность темы диссертации, научную и практическую значимость постановки
эксперимента.
Работа выполнена при поддержке Российского Фонда фундаментальных исследований в области химических технологий, а также в соответствии с планом НИР лаборатории Электрохимической технологии ТИ СГТУ в рамках НТП ГК РФ "Восстановление" и "Промышленная экология Нижнего Поволжья".
Цель работы. Изучение кинетики и механизма катодного выделения водорода и его роли при формировании электролитических осадков сплава Бе-Си на стали и чугуне в растворе хлорид-аммиакатного электролита.
Задачи исследования,:
изучение влияния концентрации соляной кислоты, плотности катодного тока и длительности наводораживания на физико-химические, механические и защитные свойства электролитических осадков железа и сплава железо-медь;
изучение структурных и химических превращений в электролитических осадках сплава Fe-Си до и после наводораживания;
исследование влияния состава раствора, плотности тока и температуры на перенапряжение выделения водорода на сплаве Fe-Си, установление кинетических закономерностей и механизма процесса;
определение ;Я3 лряэлектродного слоя;
изучение влияния состава сплава на перенапряжение выделения водорода;
исследование кинетики адсорбции-десорбции водорода;
исследование влияния диффузии атомарного водорода в осадок сплава Fe-Си на импеданс водородного электрода;
технологические рекомендации по формированию качественных осадков сплава Fe-Си на стали и чугуне.
Научная новизна. Впервые проведено систематическое исследование кинетики и механизма катодного выделения водорода на электролитических осадках сплава Fe-Си на стали и чугуне. Установлено, что процесс выделения водорода протекает по механизму "разряд - электрохимическая десорбция". Определена кажущаяся энергия активации процесса. Установлена взаимосвязь между pHs приэлектродного слоя, величиной и длительностью катодного импульса тока и количеством водорода в объеме и на поверхности осадка сплава Fe-Ои. Получены новые данные о влиянии 4
наводораживания на состав и структуру электролитических осадков сплава Fe-Си, на их физико-химические, механические и защитные свойства. Показана роль электролитического подслоя железа при наводораживании осадка сплава. Установлено, что при длительном наводораживании происходит изменение количественного соотношения Fe и Си в сплаве, практически не фиксируется присутствие окклюдированного водорода в объеме сплава. Обнаружено образование оксо- и гидроксокомплексов железа и меди в поверхностном слое осадка, что позволило высказать предположение об участии молекул воды в реакции выделения водорода з объяснить наблюдаемый эффект увеличения коррозионной стойкости сплава в результате наводораживания.
Практическая значимость. Установленные кинетические закономерности катодного выделения водорода и наводораживания сплава Fe-Си позволили обосновать технологические параметры формирования качественных осадков: состав раствора и режим электролиза, при которых достигаются необходимые структура и состав сплава, обеспечивающие его высокую коррозионную стойкость и повышенное сопротивление износу, и рекомендовать разработанный процесс для широкого применения в индустрии ремон та транспортных средств. Результаты работы прошли успешную апробацию в опытно-производственных условиях и внедрены в учебный процесс.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных и Всероссийских конференциях: "Ht/d/topen MccteAiaU Science and Chemistey. ofMeial tyotxiot&blNATO yCHMS'SS (Крым, Кацивели,1995,1999); 12- tk 7rdexn. Сеад/ш-і of Chem. Рмс. n$n$. СНІ ЗА '96 (Прага, 1996) /'Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плат" (Пенза, 1995,1998); Ш Международный конгресс "Защкта-98" (Москва,1998); ХУ1 Менделеевский съезд по общей и прикладной хш*ии(Москва,1993); "Современные электрохимические технологии"(Саратов,1996)^Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Саратов,1997); "Электрохимия мембран и процессы в тонких ио-нопроводящих пленках на электродах"(Саратов, 1999); на итоговых научно-технических конференциях и межкафедральном научном семинаре ТИ СГТУ (Энгельс, 1995-1999).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Изложена на 492 страницах машинописного текста и включает 69 рис., ІЗ таблиц и список цитируемой литературы из 462. наименований.
Похожие диссертации на Влияние сопутствующего процесса выделения водорода на скорость образования и роста осадка сплава железо-медь
