Elektrochemiese metaalbewerking
Onder elektrochemiese metaalbewerking word verstaan die werking van 'n elektriese stroom op 'n metaalvoorwerp wat in 'n bad met opgeloste sout gedompel is. Hieronder ressorteer prosesse soos elektroplatering, anodisering en etsing.
Elektroplatering
wysig
Elektroplatering is 'n proses waardeur 'n metaalvoorwerp met 'n dun metaallagie bedek word ten einde dit te verfraai of korrosiebestand te maak. Op die gebied van die elektronika word sekere komponente soos spoele, met 'n dun lagie silwer bedek wanneer hulle gebruik word in funksies waarby hoë frekwensies betrokke is. Dit word gedoen omdat silwer 'n beter geleier van elektrisiteit as koper is, en in die geval van hoë frekwensies vloei elektriese strome slegs op die oppervlak van 'n geleier.
Dit is ʼn elektrolitiese proses waarin 'n elektriese stroom gebruik word om ʼn soutoplossing (wat die gewenste metaal in verbinding bevat) te ontbind en atome van die metaal vry te laat. Die atome slaan dan op die voorwerp (werkstuk) neer. Die werkstuk word in 'n bad met die oplossing geplaas en aan die katode (negatiewe pool) van 'n battery of spanningsbron verbind. Die anode bestaan uit 'n staaf van dieselfde metaal waarmee die werkstuk geplateer moet word en die oplossing in die bad is 'n verbinding wat dieselfde metaal bevat. Wanneer die elektriese stroom aangeskakel word, vind elektrochemiese reaksies plaas en die verlangde metaal slaan op die werkstuk neer.
Wat gebeur, is dat die metaalatome van die anode die metaalatome in die oplossing verplaas of "verdring", en die vrygemaakte atome word deur die elektriese stroom na die werkstuk gedra. In die proses word die anode ligter en die katode (werkstuk) word ooreenstemmend swaarder. In die praktyk word ingewikkelde chemiese verbindings soms gebruik en die prosesse is dikwels baie kritiek ten opsigte van stroomsterkte, temperatuur en soutkonsentrasie. In die anode versamel elektrone en word metaalione gevorm.
In die geval van chroom vind die volgende reaksie plaas: Cr- Cr3+ +3e. By die katode gebeur die volgende: Werkstuk + elektrone + metaalionewerkstuk + metaallaag, dit wit sê Cr3+ +3e - Cr. Die pH (suurgehalte) van die oplossing kan suur of alkalies wees. By die eerste groep word onder andere chloriede en sulfate gebruik en vir alkaliese baddens word baie giftige verbindings van sianied gebruik. Omdat sianied so giftig is, word dit met sorg gehanteer en die afvalstowwe kan 'n probleem skep, want so 'n oplossing kan nie vir 'n onbepaalde tyd gebruik word nie. Die rede is dat die samestelling daarvan as gevolg van newereaksies verander. Elektroplatering word vandag op groot skaal in die motorbedryf gebruik en huishoudelike artikels word ook so verfraai. Die bekendste metale wat vir elektroplatering gebruik word, is die volgende:
- Sink: dit is 'n relatief goedkoop metaal wat redelik weerbestand is en gebruik word om 'n deklagie op sinkplate (wat in der waarheid ysterplate is) aan te bring. Dit is egter nie bestand teen sure en alkalieë nie.
- Kadmium: Dit is duurder as sink, maar gee 'n gladder afwerking. Die soute van kadmium is egter giftiger as die van sink.
- Koper: Dit word meestal gebruik as 'n onderlaag vir nikkel, chroom en goud.
- Nikkel: Dit gee 'n laag wat goed korrosiebestand is en kan met ʼn helder, gladde of 'n mat afwerking verkry word.
- Chroom: dit is duur en moet op ʼn koperlagie aangewend word. Om ʼn helder glans te verkry, word 'n dun lagie chroom op 'n nikkellaag aangebring. Vir 'n harde laag word ʼn dik chroomlaag aangewend wat baie korrosiebestand is.
- Goud: dit word op 'n koperlaag aangebring om voorwerpe te versier. ln die elektronika word dit ook aangewend om skakelaarkontakte van 'n goudlagie te voorsien.
Ten einde goeie resultate te verkry, moet voorwerpe baie skoon en vetvry wees voordat dit in die elektrolitiese bad geplaas word. Dit kan gedoen word deur die werkstuk eers in 'n oplosmiddel (byvoorbeeld asetoon) te was. 'n Ultrasoniese bad word dikwels hiervoor gebruik.
Die werkstuk word in 'n bad met die oplosmiddel geplaas en met behulp van hoëfrekwensieklankgolwe word die werkstuk skoongemaak. Daarna word die werkstuk dikwels met ʼn suur geëts. 'n Ander metode wat gebruik word, is die van elektrolitiese ontvetting. Die werkstuk word in 'n bad (wat meestal sianied bevat) geplaas en aan die anode verbind. Wanneer 'n elektriese stroom deur die bad vloei, sal 'n deel van die water en sommige chemikalieë ontbind, sodat die vrygelate waterstof en suurstof op die vette en olies inwerk.
Anodisering
wysig_-_a.jpg)
_-_b.jpg)
_-_c.jpg)
Anodisering is 'n proses wat op metale toegepas word sodat dit deur 'n korrosiewerende oksiedlagie beskerm word, veral by ligte metale soos aluminium. In die tegniek word gebruik gemaak van die elektrolitiese vrylating van suurstof wat op of baie naby die metaaloppervlak vorm.
As gevolg van diffusie sal die suurstof deur die bestaande oksiedlagie dring en die onderliggende metaalatome oksideer. Die oksiedlagie word dus dikker en die beskerming van die metaal beter. Aluminiumsulfaat kan byvoorbeeld gebruik word, en die chemiese reaksie wat plaasvind, is die volgende: AI2(SO4),+3H2O - 2AI (katode) +30 (anode). Die werkstuk is by die anode waar die suurstof vorm
Elektrochemiese etsing
wysig.jpg)
Dit is ʼn proses waarmee gewenste patrone (in die vorm van holtes) op 'n metaaloppervlak geëts word. Tussen die werkstuk en 'n ander elektrode stroom 'n oplossing wat byvoorbeeld chloorione bevat. In die proses vind elektrolise plaas, waartydens chlooratome teen die werkstuk gevorm word.
Die chlooratome vreet in die metaal en gaan dan onder die invloed van metaalione weer in 'n oplossing oor. In wese is dit korrosie wat teen 'n hoë tempo plaasvind en ook net in 'n loodregte rigting op die ander elektrode. daardeur word die vorm van die elektrode baie noukeurig gekopieër
Verdere leesstof
wysig- (en) Modeling Electrochemistry in Metallurgical Processes: Adam C. Powell IV, Yasushi Shibuta, Jonathan Guyer, and Chandler A. Becker
- Konstantin Ivanovich Popov, Stojan S. Djokić, Branimir N. Grgur, Fundamental Aspects of Electrometallurgy, Springer, 2002 ISBN 0-306-47269-4.
Verwysings
wysig- Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409451 band