DEPOSITOS DE ALEACIONES 1. OBJETIVOS
Evaluar la eficiencia en la deposición. Verificar los factores más más importantes en su desarrollo. desarrollo.
2. FUNDAMENTO TEORICO. ALEACIONES: Son mezclas homogéneas de 2 o más elementos de los cuales al menos
un elemento es un metal, se realizan con el fin de obtener materiales con propiedades diferentes, las cuales no presentan los metales independientemente. LATON: El latón es una aleación de cobre y zinc cuyo porcentaje de ambos elementos
varía para crear una diversidad de latones con propiedades diferentes. latones de primer título, con porcentaje de Zn inferior a 33% Latones de segundo título, con porcentaje de Zn de 33 a 49% Latones de tercer título con porcentajes de Zn superior a 49% sin apenas aplicaciones industriales industriales.. Latón rojo: Latón con alto contenido de cobre Latón Zinc: Latón con alto contenido de Zinc.
El depósito de latón es usado en la industria para dos objetos principales.
Es comúnmente aplicado a cinc, acero y objetos de hierro vaciado para darles la apariencia de latón. Para este propósito el color de depósito de latón es de primera importancia y su composición y otras propiedades no tienen importancia. Debido a que se forman capas muy delgadas se aplica laca sobre el recubrimiento de latón aumenta su duración. La otra aplicación es para facilitar la adhesión de hule al acero, probablemente combinándose con el sulfuro o compuesto de azufre en el hule. Para este uso la composición del depósito de latón es medianamente precisa y , de ordinario se mantiene entre 25 y 33 %
CODEPOSICION: Formación de depósitos metálicos de diferentes metales sobre un cátodo sumergido en un baño que contiene sales disueltas de est os metales.
FACTORES DETERMINANTES DE LA CODEPOSICION. Equilibrio de potencial: Es un factor que tiene que ver con las series electromotrices, ya que si ambos metales difieren mucho de sus potenciales de reducción, uno tendrá una mayor tendencia a depositarse y el otro no. De preferencia se desea que ambos metales tengan un potencial estándar cercano para que se depositen a la vez y eso se logra acomplejando los iones para que su potencial sea parecido.
Polarización del cátodo: El equilibrio de potencial solo sirve de referencia, ya que en el transcurso del proceso, la polarización varia los potenciales de los metales, a mayor pendiente mayor polarización.
El depósito potencial de la aleación resultante: Los depósitos pueden adoptar diferentes formas que pueden relacionarse entre sí o comportarse de manera independiente pudiendo ser:
Mezclas Soluciones solidas Compuestos intermetálicos.
Concentración de cada metal: Las concentraciones de los metales es un factor muy importante ya que me dan una referencia de que metal será el que se deposite en mayor proporción en el cátodo, sin embargo la proporción de deposición en el cátodo no es la misma del baño.
Sobrevoltaje de hidrogeno: Al igual que los baños electrolíticos de un solo metal el sobrepotencial disminuye la eficiencia del cátodo para depositar los metales, el sobrepotencial en una aleación es diferente al de cualquiera de los dos metales. La situación es más complicada por el efecto del acabado ya que la superficie del cátodo tiende a modificar el sobrevoltaje.
BAÑOS TIPICOS ELECTROLITICOS DE ALEACION PARA EL LATONADO. Todo el galvanizado de latón se hace de baños de cianuro que contienen cobre y cinc como cianuros dobles, también carbonato y algunas veces cáusticos libre. Se asume que el cobre está presente como cuprocianuro de sodio, Na 2Cu(CN)3 y el cinc como NaZnO2, pero no hay manera de definir las concentraciones de estos dos compuestos de cinc. El cianuro libre es de ordinario definido como exceso de contenido de cianuro de los cianuros dobles. La formulación del baño será: Cianuro cuproso…. CuCN 22,5 g/Lt Cianuro de cinc…… Zn(CN)2 15 g/Lt Cianuro de sodio……. NaCN
45 g/Lt
Las sales que se forman serán: Na 2Cu(CN)3 y Na2Zn(CN)4
3. CALCULOS Y RESULTADOS: 3.1 Datos experimentales
VOLTAJE (V)
2
I (A/dm )
1 1.5 2.0 2.5
60s 3.9
120s 3.9
180s 4.1
240s 4.0
5.0
5.1
5.0
5.3
Tabla 1. Voltaje a una densidad de corriente y tiempo de deposición constante.
60s
120s
180s
240s
2
I (A/dm )
Masa inicial (g)
Masa final (g)
Masa inicial (g)
Masa final (g)
Masa inicial (g)
Masa final (g)
Masa inicial (g)
Masa final (g)
1
41.363
41.372
45.690
45.706
40.279
40.311
42.362
42.418
1.5
34.224
34.234
34.967
34.987
35.135
35.168
34.926
34.976
2.0
41.344
41.353
42.169
42.197
41.191
41.234
41.856
41.915
2.5
41.372
41.387
45.716
45.749
40.279
40.358
42.362
42.447
Tabla 2. Masa inicial y final a una densidad de corriente y tiempo de deposición constante.
3.2 Cálculos y resultados
Determinando la masa depositada 2
Para una densidad de corriente de 1 A/dm y con un tiempo de deposición de 60s, se tiene:
Del mismo modo se desarrolla para los siguientes datos, resultando:
60s
120s
180s
240s
I (A/dm )
Masa depositada (g)
Masa depositada (g)
Masa depositada (g)
Masa depositada (g)
1 1.5 2.0 2.5
0.009
0.016
0.032
0.056
0.010
0.020
0.033
0.050
0.009
0.028
0.043
0.059
0.015
0.033
0.079
0.085
2
Tabla 3. Masa depositada a una densidad de corriente y tiempo de deposición constante
Masa depositada vs Densidad de corriente 0.25
0.2 a d a t i 0.15 s o p e d a 0.1 s a M
0.05
0 0.5
1
1.5
2
2.5
3
Densidad de corriente 60s
120s
180s
240s
2
Gráfica 1. Relación densidad de corriente (A/dm ) vs. Masa depositada
Calculo de la masa teórica: Para el latón se cumple que la proporción de la deposición del Cu y Zn es aproximadamente 70% y 30%; en medio básico, los parámetros ϴ son 1 y 2 respectivamente: Se debe cumplir que:
Para el baño en medio básico: + ac +
Cu
-
1 e → Cu s
ϴ = 1
Zn
+ ac +
-
2 e → Zn s
ϴ = 2
Aplicando la Ley de Faraday: -
̅ Dónde:
mTEORICA = masa teórica depositada en el cátodo (g) I = intensidad de corriente aplicado (Coulomb/s) t = tiempo de aplicación de la corriente (s) F = Faraday (1F = 96500 Coulomb/equiv) = 63.54 g/mol (Para el Cu) = 65.37 g/mol (Para el Zn) = 1 equiv/mol (Para el Cu) = 2 equiv/mol (Para el Zn)
̅ ̅
2
Considerando que todas las placas son de 1 dm de área total, procedemos a calcular la masa teórica para I = 1.0 A y t = 60 s:
Para la aleación:
2
I (A/dm ) 1
60s
120s
180s
240s
Masa teórica (g)
Masa teórica (g)
Masa teórica (g)
Masa teórica (g)
0.0337
0.0675
0.1013
0.1350
1.5 2.0 2.5
0.0506
0.1013
0.1519
0.2025
0.0675
0.1350
0.2025
0.2700
0.0844
0.1688
0.2531
0.3375
Tabla 4. Masa teórica a una densidad de corriente y tiempo de deposición constante.
Calculo para la eficiencia catódica: Se cumple:
y
( )
Para
Eficiencia catódica:
( ) Resultando:
Eficiencia de deposición 2
I (A/dm )
60 s
120 s
180 s
240 s
1 1.5 2.0 2.5
26.71%
23.70%
31.59%
41.48%
19.76% 13.33%
19.74% 20.74%
21.72% 21.23%
24.69% 21.85%
17.77%
19.55%
31.21%
25.19%
Tabla 5. Eficiencia de deposición a una densidad de corriente y tiempo constante.
Eficiencia vs Tiempo (s) 45.00%
41.48%
40.00% 35.00% 30.00%
a i c n e i 25.00% c i f E
26.71% 23.70%
19.76%
20.00%
17.77% 15.00%
20.74%
25.19%
1
21.72%
24.69% 21.85%
1.5 2
21.23%
19.74%
13.33%
31.59% 31.21%
2.5
19.55%
10.00% 5.00% 0
50
100
150
200
250
300
Tiempo
Gráfica 2. Eficiencia catódica vs Tiempo (s)
Relación entre eficiencia de deposición vs. tiempo de deposición
GRAFICA DE EFICIENCIA VS TIEMPO DE DEPOSICION
Eficiencia vs Densidad de corriente 45.00%
41.48%
40.00% 35.00%
31.59%
a i c 30.00% n e i c i 25.00% f E
31.21% 60
26.71%
21.85%
24.69%
23.70%
21.72% 19.76%
20.00%
19.74%
15.00%
120
25.19%
21.23%
19.55%
20.74%
17.77%
180 240
13.33% 10.00% 0.5
1
1.5
2
2.5
Densidad de corriente
Gráfica 3. Eficiencia vs. Densidad de corriente
3
4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:
En la experiencia se observa mayor proporción de deposición del metal cobre esto se puede explicar con una aproximación del potencial de reducción del cobre en el baño ya que su potencial estándar el cual no indica que es mucho más factible reducir al cobre que al zinc.
V Esto nos indica que hay otro factor más importante porque de no ser así no habría iones cobre que reducir. Factores como:
Se observó una baja cantidad de zinc depositado, esto es menos de lo que se esperaba y se dio debido a que el cianuro al acomplejar, disminuye la actividad de los cationes. Al disminuir la actividad del zinc disminuye aún más su tendencia a reducirse. Las proporciones de los metales depositados son en su mayoría cobre, y difiere mucho de las cantidades que indica las curvas de polarización, esto se debe a que las curvas de polarización se hicieron independientemente para cada metal, lo que ignora la interacción entre cationes y acomplejantes. De la gráfica corriente consumida vs tiempo observamos que para una corriente de 1Am a mayor tiempo aumenta la densidad de corriente consumida, debió a que se depositaba mayor masa sobre el cátodo. Estas corrientes son menores a las que da el rectificador debido a las reacciones que se dan a parte de la codeposicion esto afecta la eficiencia. De la gráfica corriente consumida vs tiempo observamos que para una corriente de 1,5 Am y 2 Am las densidades de corrientes consumidas aumentan y luego disminuyen, esto se debe a que para tiempos mayores por motivos de variación de concentración al torno del cátodo la polarización se acentuó aumentándola resistencia a que los cationes se depositen, también la formación de óxidos sobre la superficie del cátodo a mayores tiempos creo una caída de potencial, y por la tanto perdida de eficiencia.
5. CONCLUSIONES: 6. BIBLIOGRAFIA:
William Blum y George Hogaboom. " Galvanotecnia y Galvanoplastia ". Editorial
Continental, S.A. México. Julio 1985.
