Recubrimientos Metálicos: Cobreado

Objetivos:

° Realizar un recubrimiento electrolítico de cobre (cobreado).

° Nosotros como Alumnos comprobar la evolución del proceso mediante registro de pesos.

Fundamento Teórico:

El principio de los métodos de recubrimiento electrolítico o químicos, también denominados galvánicos, consiste en depositar por vía electroquímica, finas capas de metal sobre la superficie de una pieza sumergida en una solución de agua con iones metálicos o electrolito, al conectar una fuente externa de corriente directa. Las capas formadas generalmente son de un espesor entre 1 y 100 µm. El metal que constituye la capa se encuentra en el electrolito en forma de iones. También existen métodos de recubrimiento sin corriente externa, basados en procesos de oxidación o reducción que, sin embargo, son de menor importancia. Las capas de recubrimiento se depositan sobre una superficie metálica o no metálica con ciertas propiedades, para darle características que ésta por sí misma no tiene, o bien, para fabricar ciertas piezas con determinada presentación en el acabado. Si el objeto no es conductor, se le hace conductivo, por ejemplo, en la galvanización de plásticos.

Un baño de recubrimiento electrolítico consiste de un ánodo y un cátodo en un electrolito, que normalmente es una solución de la sal del metal que se pretende aplicar. En el electrolito, el metal está presente en forma de iones, el flujo de electrones es proporcionado por una fuente externa de corriente directa. La pieza a recubrir se convierte en cátodo donde se lleva a cabo la reducción de los iones a metal. El ánodo consiste en una barra del

metal que se recubrirá. La oxidación se lleva a cabo en el ánodo; cuando fluye la corriente, el ánodo se disuelve. El espesor de la capa del recubrimiento depende del tiempo de permanencia en el baño electrolítico. La capa puede alcanzar un espesor de hasta100 µm, sin embargo, son mucho más frecuentes las capas más delgadas.

Los recubrimientos electrolíticos de cobre son relativamente sencillos de obtener, y son empleados con mucha frecuencia como una etapa preliminar antes de recubrir con cualquier otro metal al sustrato. El cobre permite la adherencia de los recubrimientos de metales más valiosos tales como níquel, plata, cromo y algunos otros, por lo que se emplea extensamente como paso intermedio en procesos de electro plateado más complejos. Al salir del baño galvánico, los depósitos de cobre son brillantes y de color rojo. Fácilmente se opacan al contacto con el aire, por lo que se recomienda secar las piezas en cuanto salen del baño y pulirlas con algún producto que deje una capa protectora que impida la oxidación del recubrimiento. Se conoce un gran número de fórmulas para preparar soluciones de cobrizado electrolítico; se acostumbra nombrarlas por grupos, tales como los baños de cobre ácido(como el que se empleó en la práctica de distribución de corriente y potencial), de cobre alcalino, de cianuro, de fluoborato, de pirofosfato y otros. Cada uno de ellos puede encontrarse descrito a fondo en la bibliografía sobre el tema.

Equipo, Materiales y Reactivos:

Voltímetro Celda Electrolítica Vasos de vidrio

Balanza Analítica Láminas de Cobres Pinzas y Cableado

Termómetro

Procedimiento Experimental

Seguimiento del proceso por medidas gravimétricas.

Procedimiento

Antes de comenzar, limpie la superficie del electrodo de latón, teniendo cuidado de no tocar el metal con los dedos (utilizar pinzas)

Pesar el electrodo de latón (cátodo) en la balanza con precisión de 0.0001 g. Registra el peso inicial del electrodo (m0) en la tabla del Anexo 1.

Asegúrate después que la estufa está encendida y que su temperatura interna es de 105°C aproximadamente.

Monte una celda electrolítica de tamaño apropiado para contener aproximadamente 250 ml de solución.

Coloque como ánodo una placa de cobre previamente preparada. Comprueba que la fuente de alimentación esté apagada (OFF). Conecta la pinza roja al cobre (ánodo) y la pinza negra al electrodo de

latón (cátodo).. Introduce ahora los electrodos en el vaso, apoyándolo en la pared del

mismo. Conecta la fuente de alimentación. Poner el cronómetro a cero. Regular el voltaje (mando derecho) de la fuente hasta 4.0 V. Observar por 10 minutos, apagar la fuente y detener el cronómetro.

Condiciones Recomendadas

PH 8-10Temperatura 45 -60 °CTiempo 3 min

PARTE PRÁCTICA

TABLA DE DATOS:

Registro de datos.

Experiencia 1 ( Cobre y Acero )

Para el Catodo

Parámetro Valor Observaciones

m 0, gramos. 47.54g Masa inicial del cátodo.

m 10 , gramos. 47.96g Masa del cátodo tras 10 minutos

de inmersión.m 10 - m 0, gramos. 0.42g Masa de cobre depositada.

Tiempo total, min 10 min Tiempo total de inmersión.

Rendimiento del

proceso, g / cm2 min

Rendimiento del cobreado.

Para el Ánodo

Parámetro Valor Observaciones

m 0, gramos. 24.05g Masa inicial del Ánodo.

m 10 , gramos. 23.82g Masa del ánodo tras 10 minutos de

inmersión.m 10 - m 0, gramos. 0.23 Masa de cobre perdido.

Tiempo total, min 10 min Tiempo total de inmersión.

Rendimiento del

proceso, g / cm2 min

Rendimiento del cobreado.

Calculo de Datos

Cátodo:

47.96 – 47.54 =0.42g masa de cobre depositada en el Acero

Ánodo:

24.05- 23.82= 0.23g de cobre desgastado.

Experiencia 2 ( Cobre y Bronce)

Para el Catodo

Parámetro Valor Observaciones

m 0, gramos. 26.83g Masa inicial del cátodo.

m 10 , gramos. 27.17g Masa del cátodo tras 10 minutos

de inmersión.m 10 - m 0, gramos. 0.34g Masa de cobre depositada.

Tiempo total, min 10 min Tiempo total de inmersión.

Rendimiento del

proceso, g / cm2 min

Rendimiento del cobreado.

Para el Ánodo

Parámetro Valor Observaciones

m 0, gramos. 27.24g Masa inicial del Ánodo.

m 10 , gramos. 26.95g Masa del ánodo tras 10 minutos de

inmersión.m 10 - m 0, gramos. 0.29g Masa de cobre perdido.

Tiempo total, min 10 min Tiempo total de inmersión.

Rendimiento del

proceso, g / cm2 min

Rendimiento del cobreado.

Calculo de Datos Cátodo:27.17 – 26.83 =0.34 g masa de cobre depositada en el AceroÁnodo:27.24- 26.95= 0.29 g de cobre desgastado.

ACTIVIDAD

Investigue que sustancias químicas se emplean como aditivos para mejorar la apariencia de los depósitos de cobre (abrillantadores, agentes tensoactivos, etc.). Si es posible, someta alguno a prueba y obtenga sus propias conclusiones sobre su efectividad. Consulte la bibliografía apropiada y reporte las fórmulas de por lo menos tres baños de cobrizado electrolíticos distintos al que utilizó en su práctica. Si es posible, incluya también las condiciones de operación para cada baño.

  Recubrimiento de cobre alcalino

Los recubrimientos electrolíticos de cobre son relativamente sencillos de obtener, y son empleados con mucha frecuencia como una etapa preliminar antes de recubrir con cualquier otro metal al sustrato. El cobre permite la adherencia de los recubrimientos de metales más valiosos tales como níquel, plata, cromo y algunos otros, por lo que se emplea extensamente como paso intermedio en procesos de electro plateado más complejos. Al salir del baño galvánico, los depósitos de cobre son brillantes y de color rojo. Fácilmente se opacan al contacto con el aire, por lo que se recomienda secar las piezas en cuanto salen del baño y pulirlas con algún producto que deje una capa protectora que impida la oxidación del recubrimiento. Se conoce un gran número de fórmulas para preparar soluciones de cobrizado electrolítico; se acostumbra nombrarlas por grupos, tales como los baños de cobre ácido(como el que se empleó en la práctica de distribución de corriente y potencial), de cobre alcalino, de cianuro, de fluoborato, de pirofosfato y otros. Cada uno de ellos puede encontrarse descrito a fondo en la bibliografía sobre el tema.

OBTENCION DEL RECUBRIMIENTO DE COBRE

Monte una celda electrolítica de tamaño apropiado para contener aproximadamente250 ml de solución. Coloque como ánodo una placa de cobre previamente preparado como se indicó, y como cátodo una placa de latón. Las condiciones recomendadas para el recubrimiento son: pH 8-10 j, A/dm2 1-3, mejor el valor inferior Agitación favorable, con aire Temperatura, °C 45-60Tiempo, min _ 3Saque las placas del baño galvánico, enjuáguelas con agua, séquelas con una toalla de franela suave y si lo desea púlalas.

Los aditivos orgánicos y/o inorgánicos

Se agregan a los baños galvánicos para controlar las propiedades físicas (ductilidad, dureza, resistencia al desgaste, soldadura, etc.) de la capa de metal depositada. En el caso de baños galvánicos con finalidades decorativas, la apariencia visual de la superficie se ennoblece utilizando aditivos. También se agregan agentes complejantes para mantener grandes cantidades de metal en solución.

Se utilizan, sobre todo, ácidos, bases e iones en bajas concentraciones para influir en el tipo de las superficies de placas de circuitos impresos, componentes metálicos, etc. Estos aditivos deben analizarse periódicamente para asegurar un proceso de producción más eficiente y una calidad constante del producto final.

Titulaciones Ácido bórico y ácido tetrafluorobórico en baños de níquel

Los baños de níquel pueden contener cloruro, sulfato y también ácido bórico. Este se utiliza como tampón para mantener un determinado valor pH. Con la titulación po - ten ciométrica se pueden determinar el ácido bórico y el ácido tetrafluorobórico libres. Después de la adición de manitol, el complejo de manitol formado se valora con una solución de hidróxido de sodio. La determinación se lleva a cabo directamente en la muestra del baño galvá-nico, sin interferencia de iones de níquel y otros metales.

Determinación de agentes tensoactivos:

Para mejorar las propiedades de las superficies se agregan agentes tensoactivos a los baños galvánicos, pues estas sustancias mejoran la capacidad de mojado y emulsionan los abrillantadores. Los tensoactivos aniónicos estándares (como, por ejemplo, en los baños de niquelado) se determinan por titulación potenciométrica con TEGO®trant A100 y un electrodo «Ionic Surfactant».

CONCLUSIONES:

Uno de los parámetros propuestos para la mejora en la celda electrolítica es el control de la temperatura del proceso durante toda la prueba. También la realización del estudio de diferentes concentraciones de Cloruro de Sodio.

La calidad de brillo de los depósitos electrolíticos de níquel: La variable mas importante en la consecución de depósitos de níquel es la cantidad de aditivos introducidos en el baño electrolítico. El estudio de los baños de níquel es muy limitado, por la cantidad de compuestos que son introducidos en el baño como abrillantadores, además de los componentes convencionales del baño.

Los electrocubrimientos de cobre tienen la característica de ser resistivos al flujo de corriente, esto es debido a la intensa polarización química que se da en disoluciones de cianuros metálicos, afectando su solubilidad.

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