Электрохимическая природа процессов цементации

Цементация - процесс контактного электрохимического вытеснения одних металлов другими из их соединений, находящихся в растворах или в расплавах.

Сейчас уже трудно сказать, кто и когда впервые открыл явление цементации. Скорее всего это произошло на примере вытеснения меди из ее растворов железом - явления эффективного, но не такого простого, каким оно кажется вначале. Древние алхимики процесс цементации называли трансмутацией. Начало исследований по цементации благородных металлов цинком относят к первой половине XIXв. Так, в августе 1843 г. в журнале "Отечественные записки" была помещена статья А.Ф.Грекова с сообщением о разработанном им способе "... золочения, серебрения и платинирования электрохимическим путем без гальванического снаряда или батарей". В частности, в статье отмечалось, что цинковая пластина, опущенная в цианистый раствор золота, покрывалась слоем металлического золота.

Позднее, в 1865 г., Н.Н.Бекетов, предложивший впервые ряд напряжений металлов, заложил научные основы электрохимической природы процессов цементации. В настоящее время наиболее распространенной является коррозионная модель процесса цементации. Согласно этой теории, процесс цементации рассматривают как аналог короткозамкнутого коррозионного гальванического элемента, при работе которого анодные участки металла растворяются, а на катодных участках происходит разряд ионов извлекаемого металла.

На рис. 1 показаны два варианта структуры цементационных элементов для различных металлов-цементаторов, отличающихся друг от друга активностью. Так, например, в процессе цементации меди железом происходит растворение железа на анодных участках и осаждение меди на катодных участках. При этом масса и размер частиц металла-цементатора уменьшаются, а толщина слоя меди увеличивается.

Процесс выделения водорода является конкурирующим и возможен в определенных условиях лишь в водных растворах.

Максимальная работа гальванического элемента, в данном случае цементационного элемента, может быть рассчитана с помощью известного уравнения Гиббса - Гельмгольца.