I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ДОСПЕХИ ШАХМАТНОГО ВОЙСКА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лукьянова Екатерина Анатольевна 1Чалап Юлия Станиславовна 1

---

1

Агуреева С.В. 1Остроумова Е.Е. 1

---

1-

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

СОДЕРЖАНИЕ

1. Актуальность проекта

2. Введение. Обзор источников информации

III. Практическая часть

1. Металлизация поверхностей электрохимическим способом

2. Электрохимическое никелирование и меднение древесины и ткани

3. Металлизация кружевной ткани

4. Выводы по практической части работы

IV. Итоги проекта

V. Источники информации

Главная задача школьного проекта – показать прикладное значение химических знаний. Наиболее актуальным сегодня является овладение знаниями в области химии, экономики, психологии и применение этих навыков в разных видах деятельности: опытно – экспериментальной, расчетной, мониторинговой.

Актуальность работы:

Поиск энергосберегающих способов защиты диэлектриков (древесины, природных материалов, ткани): нанесением медных и никелевых покрытий электрохимическим методом.

Гипотеза:

Возможность нанесения защитных покрытий на природные объекты, ткани, деревянную поверхность электрохимическим методом.

Объект исследования:

Природные объекты (цветочный гербарий), шахматные фигуры, тканевое кружевное полотно

Цель исследования:

Познакомиться с прикладными аспектами химии на примере практического применения электрохимических процессов

Задачи:

1. Изучить теоретические основы процесса электролиза.

2. Разработать технологию электрохимического покрытия изделий и материалов.

3. Поиск более дешевых материалов для создания активных центров при химической металлизации древесины.

4. Разработать бизнес – план малого предприятия по производству изделий из декоративно-прикладного творчества.

Введение

Пластмассы, металлы, древесина — наиболее часто встречающиеся нам сегодня материалы. Одно время казалось, что они — конкуренты, и пластмассы в будущем вытеснят металлы и древесину. Пластмассы действительно имеют много преимуществ по сравнению с материалами, освоенными ранее.

Во-первых, их производство менее энерго - и материалоемко, а

во-вторых, их легко, удобно и с меньшими затратами труда можно перерабатывать в изделия.

В-третьих, они обладают привлекательными эксплуатационными свойствами: коррозионной стойкостью, малой плотностью, большой разнообразностью видов (практически используют около 50 видов различных пластических масс).

1. Обзор источников информации

История гальванотехники или куда ведут следы фараонов?

Знания и умения народов, живших до нашей эры, поражают воображение современных людей. Не менее изумляют сообщения о том, что наши далекие предки не только умели получать электричество, но и успешно использовали его в таких сложных процессах, как гальванотехника. Секреты античных умельцев

Техника гальванических покрытий, возникновение которой относится к началу XIX века. Честь открытия гальванопластики принадлежит крупному русскому ученому академику Борису Семеновичу Якоби. На основе теоретических и лабораторных изысканий Якоби в Петербурге был организован первый гальванопластический завод.

Цели металлизации, особенности и области применения

металлизированных изделий из древесины

Покрытие имеет обособленные свойства, предопределяющие взаимодействие изделия с окружающей средой во время эксплуатации.

• металлизированная древесина своими физико-механическими и химическими свойствами, а также эксплуатационным поведением сильно отличаются как от древесины, так и от металлов.

Таблица

Эксплуатационное поведение древесины, металлов и металлизированной древесины

Шахматная фигура, изготовленная нами, - изделие из металлизированной древесины, - несмотря на солидный и внушительный вид старинной бронзы, имеет необычно малый вес, а изящная икебана из цветов не поддается изгибанию и неожиданно ломается, как хрупкое тело. Такую «психологическую несовместимость» новых материалов со старыми представлениями мы учитывали при конструировании изделий.

Свойства изделий из металлизированной древесины, на которых основано столь широкое их применение, в значительной степени зависят от способа нанесения металлического покрытия.

1. Практическая часть

Металлизация поверхностей электрохимическим способом

Цель: разработать технологию нанесения медных и никелевых покрытий на поверхность деревянных шахмат, гербарий цветов, кружевной ткани.

Методика эксперимента

1) подготовка к покрытию металлом (меднение, никелирование)

изделий из дерева (листья и лепестки цветов, шахматы), ткань

а) механическая зачистка

б) обезжиривание

в) активация

г) сушка

Перед погружением в электролиты образцы древесины (шахматы, цветы) подвергали обезжириванию в органическом растворителе с последующей механической шлифовкой с целью увеличения шероховатости поверхности.

Мелкие изделия из дерева (листья, лепестки, шахматные фигуры), покрыли тонким слоем металла. Такие металлизированные деревянные изделия выглядят как металлические литые предметы. Предварительно шахматную фигуру, цветок обработали несколькими слоями лака для устранения гигроскопичности, так как дерево впитывает электролит, высушили в муфельной печи.

Затем образцы графитировали, погружая их в ванну с графитом. Графит распределяется по поверхности исследуемых образцов ровным слоем для дальнейшего качественного сцепления с электролитом.

Как видно из микрофотографии образцы имели равномерную поверхность, полученную с помощью прямого активирования в коллоидном графите. Такие подложки имеют большее число центров кристаллизации.

2) состав электролита и его приготовление

Медный электролит для гальванопластических работ готовили на основе медного купороса с добавкой серной кислоты, повышающей электропроводность электролита.

1. В 1 л горячей воды растворили 150 г CuSO₄ (медный купорос).

2. После полного охлаждения раствора и доведения его до комнатной температуры электролит профильтровали через ткань.

3. В раствор CuSO₄ медленно вливаем серную кислоту (H₂SO₄) тонкой струей во избежание быстрого разогревания электролита и его разбрызгивания, что может вызвать тяжелые ожоги.

4. В электролите поддерживаем температуру на уровне 18—20 °С.

Рис. Схема гальванопластической установки:

1 — ванна; 2 — анод;

3 — катоды-формы для наращивания меди;

4 — источник постоянного тока;

5 — вольтметр; 6 — амперметр; 7 — реостат

3) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ НИКЕЛИРОВАНИЕ И МЕДНЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ (ТКАНИ)

Следующим этапом работы было получение блестящих металлических покрытий путем электролитического осаждения из растворов электролитов.

Процесс осаждения меди на катоде выглядит следующим образом:

Cu²⁺ + 2e → Cu^o

Процесс осаждения никеля на катоде выглядит следующим образом:

Ni²⁺ + 2e → Ni^o

СuSO₄ + 2H₂O = 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

Катод: Cu²⁺ + 2e = Cu⁰

(на катоде (деревянное изделие) осаждается металлическая медь)

Анод: 2H₂O – 4e = 4H⁺ + O₂

(на аноде выделяется кислород, а в прианодном пространстве накапливается серная кислота)

NiSO₄ + 2H₂O = 2Ni + 2H₂SO₄ + O₂

Катод: Ni²⁺ + 2e = Ni⁰

2Н₂О + 2 е = Н₂⁰ + 2OH ^-

(на катоде (деревянное изделие) осаждается металлический никель)

Анод: 2H₂O – 4e = 4H⁺ + O₂

(на аноде выделяется кислород, а в прианодном пространстве накапливается серная кислота)

Вид полученного покрытия через микроскоп

МЕТАЛЛИЗАЦИЯ КРУЖЕВНОЙ ТКАНИ

Кружева, являясь тонко орнаментированными художественными изделиями, в металлизированном состоянии напоминают филигрань.

Кружева, металлизированные техникой гальванопластики, служат для украшения разнообразных художественных изделий или же основным элементом для изготовления всего изделия.

Мы провели гальванопластическую металлизацию кружевной ткани.

1. Кружевную ткань растянули на рамке и пропитали парафином.

2. Прогладили теплым утюгом между листами бумаги для удаления избытка парафина.

3. Нанесли электропроводящий слой мелкого графита на заготовку.

4. Проложив проводники по краю кружева, закрепили ткань на пластмассовой рамке, вместе с которой загрузили в электролит.

5. Металлизированную поверхность кружевной ткани подсушили и обработали латунной щеткой

Рис. Натягивание проводником кружева

ВЫВОДЫ ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ РАБОТЫ

1. Древесина, природные объекты (гербарий), ткань, обработанные в коллоидном графите имеет большее число центров кристаллизации.

2. Повышение температуры позволяет сократить время химической металлизации в 2-3 раза. Таким образом, средняя скорость осаждения меди и никеля на поверхность древесины, активированной в спиртовом растворе коллоидного графита при температуре 20⁰С составляет ≈ 20 ÷25 мкм/ч, что сопоставимо для медного покрытия, нанесенного на деревянную основу, обработанную предварительно в более дорогих электролитах.

3. Разработали технологию нанесения медного и никелевого покрытия электрохимическим методом на поверхность деревянных шахмат, лепестков растений.

4. Разработали технику металлизации кружевной ткани методом гальванопластики.

ИТОГИ ПРОЕКТА

1. Познакомились с прикладными аспектами химии на примере практического применения электрохимических процессов, работая с различными источниками информации.

2. Разработали технологию нанесения медного и никелевого покрытия электрохимическим методом на поверхность деревянных шахмат, лепестков растений.

3. Разработали технику металлизации кружевной ткани методом гальванопластики.

4. Применили коллоидный графит для создания большего числа центров кристаллизации при металлизации древесины (шахмат), природных объектов (цветы), кружева.

5. Разработали бизнес – план малого предприятия по производству изделий из декоративно-прикладного творчества с применением гальванопластики и гальваностегии (приложение).

Источники информации

1. Гецас С. И. Декоративная обработка изделий из пластмасс. Л., Химия, 1978.

2. Гольдберг М. М., Корюкин А. В., Кондратов Э. К. Покрытия для полимерных материалов. М., Химия, 1980.

3. Одноралов Н.В. Гальванопластика дома. М., Знание, 1990

4. Кац Н. В. Металлизация тканей. Изд. 2-е, испр. и доп. М., Легкая индустрия, 1972.

5. Корюкни А. В. Металлополимерные покрытия полимеров. М., Химия, 1983.

6. Шалкаускас М., Вашкялпс А. Химическая металлизация пластмасс. Изд. 2-е, перераб. Л., Химия, 1977.

7. Шалкаускас М., Вашкялпс А. Химическая металлизация пластмасс. Изд. 3-е, перераб. Л., Химия, 1977.

8. Л.А. Ерлыкин Металлизация пластмасс (Ерлыкин Л.А. Поделки своими руками. М.: ТРИЭН, 1977. 192 с.

9. http://www.ooosagat.ru/articles/nikel. Растворы для химической металлизации.

10. http://www.gold-a.ru/metallization.html. Химическая металлизация. 16 c.

11.http://www.impgold.ru/chem. Химическая металлизация – технология. 24 c.