Отримання порошків цементацією
Сутність методу полягає у витісненні металів з водних розчинів солей. Метали з більш електропозитивним потенціалом можуть витіснятись з розчинів металом з більш електронегативним потенціалом (цементувальний метал). В основі процесу витискання лежить електрохімічна реакція
(5.18)
з перенесенням електронів від одного металу до іншого. Наприклад, реакція витискання міді залізом з водного розчину сірчанокислої міді
CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4.
Виходячи з термодинамічних умов рівноваги, процес цементації буде відбуватись у разі надлишку цементувального металу доти, доки не буде досягнуто рівноваги електрохімічних потенціалів витісненого і цементувального металів із врахуванням співвідношення концентрацій їх іонів у розчині:
Після підстановки значення 
і 
отримаємо:
(5.19)
де 
та 
– рівноважні активності іонів у розчині.
З наведеної рівності можна вирахувати рівноважне співвідношення активностей (концентрацій) іонів для кожного випадку. Для деяких пар металів ці значення наведено в табл. 5.9. У розглянутих парах металів можна досягти майже повного осадження витіснюваного металу. Однак на практиці рівноважний стан ніколи не досягається через пасивування цементувального металу витісняльним.
Механізм процесу цементації полягає в тому, що з попаданням цементувального металу в розчин починається іонний обмін згідно зі схемою (5.18). У результаті на поверхні цементувального металу осаджується виділений і утворюється гальванічний мікроелемент, у якому ділянки металу, що осаджуються, слугують катодом, а вільні ділянки цементувального методу – анодами.
Таблиця 5.9
Рівноважні значення активностей для різних поєднань осаджуваного та цементувального металів
| Осаджу-ваний метал МеІ | Цементу-вальний метал , МеІІ | Стандартний потенціал, В | Рівноважне відношення
| |
| МеІ | МеІІ | |||
| Cu Cu Cu Ni | Zn Fe Ni Zr | +0,340 +0,340 +0,340 -0,230 | -0,763 -0,440 -0,230 -0,763 | 1,0 × 10-38 1,3 × 10-27 2,0 × 10-20 5,0 × 10-19 |
На анодних ділянках перебігає реакція іонізації атомів цементувального металу з переходом їх у розчин. Надалі метал виділяється переважно на утворених катодних ділянках доти, доки це енергетично вигідно. Якщо катодна ділянка пасивується за рахунок окиснення, осадження домішок та інших процесів, то можливе виділення металу і на інших ділянках цементувального металу, доки вся його поверхня не буде покрита виділеним металом.
У міру зменшення вільної поверхні цементувального металу, а також вмісту іонів металу, витіснених з розчину, швидкість процесу зменшується. Для інтенсифікації процесу можна підвищувати температуру розчину, а також проводити енергетичні перемішування пульпи.
Порошок під час цементації виділяється у вигляді дендритів. Його розмір можна регулювати інтенсивністю перемішування, температурою процесу, концентрацією і кислотністю розчину. Механізм впливу зазначених чинників подібний до механізму отримання порошків електролізом водних розчинів солей.
Порошок, отриманий цементацією, завжди містить до 2…3% цементувального металу, що потребує подальшого його очищення. Одним з варіантів такого очищення може бути використання осаду, наприклад порошку міді цементованого залізом як вихідної сировини для отримання порошків автоклавним методом.
Більш перспективний метод цементації для отримання композиційних плакованих порошків, у яких основа (цементувальний метал) опиняється покритою прошарком металу, що витісняється.