МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ»

Физико-технический факультет

Кафедра общей физики

ЛАВЫШ ДМИТРИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССЕИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НИКЕЛИРОВАНИЯ

Курсовая работа

студента 4 курса 1 группы дневного отделения

Научный руководитель:

доцент кафедры общей физики,

канд. физ.-мат. наук, Валько Н.Г.

ГРОДНО 2009

Изучению причин, оказывающих влияние на равномерность распределения тока и металла, уделялось много внимания в работе белорусских и зарубежных исследователей. Были установлены основные закономерности распределения тока и металла и в тоже время показано, что факторы, влияющие на их распределение, довольно разнообразны. Для оценки равномерности распределения тока и металла на поверхности электродов существует термин рассеивающая способность.[2]

В очень сложных геометрических системах даже в электролитах с высокими значениями показателя рассеивающей способности (РС) по току и сильным снижением выхода металла по току при увеличении плотности тока не всегда удается получить равномерное покрытие. В этом случае необходимо изменять геометрические параметры системы, т.е. первичное распределение тока.

С этой целью часто используют фигурные аноды, по форме соответствующие профилю катода, дополнительные аноды, которые подводятся к углубленным участкам изделия, дополнительные металлические катоды или неметаллические экраны, затрудняющие прохождению тока к выступающим участкам катода и снижающим тем самым плотность тока на этих местах.[6-8]

Поэтому целью исследования было изготовление ячейки для определения РС электролитов никелирования.

Для этого было необходимо решить следующие задачи:

1.Изучение различных методик для определения РС электролитов никелирования;

2.Обосновать выбор данной ячейки для определения РС;

3.Изготовить ячейку

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Теория рассеивающей способности.

Качество и свойства электрохимических покрытий определяются не только структурой, но и равномерностью распределения металла по толщине слоя на поверхности покрываемых изделий. Согласно закону Фарадея, толщина d электрохимических покрытий зависит от плотности тока i, продолжительности электролиза τ и с учетом выхода по току ВТ металла и его электрохимического эквивалента g может быть вычислена по формуле:

(1.1)

γ -здесь плотность осаждаемого металла.

Расчет по формуле (1.1) дает лишь среднюю толщину покрытия. На практике ток распределяется по поверхности электрода неравномерно, поэтому фактическая плотность тока и толщина покрытия на различных участках катода различны: на одних больше среднего значения, на других меньше. Это может отрицательно сказаться на свойствах покрытия, поскольку на отдельных участках его толщина может быть меньше минимально допустимой. Распределение тока и металла по поверхности катода зависит:

1) от геометрических факторов размера и формы электродов и ванны, расположения электродов относительно друг друга и стенок ванны;

2) от электрохимических факторов электропроводимости электролита и характера изменения катодной поляризации и выхода по току металла с изменением плотности тока[3]

Различают первичное и вторичное распределение тока.

Первичное зависит только от соотношения геометрических параметров электролитической ванны. Оно наблюдается при отсутствии зависимости катодной поляризации от плотности тока и одинаково для геометрически подобных систем любого масштаба.

Вторичное, или действительное, распределение тока отклоняется от первичного, как правило, в сторону большей равномерности.

Оно зависит от поляризуемости катода

удельной электропроводимости раствора х и геометрических размеров системы. Параметром, обобщающим действие геометрических и электрохимических факторов на распределение тока, является критерий электрохимического подобия Э, представляющий собой произведение

где l₀ — определяющий геометрический

размер системы. В геометрически подобных системах, чем больше критерий электрохимического подобия, тем более равномерно распределение тока.

Способность электролита изменять первичное распределение тока называют рассеивающей способностью PC электролита. Обычно этот термин употребляют и для оценки способности электролита давать равномерные по толщине покрытия на изделиях сложного профиля. Поэтому принято различать соответственно рассеивающую способность по току (РС_Т) и рассеивающую способность по металлу (РС_М).[2]

Современные представления о механизме перераспределения тока в электролитах основываются на теории полей поляризации. Рассмотрим коротко ее основные положения. При прохождении тока через электролитическую ванну в ней возникает электрическое поле. Как и любое другое электрическое поле, поле в электролитической ванне может быть охарактеризовано функцией распределения в нем потенциала, т. е. математическим уравнением, связывающим значение потенциала U электрического поля в данной точке с координатами этой точки х и у:

(1.2)

В каждой данной электролитической ванне уравнение (1.2) имеет свой конкретный вид. Обычно функцию распределения потенциала в электрическом поле называют просто потенциалом данного поля. При отсутствии зависимости поляризации от плотности тока в электролитической ванне реализуется первичное поле, потенциал которого обозначается U_t и определяется только соотношением геометрических параметров ванны. Появление на электродах поляризации, зависящей от плотности тока, можно рассматривать как появление так называемого поля поляризации, потенциал которого обозначается U_o.[1] На значение U_o влияют геометрические параметры электролитической ванны и электрохимические характеристики электролита: электропроводимость и поляризуемость. Это поле Uo, суммируясь с первичным полем, дает в результате реально существующее на практике вторичное поле, потенциал которого обозначается U₂. Очевидно, что:

(1.3)

Если поляризуемость стремится к бесконечности, то поле поляризации называют предельным полем поляризации, потенциал его равен

. Вторичное поле в этом случае называют предельным полем, потенциал которого равен

1.2 Современные методы определения РС

Чтобы оценить рассеивающую способность электролитов, применяют ячейки различных конструкций, в которых экспериментально определяют распределение тока и металла и полученные с исследуемыми электролитами результаты сопоставляют. Иногда распределение тока и металла определяют расчетным путем.[1] По этим данным обычно приводят качественную характеристику рассеивающей способности; считают, что она выше у того электролита , у которого вторичное распределение тока или металла в данной ячейке более равномерное.

Одним из первых методов определения рассеивающей способности электролитов был метод Херинга-Блюма. Ячейка Херинга-Блюма представляет собой сосуд прямоугольного сечения, в котором между двумя плоскими катодами помещен дырчатый или сетчатый анод.[6] Первичное распределение тока в ячейке Херинга-Блюма соответствует отношению расстояний между катодами и анодом. Вторичное распределение тока определяют либо по привесу катодов (при 100%-ном выходе металла по току), либо с помощью амперметров, включенных в цепь ближнего и дальнего катодов.[8]

В ячейке Фильда катоды помещены по одну сторону от анода и разделены токонепроводящей перегородкой. Для исключения влияния анодной поляризации анод от разделяющей катоды перегородки необходимо помещать на расстоянии, не меньшем, чем ширина ячейки. [9]

Методы Херинга-Блюма и Фильда, хотя и весьма просты, имеют ряд существенных недостатков:

1) В ячейки Херинга-Блюма применяется сетчатый анод, который помещен между двумя катодами…;

2) В ячейки Фильда в связи с тем, что метод основан на расположении катодов на одну сторону от анода наблюдается большая поляризация анода, что плохо сказывается на покрытии;[10]

На практике рассеивающую способность электролитов определяют по ГОСТ 9.309—86.[4]

Согласно ГОСТ 9.309—86, рассеивающую способность электролитов определяют в щелевой ячейке Молера. Щелевая ячейка (рис. 1) представляет собой прямоугольный сосуд, в котором анодное и катодное пространства разделены токонепроводящей перегородкой с узкой щелью с одной стороны.

Определение рассеивающей способности электролитов никелирования (стр. 1 из 2)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ОГЛАВЛЕНИЕ