Моделирование, оптимальное проектирование и управление процессом нанесения гальванического хромового покрытия

• Автор: Елизаров, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 190 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ ХРОМОВОГО ПОКРЫТИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Общие сведения о гальванотехнике

1.2 Области применения, виды, структура и свойства хромовых покрытий

1.2.1 Области применения хромовых покрытий.

1.2.2 Структура и механические свойства хромовых покрытий

1.2.3 Химическая стойкость и защитная способность хромовых покрытий.

1.3 Общие сведения и особенности процесса хромирования.

1.3.1 Общие сведения.

1.3.2 Катодный процесс.

1.3.3 Анодный процесс

1.3.4 Электролиты для хромирования.
1.4 Технология хромирования
1.5 Качество хромовых покрытий.
1.5.1 Основные критерии качества покрытий
1.5.2 Методы повышения равномерности хромовых покрытий.
1.6 Анализ процесса хромирования как объекта оптимального проектирования и управления
1.7 Обзор работ по автоматизации и управлению процессами нанесения гальванических покрытий
1.8 Постановка задачи исследования.
Выводы по первой главе.
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ХРОМОВОГО
ПОКРЫТИЯ.
2.1 Математическая модель процесса хромирования
2.2 Использование сеточных методов для расчета распределения электромагнитного поля в ванне.
2.3 Алгоритм расчета системы уравнений математической модели для случая с образной кривой катодной поляризации
2.4 Проверка адекватности алгоритма расчета системы уравнений математической модели
Выводы по второй главе.
ГЛАВА 3 ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТНОГО РЕШЕНИЯ И УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ХРОМОВОГО ПОКРЫТИЯ.
3.1 Задача оптимального проектирования и управления процессом нанесения гальванического хромового покрытия.
3.2 Анализ целевой функции.
3.3 Анализ методов решения поставленной задачи
3.4 Решение задачи оптимального проектирования и управления.
Выводы по третьей главе.
ГЛАВА 4 ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАНЕСЕНИЯ ХРОМОВОГО ПОКРЫТИЯ
4.1 Структура системы автоматизированного проектирования и управления процессом нанесения гальванического хромового покрытия
4.2 Техническое обеспечение и принципиальная схема функционирования системы автоматизированного проектирования и управления процессом нанесения хромового покрытия
4.3 Подсистема автоматизированного проектирования процесса нанесения хромового покрытия
Выводы по четвертой главе.
Список использованных источников
Приложение А рекомендуемое. Табличные формы зависимости критерия равномерности от формы фигурного анода, используемые для анализа
целевой функции
Приложение Б рекомендуемое. Трехмерные модели форм фигурного анода
и детали с покрытием.
Приложение В рекомендуемое. Промежуточные данные работы алгоритма
поиска оптимального решения
Приложение Г рекомендуемое. Табличные формы зависимости критерия равномерности от формы фигурного анода, используемые для проверки
адекватности алгоритма поиска оптимального решения.
Приложение Д рекомендуемое. Пример таблицы готовых проектных
решений
Приложение Е справочное. Приборы и средства автоматизации управления
гальванической линией.
Приложение Ж справочное. Преобразователи интерфейсов.
Приложение И справочное. Технологии искробезопасности
Приложение К справочное. Микроконтроллеры
Приложение I обязательное. Структурная схема подсистемы автоматизированного проектирования процесса нанесения гальванического
хромового покрытия.
Приложение М обязательное. Функциональная схема подсистемы автоматизированного проектирования процесса нанесения гальванического
хромового покрытия.
Приложение Н обязательное. Экономический эффект от внедрения интегрированного системы автоматизированного проектирования и управления процессом нанесения гальванического хромового покрытия
ВВЕДЕНИЕ


Так для защиты от коррозии стальных трущихся деталей используют молочный хром толщиной мкм, осажденный из универсального электролита при температуре С и плотности тока Адм2. По имеющимся данным, такое покрытие показало удовлетворительную защиту некоторых деталей паровых турбин, валиков водяного насоса автомобильного двигателя, медицинских инструментов 2. Для повышения износостойкости молочного хромового покрытия его перекрывают блестящим хромом толщиной . Твердое хромирование широко применяется для повышения срока службы мерительного и режущего инструмента, штампов и прессформ, особенно для обработки неметаллических материалов пластмассы, стекла, резины и др. Износостойкое хромирование применяют для повышения износостойкости новых деталей машин и инструментов и устранения задирания трущихся поверхностей. По сравнению с защитнодекоративными покрытиями процесс износостойкого хромирования обладает некоторыми особенностями толщина слоя хрома намного больше, что является причиной значительной продолжительности процесса, достигающей в отдельных случаях суток режим электролиза и состав ванны должны способствовать наилучшей рассеивающей, а не кроющей способности подготовка деталей и их расположение в ванне должны предусматривать возможно более равномерное распределение слоя покрытия на хромируемой поверхности хромирование производится непосредственно по основному металлу без подслоя, хромируемая поверхность только шлифуется, не полируется 2. Структура и механические свойства хромовых покрытий. Электролитический хром отличается по своим свойствам от хрома, полученного металлургическим путем. Его особенностью является зависимость свойств от режима осаждения. Структура электролитического хрома характеризуется наличием двух видов кристаллической решетки кубической объемно центрированной и плотноупакованной гексагональной. Удельная доля каждого вида в покрытии зависит от режима хромирования. При высоких плотностях тока и повышенной температуре электролита образуется преимущественная кубическая структура при низких плотностях тока и комнатной температуре электролита образуется, в основном, гексагональная структура 2. Последняя устойчива при температурах ниже С. Выше она постепенно переходит в устойчивую кубическую форму, уменьшаясь в объеме приблизительно на . Усадка хрома, сопровождающаяся изменением линейных размеров, зависит от режима хромирования. Такая усадка свидетельствует о наличии в хромовом покрытии значительных растягивающих напряжений. Среднее значение внутренних напряжений, отнесенное к толщине слоя, уменьшается по мере увеличения толщины покрытия. Хромовые покрытия с кубической структурой имеют слоистое строение, и при достаточно больших растягивающих напряжениях происходит растрескивание каждого слоя. Растрескивание хромовых покрытий зависит не только от растягивающих напряжений. Условия электролиза также влияют на растрескивание хромового покрытия. Хром с гексагональной структурой не имеет сетки трещин, в нем отсутствует слоистость. Он характерен для тетрахроматных электролитов, работающих при комнатной температуре. В зависимости от режима хромирования образуются четыре основных вида хромовых покрытий блестящий, матовый, молочный и серый хром. Блестящие осадки хрома получаются при средних температурах электролита С в широком диапазоне плотностей тока, а также при более высоких температурах электролита из малоконцентрированных растворов при высоких плотностях тока. Блестящий хром имеет наиболее высокую твердость, хорошее сцепление с основным металлом и относительно небольшую хрупкость. Осаждение на катоде матовых осадков происходит при низких температурах электролиза С и ниже и любой плотности тока. Покрытия, полученные при этих режимах электролиза в сульфатных ваннах, отличаются высокой хрупкостью и слабым сцеплением. Осадки молочного хрома получают при высоких температурах электролита выше С и при плотностях тока . Адм2. Покрытия молочным хромом по сравнению с другими имеют невысокую твердость, значительную пластичность, меньшую пористость и благодаря этому более высокую защитную способность.