Влияние тепловых и электрических полей на электрохимические процессы при импульсном электролизе

• Автор: Шалимов, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 354 с.

Введение

1 Анализ литературных источников и постановка задачи исследований

1.1 Термокинетические эффекты электродных реакций и основные предпосылки их возникновения

1.2 Состояние вопроса электрохимической технологии анодной обработки алюминия

1.3 Электрохимическое получение хромовых покрытий

1.3.1 Сравнительный анализ процессов электровосстановления хрома из стандартных и сернокислых электролитов
1.3.2 Влияние температуры на химический состав электролитов хрома 1 и на кинетику электродных процессов
1.3.3 Влияние параметров импульсного тока на морфологию, структуру и свойства гальванопокрытий

1.4 Взаимодействие нолей различной природы в электрохимических системах

1.5 Математическое моделирование технологических процессов с целью их оптимизации

1.6 Выводы по литературному обзору и постановка задачи исследований

2 Методика эксперимента
2.1 Определение температуры электролита в приэлектродном слое в зоне реакции
2.2 Методика изучения свойств электролитов при их температурной обработке
2.3 Определение кроющей и рассеивающей способности электролитов
2.4 Исследование процессов в электрохимических системах на установке импульсного тока
2.5 Элекгронный кулонометр для определения выхода по току металла
2.6 Определение относительной степени дисперсности газов
2.7 Определение содержания водорода в электрохимических покрытиях
2.8 Измерение внутреннего трения гальванопокрытий
2.9 Оценка погрешностей измерений
2. Планирование эксперимента
3 Теоретические предпосылки разработки процессов
импульсного электролиза
3.1 Взаимодействие полей различной природы в электрохимических системах
3.2 Эффекты тепловыделения на электродах и их влияние на механизм электрохимических реакций
3.3 Взаимосвязь термокинетических эффектов реакций с технологическими параметрами электрохимических процессов. Природа эффектов тепловыделения
3.4 Электрические поля электрохимических систем и их влияние на динамическую скорость перемещения ионов
3.5 Механизм взаимодействия тепловых и электрических полей в идеальных электрохимических преобразователях
3.6 Особенности процессов газовыделения на электродах при электрохимических реакциях
3.7 Особенности процессов газовыделен ия электрохимических реакций в условиях импульсного электролиза
3.8 Особенности формирования металлических структур в импульсных режимах электролиза
3.9 Взаимодействие тепловых и электрических полей в условиях стационарного электролиза
3.9.1 Электрохимическое осаждение металлов в условиях стационарного электролиза
3.9.2 Электроосаждение металлов в условиях импульсного электролиза
ЗЛО Изменение условий кристаллизации металлов с увеличением продолжительности электролиза
4 Анодное растворение алюминия
4Л Исследование кинетики анодного растворения алюминиевой фольги в нейтральных и кислых растворах
4.2 Обработка алюминиевой фольги в кислых средах влияние плотности тока, продолжительности процесса и температуры электролита на коэффициент травления
4.3 Взаимосвязь режимов обработки с удельной емкостью фольги
4.4 Особенности распределения плотности тока по поверхности фольги
4.5 Исследования термокинетики процессов анодной обработки алюминиевой фольги
4.6 Специфические особенности процессов тепломассопсреноса в условиях импульсного электролиза
4.7 О возможном механизме анодного растворения алюминия
5 Исследование процессов электроосаждения металлов экспериментальная часть
5.1 Влияние модификационного состояния сульфата хрома III на поляризацию хромового катода
5.2 Исследование механизма поляризации электродных реакций при электроосаждении хрома из его трехвалентных соединений температурнокинетическим методом
5.3 Температурнокинетические исследования электродных реакций в растворах сернокислого хрома III
5.4 Электрохимическое получение хрома
5.5 Электрокристаллизация хромовых покрытий в условиях импульсного электролиза
5.6 Осциллографичсские исследования процесса электроосаждения хрома
5.7 Микроструктурное исследование покрытий,
полученных из сернокислых электролитов
5.8 Исследование зависимости физикохимических свойств электролитов от температуры
5.9 Исследование процессов наводороживания хромовых покрытий методом внутреннего трения
5. Перспективы использования низковалентных электролитов хромирования в промышленном производстве
5. Катодное восстановление золота в условиях
импульсного электролиза
5. Аффинаж золота из золотосодержащих сплавов 1 6 Разработка математических моделей электрохимических процессов
6.1 Вычисление температурных эффектов на электродах
методами итерации
6.2 Исходная формулировка задачи о распределении тепловых источников в электрохимической ячейке
6.3 Моделирование граничных условий
6.3.1. Граничное условие на полупроницаемой мембране
6.3.2 Приведение модели к безразмерному виду и разработка численного метода решения нелинейной задачи
6.3.3 Граничное условие на газогенерирующем электроде
6.3.4 Реактор с плоскими электродами
6.4 Разработка математической модели процесса анодной
обработки алюминиевой фольги
6.4.1 Характеристика объекта моделирования
6.4.2 Модель распределения плотности тока в объеме электролита
6.4.3 Распределение плотности тока и потенциала по фольге
Список литературы
Введение
Актуальность


Пф фактическое значение того или иного показателя Пг значение того же показателя в соответствии с требованиями к процессу. Приведенные в таблице 1. Однако по стоимости 1 кг электроосажденного металла и по производительности этот технологический процесс нуждается ещ в серьзном усовершенствовании. Таблица 1. Приведенные данные относятся 7 к стандартным электролитам. В случае использования саморегулирующихся электролитов износостойкость деталей и узлов агрегатов может быть увеличена в 1, раза. Анализ таких важных параметров технологических процессов хромирования, как выход металла по току показывает, что в стандартных электролитах он составляет всего 8 . А электроэнергии затрачивается на побочные процессы. Это характеризует крайне низкую эффективность их использования. В настоящее время наиболее перспективными электролитами на основе соединений хрома VI являются так называемые саморегулирующиеся электролиты, в которых автоматически регулируются параметры процесса под действием внешних и внутренних условий. Эти электролиты являются адаптивными самонастраивающимися системами. В них, в процессе функционирования, могут автоматически изменяться некоторые управляющие параметры процесса, например, соотношение между компонентами в электролите и с поверхностью катода с тем, чтобы обеспечить получение покрытий с определенными критериями качества. Самонастраивание электролита для действия в какомлибо направлении происходит за счет изменения внутренней структуры электролита как системы. Выход по току в саморегулирующихся электролитах, в зависимости от их химического состава, плотности тока и температуры электролита, колеблется в пределах . Рассмотренные выше технологические процессы, несмотря на их широкое использование в промышленном производстве имеют ряд существенных недостатков, к числу которых относится низкий выход металла по току. Малый электрохимический эквивалент, рассеивающая способность электролита характеризуется отрицательными величинами, большие внутренние напряжения в покрытиях приводят к появлению сетки трещин на поверхности. Соединения хрома VI, применяемые для промышленных способов хромирования, обладают, кроме всего, общетоксичными свойствами и, при длительном воздействии на организм человека, могут вызывать профессиональные заболевания. По последним данным экологических исследований соединения СгУ1 относятся к веществам, обладающим канцерогенными свойствами. На участках хромирования возникает необходимость установки мощных вентиляционных систем, что связано со значительным повышением стоимости строительства и эксплуатации производства. В связи с этим, рядом исследователей в последние годы предприняты попытки изучения возможности применения электролитов, содержащих соединения СгШ для гальванического хромирования. Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию возможности использования соединений трехвалентного хрома, для целей гальваностегии, тем не менее, следует отметить, что в промышленном производстве эти процессы пока не нашли широкого применения. Однако при попытках внедрения их в производство, возникают определенные проблемы. В частности наличие в некоторых типах электролитов модификационных превращений при изменении температуры 7 является одним из препятствий к внедрению технологии электролитического осаждения хрома из сернокислых электролитов, так как перегруппировка элементов структуры электролита 8 резко тормозит реакцию восстановления металлического хрома. Практически все предлагаемые в технологические процессы электролиты рекомендованы для получения защитнодекоративных покрытий, то есть толщина хромовых осадков ограничена величиной 5 мкм. Одним из существенных недостатков электролитов на основе хрома III является их относительно низкая электропроводность 9, в сравнении со стандартными ваннами. Исследованиями растворов солей хрома III при наличии различных фоновых электролитов , 3, установлено 0, что сульфатионы способствуют, повидимому, образованию более устойчивых оксосоединений, проявляющих большую необратимость.