Упрощенный расчет распределения тока на деталях при использовании подвесок рамного типа
Казанский государственный технологический университет, кафедра ТЭПРоссия, 420012, Казань, ул. К.Маркса, 68, тел. (843)2318967 andrin@kstu.ru На распределение тока на покрываемых деталях в гальванической ванне оказывают влияние не только электрохимические и геометрические факторы: рассеивающая способность электролита, геометрия и размещение деталей в объеме ванны, но также в заметной степени конструкция применяемых подвесочных устройств. В некоторых случаях при конструировании подвесочных устройств приходится компенсировать недостаточную рассеивающую способность электролита, например, за счет использования проводящих и непроводящих экранов или вспомогательных электродов, которые специальным образом проектируют для достижения оптимального распределения тока на обрабатываемых поверхностях. Опыт демонстрирует, что и при проектировании типовой подвесочной оснастки необходимо учитывать влияние параметров ее элементов на распределение тока между однотипными деталями. Было показано, что для решения такой задачи применительно к устройствам елочного типа при нанесении покрытий на детали средних размеров, может быть использован графический метод расчета распределения тока внутри подвески [1].
Целью данной работы является оценка степени неравномерности распределения тока на покрываемых деталях, которая обусловлена электрическим сопротивлением элементов конструкции подвесочного устройства рамного типа.
1.Схема рамной подвески с покрываемыми деталями: 1- крюк подвески, 2-5 - токопроводящие стержни подвески, 6 – покрываемые детали
2.Эквивалентная электрическая схема рамной подвески с покрываемыми деталями: 1-11-узлы эквивалентной схемы, r1-r12- сопротивления токопроводящих стержней подвески, r13-r23- сопротивления эквивалентные токоподводам к деталям и переходным сопротивлениям на границе металл-электролит, точки 12-23 соответствуют внешней границе двойного электрического слоя со стороны электролита.
В рассматриваемой конструкции подвесочного устройства ток к покрываемым деталям подводится от источника тока через крюк и стержни, токоотводы с контактами ( 1). Для оценки влияния сопротивлений конструктивных элементов рамных подвесочных устройств на распределение тока между деталями может быть использована эквивалентная электрическая схема, отвечающая распределению тока в подвесочном устройстве рассматриваемого типа, приведенная на 2.
Из схемы видно, что значения токов, приходящихся на каждую деталь, зависят от сопротивлений всех элементов схемы, включая сопротивления контактов и переходные сопротивления границы детали с электролитом.
Особенность принятой схемы состоит в том, что поверхности всех покрываемых деталей при расчетах принимаются эквипотенциальными, что позволяет проводить расчет распределения тока на данной конкретной конструкции без учета геометрических условий в гальванических ваннах, в которых могут подвески применяться. Следует отметить, что приведенная схема предполагает также, что неконтактные места подвески надежно изолированы.
При проведении расчетов использовали следующие исходные данные: материалы стержней подвески, из которых собрана рамная конструкция, - латунь или углеродистая сталь, стержни диаметром 15 мм2, поверхность покрываемых деталей 1 или 3 дм2, плотность тока 1 или 3 А/дм2, токоподводы к деталям изготовлены из нержавеющей стали (проволока диаметром 4 мм), число покрываемых деталей на подвеске в соответствии с 1 и 2..
Для расчета поляризационного сопротивления границы деталь-электролит использовали результаты поляризационных измерений для ряда электролитов меднения, приведенные Кудрявцевым Н.Т. в [2]. Для упрощения расчетов нелинейные поляризационные кривые линеаризовали, используя две точки на поляризационной кривой: точку, соответствующую бестоковому потенциалу и точку, соответствующую рабочей плотности тока. При расчете токов, приходящихся на каждую деталь, решали систему линейных уравнений, составленную на основе законов Кирхгофа для эквивалентной электрической схемы подвески. Степень неравномерности распределения тока между деталями оценивали критерием Иванова Ku=Imax/Imin.
Таблица 1. Распределение тока на деталях при меднении в сульфатном кислом электролите при плотности тока 3 А/ дм2, поверхность покрываемых деталей 1 дм2 | Номер сопротивления, через которое ток подается к детали (2) | Значения токов (А) на деталях, размещенных на рамной подвеске (1), при меднении в сульфатном кислом электролите (1,5н. CuSO4 + 1,5н. H2SO4) | | Стержни подвески изготовлены из углеродистой стали | Стержни подвески изготовлены из латуни | | 13 | 3,08526459 | 3,04501451 | | 14 | 3,03446139 | 3,02041385 | | 15 | 3,08526459 | 3,0450145 | | 16 | 3,08526459 | 3,04501451 | | 17 | 3,03446139 | 3,02041385 | | 18 | 3,08526459 | 3,0450145 | | 19 | 2,94784996 | 2,9711871 | | 20 | 2,89930948 | 2,9471829 | | 21 | 2,94784996 | 2,9711871 | | 22 | 2,94784996 | 2,9711871 | | 23 | 2,89930948 | 2,9471829 | | 24 | 2,94784996 | 2,9711871 |
Примеры результатов расчетов, проведенных для подвески, соответствующей 1 и 2, приведенные в табл. 1 и 2, показывают, что влияние электрического сопротивления элементов конструкции может быть существенным, а использованный прием оценки степени неравномерности распределения тока оказался, несмотря на принятые упрощения задачи, чувствительным к режимным параметрам цикла электроосаждения.
Таблица 2. Зависимость степени неравномерности распределения тока на деталях при меднении на рамных подвесках, изготовленных из углеродистой стали, от природы электролита, плотности тока (1 и 3 А/дм2) и площади поверхности покрываемых деталей (1 и 3 дм2) | Электролит меднения [2] | Степень неравномерности распределения тока (%) на деталях площадью 1 дм2 при плотности тока (А/дм2): | Степень неравномерности распределения тока (%) на деталях площадью 3 дм2 при плотности тока (А/дм2): | | 1 | 3 | 1 | 3 | | Сернокислый электролит (1,5н. CuSO4 + 1,5 н. H2SO4); | - | 6,41 | - | 12,39 | | Пирофосфатный (0,72 н. CuSO4, 3,85 н. K4P2O7, 20-30 г/л NH4NO3) | - | 0,68 | - | 1,93 | | Пирофосфатный без NH4NO3; | - | 0,47 | - | 1,39 | | Цианистый (0,94н.CuCN и 0,2н. NaCNсвоб) | 0,23 | - | 0,68 | - | | Цианистый электролит (0,94н.CuCN и 0,45н. NaCNсвоб). | 0,21 | - | 0,63 | - |
В заключение следует отметить, что описанная методика расчета может быть использована для решения и некоторых других задач. В частности, могут быть рассчитаны такие значения сопротивлений элементов рамной подвески, которые обеспечивают наиболее равномерное распределение тока между деталями, например, в крупносерийном производстве многослойных покрытий, когда поляризационные характеристики циклов на разных операциях могут существенно отличаться. Описанная схема расчетов может быть также основой для статистического моделирования при оценке влияния случайных изменений контактных сопротивлений в цикле естественного износа оснастки на показатели технологической точности гальванических циклов.
ЛИТЕРАТУРА1. Андреев И.Н., Валеев Н.Н., Мищенко М. С.Защита металлов, 1985, т. 21, № 5, с. 809.; Гибкие автоматизированные гальванические линии: справочник. Ред. Зубченко В.Л. – М.: Машиностроение, 1989.- 672с; Андреев И.Н. Технологическая оснастка для гальванических линий (учебное пособие). – Казань.: Изд-во КГТУ, 2006. – 120с. 2. Кудрявцев Н.Т. Электролитические покрытия металлами. - М.: Химия, 1979. - 351 с.Читайте далее: Использование гальванических шламов при производстве керамических пигментов, экологичность гальванических производств, часть2, Интенсификация цикла твердого износостойкого хромирования, Экологическая и экономическая эффективность в технологических решениях при организации гальванических производств и очистных сооружений промышленных сточных вод, Организация бессточных операций нанесения гальванических покрытий, часть 2, Стоимость ПЭНД на Азиатском рынке стремительно сокращается, Использование наноалмазов в гальванических циклах, Достижения в области электрохимических методов обработки металлов и нанесения гальванических износо-эрозионностойких покрытий, Получение парциальных кривых анодного растворения сплавов серебро-медь с использованием инверсионных электрохимических методов, Экологические, технологические и экономические аспекты замены шестивалентных растворов хроматирования (пассивирования), Натурные испытания металлических покрытий. Метод испытаний на атмосферную коррозию, Методы ускоренных испытаний, Управление технологическими циклами электрохимических ванн линий гальванопокрытий, Технология, электролиты, оборудование, расходные материалы для осаждения покрытий драгоценными металлами из безцианистых электролитов, Прогрессивные технологии цинкования, Электролитическое осаждение висмута из кислого лактатного электролита, Падение котировок меди приведет к обвалу цен других базовых металлов, Упрощенный расчет распределения тока на деталях при использовании подвесок рамного типа, Гальванические покрытия сплавами,
|
