что такое анодная и катодная плотность тока
Анодирование, что это такое? (стр. 3 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 |
Типичные ошибки процесса.
Температура процесса выше нормы. Т. е. выше +8. +10 градусов. Плотность тока правильная, а твердость анодного слоя слабовата, да и окраски у него по сути нет. Так себе, легкий мутновато-молочный оттенок.
Вот типичный пример: деталь начала обрабатываться в «холодном» режиме, но я забыл ее снять (отвлекся) и финальная часть процесса проходила уже в нагретом (+15) электролите. Окраска исчезла не полностью, но пленка потеряла всякую прочность. Царапины от ногтя.
Анодная плотность тока мала. Анодный слой растет медленно, он бесцветен. Хотя и прочен вполне.
Таким образом, минимальный порог появления окрашенного анодного слоя равен 1,5. 1,6 ампер/дм2. Я же, советую опять те же 2. 2,2 ампера/дм2. В качестве небольшого запаса надежности. Вдруг вы ошиблись при подсчете площади поверхности детали?
Таким образом, старайтесь выдерживать оптимум в 2. 2,2 ампера/дм2.
Катодная плотность тока слишком велика. В том смысле, что площадь поверхности свинцового катода мала, в сравнении с площадью поверхности обрабатываемой детали. Это не самая большая проблема, если вы обрабатываете маленькие детали, расположенные далеко от катода( в разных концах ванны). Но вот, если вы станете анодировать тот же рессивер, в ванне не слишком больших габаритов, то начнутся проблемы. Появится высокая склонность к прогару и растравливанию детали.
Дело в том, что малые размеры катода способствуют неравномерному распределению силовых линий тока по поверхности детали. А это и приводит в итоге к повышенному риску прогара.
Мой совет: площадь катода должна быть хотя бы в 2 раза больше чем площадь детали. В этом случае, получится достаточно равномерное распределение тока на поверхности детали. Лучше всего иметь свинцовую «облицовку» по всем стенкам и дну ванны.
Плохой контакт детали с подвеской. Не удается добиться правильной силы тока, а самое главное,- при подаче тока на деталь, пузырьки кислорода идут не с ее поверхности, а с поверхности зажима. Ну или вообще не идут.
Чисто электрическая проблема. Возникшая, скорее всего, от вашей лени сделать качественный зажим. Всяческие варианты с обматыванием детали алюминиевой проволокой, имхо, ненадежны. Зажим должен быть струбциноподобным, с резьбовой контактной шпилькой-электродом из алюминия. Только такая конструкция позволяет с достаточной силой прижать электрод к детали, обеспечив тем самым, надежный электрический контакт.
Алгоритм правильного режима анодирования:
· Вы аккуратно подсчитали площадь поверхности детали, и правильно вычислили необходимую силу тока.
· Температура и сила тока соответствуют норме.
Что такое гальваника? Теоретические основы нанесения гальванических покрытий.
Содержание:
1. Понятие об электролизе. Принципиальная схема электролизера.
Электролиз с практической точки зрения является комплексом окислительно-восстановительных реакций, протекающих под действием электрического тока в электролите.
Проходящий через электролит ток обычно постоянный, хотя иногда он может быть и переменным или изменяться по определенной функции. В любом случае, мы всегда сможем выделить катодный (восстановление) и анодный (окисление) процессы.
2. Электролиз с нерастворимыми анодами. Анод не растворяется, на нем происходит побочная реакция, например, выделение кислорода. На катоде происходит восстановление металла, ионы которого подтягиваются из электролита. Происходит непрерывное снижение концентрации ионов металла в растворе.
Схема простейшего электролизера (рисунок 1 и 2) всегда включает в себя:
В случае нанесения анодного оксидного покрытия, например, на алюминии (процесс анодирования), покрываемые изделия находятся на аноде, а катоды выполняют роль противоэлектродов.
Электролизер может комплектоваться и дополнительным оборудованием:
2. Гальваника и закон Фарадея. Выход по току. Метод расчета толщины осаждаемого покрытия.
Закон Фарадея связывает массу выделявшегося на электроде вещества и количество пропущенного через электролит электричества. Применительно к гальванике закон Фарадея можно представить следующим образом:
Отметим, что наиболее часто площадь деталей в гальваностегии выражается в квадратных дециметрах, а плотность тока, соответственно, в амперах на дециметр квадратный. Реже применяется отношение к квадратному сантиметру (научные экспериментальные работы) и квадратному метру (например, при оцинковке стальной ленты). Использование дециметров в гальванике удобно тем, что в этом случае получаются не слишком большие и не слишком малые величины.
Геометрическая площадь (и связанная с ней геометрическая плотность тока) высчитывается исходя из геометрических размеров детали по стандартным математическим формулам.
Реальная площадь (и реальная плотность тока) может быть определена исходя из шероховатости и микрорельефа поверхности. Так, сравнив фотографии серебряного покрытия на рисунке 3 (А и Б) становится очевидно, что площадь поверхности пластинки на самом деле в 2-3 раза больше, чем просто произведение длины на ширину. Следует учитывать реальную площадь при гальваническом покрытии деталей с высокой шероховатостью поверхности, например, после пескоструйной или дробеструйной обработки.
Величина V/S представляет собой искомую толщину покрытия δ, если условно принять покрытие за параллелепипед, то:
Заметим, что толщина покрытия в гальваностегии обычно выражается в микрометрах (мкм).
Расчет толщины гальванического покрытия на практике обычно производится приблизительно по справочными данными о средней толщине покрытия, осаждаемого из данного электролита при данной плотности тока. Эти данные содержатся в ГОСТ 9.305-84, либо в отдельных техпроцессах, поставляемых вместе с фирменными органическими добавками к электролитам. Например, в таблице 1 приведены усредненные данные для гальванического цинкования из щелочного цинкатного электролита с двумя блескообразователями.
Точный расчет по формуле на практике лишен смысла, т.к. невозможно точно определить реальную плотность тока и реальный выход по току на каждом участке сложнопрофильной поверхности. Поэтому расчет всегда будет носить приближенный оценочный характер. В любом случае, перед выбором режима осаждения покрытия отработка и измерение толщины производится на опытных образцах деталей.
Плотность тока, А/дм 2
Скорость осаждения, мкм/мин
3. Потенциал электрода. Перенапряжение (поляризация).
Металлические электроды, опущенные в раствор электролита, содержащего одноименные с металлом ионы, обладают характеристикой, называемой равновесным потенциалом.
В гальванике равновновесный потенциал электрода характеризует динамическое равновесие между ионами металла, выходящими из кристаллической решетки электрода в раствор и одноименными ионами в растворе, стремящимися войти в кристаллическую решетку электрода. Скорость обмена характеризуется так называемым током обмена i0. Такая система реализуется в любом электролите для нанесения покрытий с использованием растворимых металлических анодов, например, когда мы загружаем медные аноды в электролит сернокислого меднения, состоящий из сульфата меди и серной кислоты.
При использовании нерастворимых анодов или при опускании анода в раствор, в котором отсутствую одноименные ему ионы, на нем будет реализовываться стационарный потенциал.
Равновесный потенциал привязан к величине стандартных потенциалов металлов (табличные значения) уравнением Нернста:
Если подставить в уравнение значения R и F, перейти к десятичным логарифмам и принять, что температура 298 К, то уравнение Нернста можно преобразовать в следующий вид:
Перенапряжение обозначается как ηК и ηА соответственно для обозначения катодного и анодного процесса.
Наглядно эти вопросы будут разъяснены при рассмотрении поляризационных кривых.
Отметим, что чем выше перенапряжение выделения металла на катоде, тем более мелкокристаллическим будет покрытие. При осаждении покрытий стремятся получать как можно более мелкокристаллические осадки. Обоснование этого будет дано далее.
4. Напряжение на электролизере.
Для того, чтобы электрический ток прошел через электролизер, необходимо приложить определенное напряжение. При постоянной величине электрического тока I, чем выше сопротивление R в узлах электролизера, тем выше требуется напряжение U. Произведение U*I называется мощностью W, измеряемой в кВт. Произведение мощности на время (в часах) называется киловатт-часами и характеризует затраты электричества на проведение процесса. Следовательно, при прочих равных условиях, необходимо стремиться снизить напряжение на ванне.
Напряжение на работающем электролизере складывается из следующих величин:
5. Лимитирующие стадии электродной реакции. Поляризационная кривая. Предельный диффузионный ток. Концентраторы тока.
Для того, чтобы иону металла восстановиться и осадиться на катоде ему необходимо подойти к поверхности электрода из объема раствора, разрядиться и встроиться в кристаллическую решетку покрытия. Все эти процессы характеризуются определенной скоростью. Стадия, имеющая минимальную скорость будет тормозить всю реакцию. Такая стадия будет называться лимитирующей (замедленной) и будет контролировать электрохимический процесс.
На рисунке 4 представлены типичные виды поляризационных кривых.
Отметим, что в повседневной гальванотехнике поляризационные кривые в рабочих электролитах снимаются редко, поэтому детальное изучение кинетики электрохиимических реакций мы опустим, оставив это курсу теоретической электрохимии.
Рассмотрим прикатодное пространство в электролите при включении внешнего тока (рисунок 5).
Ток обмена характеризует процесс перехода ионов металла из кристаллической решетки катода в раствор и обратно. Как только будет включен источник тока разряжающихся ионов в прикатодном слое начнет падать. Одновременно с этим из глубины электролита за счет диффузии будет происходить поступление новых ионов с определенной скоростью.
Если скорость диффузии будет меньше скорости разряда ионов, то концентрация разряжающихся ионов в приэлектродном пространстве с ростом плотности тока будет продолжать уменьшаться. При определенной плотности тока все подходящие из глубины раствора ионы будут сразу же разряжаться на катоде. Данная плотность тока будет называться предельным током. Увеличить скорость электроосаждения мы теперь уже не сможем, т.к. новые ионы просто не будут успевать подходить из глубины электролита к поверхности катода. Важно знать, что для любой реакции может быть достигнут предельный ток, когда скорость этой реакции достигнет предельного значения. В этом случае на поляризационной кривой будет получена площадка, параллельная оси потенциалов (т.е. оси х).
При перемешивании электролита будет увеличиваться величина предельного диффузионного тока и не будет изменяться величина предельного кинетического.
Если параллельно с осаждением металла на катоде идет выделение водорода (как это имеет место, опять же, при никелировании), то в местах реализации предельного диффузионного тока будет наблюдаться значительно большее газовыделение, чем на остальной поверхности катода. Учитывая крупнокристаллическую структуру покрытия и его плохое сцепление с основой в этих местах, а также значительную скорость его наращивания, выделяющийся водород может просто срывать крупные части покрытия (эффект старой краски, отслаивающейся от покрашенного изделия) вызывая брак всего изделия. Для увеличения значения предельного диффузионного тока и, соответственно, расширения рабочих плотностей тока, как уже говорилось ранее, производится перемешивание электролитов.
6. Одновременное протекание реакций на электроде. Выделение металла одновременно с газом. Сплавообразование.
Случаи, когда при нанесении гальванического покрытия на электроде протекает только одна реакция довольно редки. Гораздо чаще происходит одновременно две и более реакции. Условием для одновременного протекания двух электрохимических процессов является максимальное сближение потенциалов их разряда. Можно классифицировать ситуации следующим образом:
Также в качестве побочных реакций могут выступать реакции неполного восстановления металла (Fe 3+ → Fe 2+ ), реакции восстановления оксидных пленок и т.п.
6.1 Выделение водорода одновременно с осаждением металла на катоде.
Выделение водорода одновременно с покрытием происходит, например, при никелировании, хромировании, цинковании из цинкатного электролита, лужении из кислого электролита и т.д. Выделение водорода усиливается при приближении к предельному диффузионному току.
Выделение водорода при катодном осаждении металла практически всегда отрицательно сказывается на качестве покрытия. Тому есть несколько причин:
6.2 Одновременное выделение двух и более металлов или металла и неметалла (сплавообразование).
Для того, чтобы две электроактивных частицы одновременно восстановились на катоде нам необходимо максимально сблизить их потенциалы разряда. Этого можно достичь следующими способами:
7. Простые и комплексные электролиты в гальванотехнике.
Традиционно в гальванике применяются простые и комплексные электролиты. Отличие состоит в том, в какой форме находятся ионы осаждаемого металла. Простые электролиты содержат сульфаты, нитраты, хлориды и т.п. и осаждаемый металл в них находится в форме простой соли. Соответственно, электролиты будут называться сульфатные, нитратные, хлоридные и т.п. Если используется смесь солей, то название будет двойным, тройным и т.д., например, сульфатно-нитратные, сульфатно-хлоридные.
Для примера рассмотрим таблицу 4, в которой приведены значения констант нестойкости комплексов серебра и рисунок 14, где приведены некоторые поляризационные кривые осаждения серебра из различных комплексов. По рисунку 14 можно заметить, что чем меньше константа нестойкости комплекса, тем больше поляризация, что визуально выражается в более пологой кинетической кривой.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Анодная плотность тока в активной области с ростом положительного потенциала сначала повышается, а в дальнейшем падает и при достижении потенциала Еп сталь переходит в пассивное состояние. [34]
Анодная плотность тока не до т-жна быть выше 2 А / дмг. [36]
Анодная плотность тока Da 2 0 А / дм2; анодный выход по току Вта) 103 % ( с учетом шламления); анодные остатки ( скрап) составляет около 17 % от первоначальной массы анода. [37]
Анодная плотность тока DA должна быть значительно ( на порядок величины) меньше катодной DK, чтобы ослабить вредное-влияние скопления газовых пузырьков, застойных явлений и особенно для улучшения рассеивающей способности ванны. Значительное превышение площади анода над площадью проекции на него катода снижает неравномерность на краях, возникающую при искажении электрических силовых линий. [38]
Анодную плотность тока доводят до величины, которая приводит к полной пассивации, в результате чего металл перестает растворяться. Применяют этот метод для защиты конструкции от коррозии в сильно агрессивных средах. [42]
Определены допустимые анодные плотности тока на окиснорутениевых анодах в зависимости от содержания хлоридов и температуры электролита. [44]
Величина анодной плотности тока оказывает существенное влияние на интенсивность процесса анодного окисления марганца. Установлено, что повышение анодной плотности тока по отношению к катодной способствует понижению скорости этого нежелательного процесса. Поэтому анодную плотность тока поддерживают примерно в 2 раза более высокой, чем катодную. Достигается это перфорированием анодов. [45]
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Катодный анодный ток
Катодный и анодный ток имеют обратное направление. Катодным называют такой ток, когда электроны от источника тока движутся к рабочему электроду, на котором проходит восстановление, затем к вспомогательному, а от вспомогательного электрода к источнику тока. Если на рабочем электроде имеет место окисление, то направление движения электронов будет противоположным и ток называют анодным. [1]
При стационарном протекании реакции катодные и анодные токи равны. Этому условию отвечает определенное значение компромиссного или стационарного потенциала ( фс) на реакционной поверхности. [2]
МО: по разности между катодным и анодным током определяют содержание ртути. [3]
Условие отсутствия тока во внешней цепи ( например, измерение потенциала компенсационным методом) для определяемого стационарного потенциала, состоящее в том, что сумма катодных токов равна сумме анодных, не требует равенства катодных и анодных токов по каждой окислительно-восстановительной системе. Однако в зависимости от соотношения концентраций частиц, составляющих окислительно-восстановительные системы, вклады в катодный и анодный ток отдельных систем могут существенно меняться. При этом реальны такие случаи, когда удовлетворительным приближением будет представление, что в некотором концентрационном интервале основной вклад как в катодный, так и анодный токи вносит лишь одна окислительно-восстановительная система и, следовательно, стационарный потенциал близок равновесному потенциалу данной системы. [15]