Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор .13
1.1 Твердые растворы и интерметаллические соединения в матричных электрохимических сплавах на основе меди и свинца (диаграммы сплавов): их состав, структура, свойства, природа и концентрация дефектов 13
1.1.1 Медь, сплавы на основе меди и их свойства 13
1.1.1.1 Медно–кальциевый сплав 15
1.1.1.2 Медно–висмутовый сплав 17
1.1.2. Свинец, сплавы на основе свинца и их свойства
1.1.2.1 Свинцово–медный сплав .21
1.1.2.2 Свинцово–висмутовый сплав .23
1.1.3 Сплавы кальция с переходными металлами (висмут, свинец)
1.1.3.1 Кальциево–висмутовый сплав 25
1.1.3.2 Кальциево–свинцовый сплав 27
1.2 Особенности сплавообразования при катодной обработке меди и свинца в растворах солей металлов переходного ряда .29
1.3 Особенности процесса катодного внедрения и его роль при электрохимическом модифицировании меди, свинца и матричных электродов на их основе кальцием .33
1.3.1 Кинетика, термодинамика и механизм процесса электрохимического внедрения металлов в твердые электроды при катодной поляризации 33
1.3.1.1 Термодинамика процесса катодного внедрения металлов 34
1.3.1.2 Кинетика процесса катодного внедрения металлов 37
1.3.1.3 Механизм процесса катодного внедрения металлов 42
1.3.2 Использование метода катодного внедрения для электрохимического модифицирования меди, свинца и матричных электродов на их основе кальцием 51
1.3.3 Кинетические закономерности и особенности структурных превращений при катодном внедрении кальция в BiCu электрод 56
ГЛАВА 2. Методика эксперимента 60
2.1 Объекты исследования 60
2.1.1 Методика получения матричных CuBi, PbBi, CuPbBi электродов 61
2.1.2 Методика получения кальций содержащих сплавов CuCa, PbCa, CuBiCa, PbBiСа, CuPbBiСа 62
2.1.3 Приготовление растворов электролитов 64
2.1.4 Очистка и осушка солей 64
2.2 Электрохимические методы исследования 64
2.2.1 Подготовка электрохимической ячейки 65
2.2.2. Методика приготовления электрода сравнения 65
2.2.3 Потенциостатический метод (хроноамперометрия) 66
2.2.4 Метод хронопотенциометрии 68
2.2.5 Циклирование в потенциодинамическом режиме 69
2.2.6 Циклирование в гальваностатическом режиме .70
2.2.7 Бестоковая хронопотенциометрия... 71
2.3 Физико-химические методы исследования 71
2.3.1 Лазерный микроспектральный анализ .71
2.3.2 Рентгенофазовый анализ .72
2.4 Определение погрешности измерений 73
ГЛАВА 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение ...75
3.1 Электрохимическое модифицирование свинцового и свинцово-висмутового электродов кальцием по методу катодного внедрения из диметилформамидных растворов солей кальция различного анионного состава .75
3.1.1 Влияние природы аниона на диффузионн-кинетические характеристики
катодного внедрения кальция в структуру свинцового электрода .75
3.1.2 Особенности диффузионно-кинетических характеристик процесса катодного внедрения кальция в структуру свинцового электрода, модифицированного висмутом 79
3.1.3 Влияние природы аниона в растворе на количество и распределение кальция по глубине матричного электрода 83
Заключение 84
3.2 Закономерности электрохимического модифицирования медного, медно висмутового и медно-свинцово-висмутового электродов кальцием в апротонных органических растворах 85
3.2.1 Влияние природы аниона на диффузионно-кинетические характеристики процесса катодного внедрения кальция в структуру Cu, CuBi, CuPbBi электродов 85
3.2.2 Влияние анионного состава раствора на скорость проникновения кальция в структуру Cu, CuBi, CuPbBi электродов 93
3.2.3 Механизм процессов фазообразования при катодном внедрении кальция в матричные электроды на основе меди, свинца и их сплавов с висмутом 97
3.3 Циклируемость матричных CuBiCa, PbBiCa, CuPbBiCa электродов в потенциодинамическом режиме 98
3.3.1 Особенности поведения CuCa и PbCa электродов в растворе CaCl2
в диметилформамиде при поляризации в потенциодинамическом режиме 98
3.3.2 Влияние модифицирования Pb и Cu электродов висмутом на их циклируемость по кальцию .102
Заключение 105
3.4 Циклируемость PbBiСа, CuBiСа, CuPbBiСа электродов в гальваностатическом режиме 107
ГЛАВА 4. Технологические рекомендации по получению электродных материалов на основе сплавов системы cupbbica для металл–ионных аккумуляторов, циклируемых по кальцию, в производственных условиях 116
Выводы 122
Список использованной литературы
- Свинец, сплавы на основе свинца и их свойства
- Особенности процесса катодного внедрения и его роль при электрохимическом модифицировании меди, свинца и матричных электродов на их основе кальцием
- Методика приготовления электрода сравнения
- Электрохимическое модифицирование свинцового и свинцово-висмутового электродов кальцием по методу катодного внедрения из диметилформамидных растворов солей кальция различного анионного состава
Свинец, сплавы на основе свинца и их свойства
Процесс электровыделения металлов и сплавов сопровождается включением в осадки примесей [28], существенно изменяющих структуру и свойства осадков. По данным оже-спектроскопии, примесными элементами являются: углерод, кислород, азот, наибольшая концентрация которых обнаруживается в поверхностном слое осадков. По мнению авторов [28], появление углерода в сплаве, может быть связано с адсорбцией и включением в формирующиеся покрытия поверхностно–активных этилендиаминтетраацетат-ионов, являющихся компонентами электролита. Нельзя не учитывать и присутствие в воздухе углекислого газа. При использовании нитратных электролитов [28] в процессе электрокристаллизации сплавов медь-висмут возможно включение в осадки азота. В отличие от углерода и азота, содержание кислорода в осадках существенно зависит от потенциала осаждения, с ростом которого количество кислорода постепенно увеличивается и достигает максимума в осадках, полученных при Е = -0,35 В. Возможной реакцией, приводящей к появлению кислорода в составе сплава является разряд молекул воды или гидроксионов металлов, являющийся следствием протекания в растворе реакции гидролиза. Согласно [25], окисление формирующегося на катоде осадка возможно и под действием кислорода, растворенного в электролите, и промежуточных продуктов его катодного восстановления. С уменьшением размера кристаллитов увеличивается содержание в них кислорода и облегчается химическое взаимодействие, способствующее образованию на их поверхности оксидных слоев. При электроосаждении сплава медь-висмут из деаэрированного раствора электролита при Е = -0,31 В продувка раствора инертным газом (азотом) [25] приводит к удалению из него кислорода, при этом окисление структурных элементов формирующегося осадка затрудняется, и содержание кислорода в сплаве снижается примерно в 2,5 раза. Совокупность полученных авторами [20-25] результатов подтверждает мнение, что часть кислорода захватывается ультрадисперсными осадками сплава медь-висмут и провоцирует реакцию окисления в процессе электрокристаллизации.
Свинец, сплавы на основе свинца и их свойства Свинец легко сплавляется со многими металлами, образуя два основных вида сплавов – высоколегированные и низколегированные [13]. В первом случае сплавы из свинца содержат большое количество добавок, усиливающих антифрикционные свойства материала и делающих его более твердым и прочным. Нелегированные сплавы, напротив, содержат незначительное количество примесей из олова, кадмия, сурьмы и меди, повышающих стойкость сплава к коррозии, усиливающих его прочность и текучесть [13,14,16].
Свинец практически не растворим в твердой меди [29]. По данным диаграммы состояния, растворимость свинца в меди не превышает 0,02 %. Диаграмма состояния свинец–медь имеет область несмешиваемости в жидком состоянии (рисунок 1.3) и монотектическую точку при 954С, 36 % Рb и эвтектическую точку при 326С, 99,95 % Рb. Растворимость свинца в твердой меди доходит до 0,3 % при 600С. Свинец снижает электропроводность меди, вызывая красноломкость выше 400С из-за оплавления эвтектики [30].Однако свинец менее опасен, чем висмут. Это объясняется протеканием монотектической реакции, которой нет в системе медь–висмут. В сплаве, содержащем, например, 0,5 % Pb, после выпадения кристаллов меди жидкость достигает моноэктической точки. При 9540С из этой жидкости, содержащей 36 % Pb, выделяются новые кристаллы меди и она обогащается свинцом (до 87 %). Благодаря монотектической реакции легкоплавкий свинец образует не сплошные прослойки, а отдельные изолированные включения, расположенные в виде цепочек, по границам зерен. Такая форма выделения менее вредна, чем сплошные прослойки, так как пока оплавление охватывает отдельные включения, пластическое деформирование возможно. Холодная обработка меди, загрязненной свинцом, проходит почти беспрепятственно, поскольку свинец является мягким пластичным материалом. В меди содержание свинца ограничено в зависимости от сорта от 0,001 до 0,005 %. Согласно [19], cистема Cu-Pb характеризуется наличием монотектического и эвтектического равновесий и двух твердых растворов: Cu и Рb (рисунок 1.3). Область несмешиваемости при монотектической температуре 954-955С простирается от 15,3 до 65,3 % (ат.) Pb. Критическая точка на кривой расслаивания лежит при температуре 990С и содержании 34,3 % (ат.) Pb. Эвтектическая точка расположена при содержании 99,82 % (ат.) Рb и температуре 326С. Растворимость Pb в Cu при температуре 600С, согласно микроскопическому и рентгенофазовому анализам, не превышает 0,09 % (ат.).
Особенности процесса катодного внедрения и его роль при электрохимическом модифицировании меди, свинца и матричных электродов на их основе кальцием
По ходу циклических потенциодинамических i-E-кривых, по наличию пиков и площадок на кривых можно определить предполагаемый состав продуктов, их количество и устойчивость в процессе электрохимических превращений.
Циклирование проводили в диапазоне потенциалов от +0,1 В до -3,0 В (относительно неводного хлорсеребряного электрода сравнения) при скорости развертки потенциала 80 мВ/c в растворе 0,1 моль/л CaCl2 в ДМФ. Температура опыта составляла 25oC.
Циклирование в гальваностатическом режиме Величина зарядных токов составляла: 2,9-2,5 для PbBiCa электрода, 1,4-1,1 CuBiCa, 0,2-0,4 CuPbBiCa мА/см2. Заряд электродов проводили следующим образом: рабочий электрод помещали в ячейку с раствором концентрацией 0,1 моль/л СaCl2 в диметилформамиде; на электрод подавался зарядный ток, параллельно фиксировалась величина потенциала на электроде, она составляла 71
В; это значение потенциала поверхности рабочего электрода поддерживалось путем периодического снижения величины зарядного тока. Гальваностатические разрядные кривые были получены при плотностях анодного тока 0,2; 0,1; 0,05;0,025; 0,01 мА/ см2. Разряд проводили в рабочем растворе концентрацией 0,1 моль/л СaCl2 в диметилформамиде. Разряд электродов проводили при каждом значении разрядного тока до установления величины потенциала поверхности электрода. Рабочая температура для всех опытов составляла 25С.
Бестоковая хронопотенциометрия Анализ зависимости Еб.т.–t, т.е. изменения бестокового потенциала во времени, позволяет не только судить об устойчивости образующихся в процессе катодной обработки новых фаз, но и получить дополнительные сведения о кинетике и механизме исследуемого процесса [104].
Измерение потенциала исследуемых электродов в исходном состоянии и после поляризации в заданном режиме проводили в 4 временных точках (30 мин, 1 час, 2 часа, 3 часа), по разности потенциалов до и после поляризации судили о структурных изменениях в решетке исследуемого электрода.
В работе были использованы оптическая и сканирующая микроскопия поверхности, проведены рентгеноструктурный и лазерный микроспектральный анализы образцов CuCa, PbCa, CuBiCa, PbBiCa, CuPbBiCa, что позволило дополнить и уточнить результаты электрохимических измерений, установить составы промежуточных и конечных фаз, образующихся при внедрении металлов в электродные материалы, их структуру, размеры зерен, их массу и количество.
Лазерный микроспектральный анализ Для эмиссионного лазерного микроспектрального анализа использовали установку Спектр-2000 [113]. Источник возбужденияпспектров - лазер на Nd:YAG (=1,064 мкм) работает в режиме гигантского импульса, длительность которого 10 нс. Частотапимпульсов излучения - 25 Гц. Энергия 120 мДж, плотностьпмощности 1010-1012 Вт/см2. Диспергирующим устройством служил спектрограф ДФС-458С. Лазерный эмиссионный анализ основан на том, что под действием пучка импульсногоплазерного излучения происходят испарение микрообъемапматериала из выбранной точки поверхности и его последующая ионизация. Исследование материалаапроводят в вакууме. Длительность импульса излучения в ультрафиолетовомпдиапазоне светового спектра составляет 30 нс [114]. Диаметр пятна достигает 100-500 нм. Благодаря относительно малой плотности энергии в пятне (108-1011 Вт/см2), невысокой начальной энергии испарившихсяаионов, малому рассеянию этой энергии обеспечивается высокая чувствительность данного метода анализа при низком содержаниипэлементов. Данный методппозволяет исследовать широкий спектр материалов и количественно определять как положительные, так и отрицательные ионы всех химических элементов. Точность количественного определения для основных элементов ограничена погрешностью до 10 %, а для следов элементов, присутствующих в очень малом количестве, – до 30 %.
Послойный спектральный анализ электродов осуществлялся методом сканирующего пробоотбора [107].
Ренгенофазовый анализ осуществляли на установке Дрон–3,0 в фильтрованном СоК – измерении с фокусированнойппо Брэггу-Брентано [115, 116]. Анализировали перераспределениепдифракционных максимумов и, соответственно, изменениеафазового состава, параметры кристаллической решетки, плотность дефектов и уровеньпмикронапряжений в каждом образце. Образцы закрепляли в специальной кювете, поверхностьпсъемки ориентировалась относительно рентгеновской трубки. Чтобы правильно оценить интенсивность и полуширину рентгеновских линий, съемку проводили с меньшей скоростью. Для анализа дифракционных максимумов составляли таблицу распределения кристаллографическихееплоскостей в спектре дифракционных картин и анализировали изменениеаапараметров кристаллической решетки по смещению дифракционныхуумаксимумов. Это смещение вызвано внедрениемеатомов в кристаллическую решетку [117]. Анализ микронапряженийаапроводили по уширениюеерентгеновских линий на больших (свыше 100) и малых углах. По распределению интенсивности рентгеновских линий анализировали текстуру или ориентированность кристаллов металла на подложкееметалла электрода [115].
Результаты измерений плотности тока i в зависимости от измерения времени t представляются в виде графика кривой, выражающей закон измененияеизучаемой величины (i) как функции переменного параметра (t). Экспериментальныенточки крайне редко ложатся на кривую: этому препятствуютлпогрешности измерения. Допустимые величины погрешностищизмерения задаются, исходя из поставленной задачи [118]. Для количественногоевыражения погрешностишизмерения используют понятия абсолютной и относительной погрешностей.
Абсолютная погрешность определяется как разность между истинным значением величины и ее значением, полученным при измерении. В связи с тем, что истинное значение величины в действительности неизвестно, то вместо него берут среднее значение, полученное в ряде параллельных опытов.
Методика приготовления электрода сравнения
Методология проведенного исследования позволяет предложить технологические рекомендации для изготовления кальциевого матричного электрода на основе сплавов меди системы CuBi, CuPbBi и рассматривать полученные результаты как перспективное направление по созданию металл-ионных аккумуляторов с хорошей циклируемостью по ионам щелочноземельных металлов, в частности по ионам кальция. Разрабатываемый технологический процесс получения СuBiCa и СuPbBiCa электродов предполагает три этапа: I этап - подготовка исходной поверхности Cu электрода; II этап - получение матричных электродов CuBi, CuPb, CuPbBi путем катодного внедрения соответственно висмута и свинца из водных растворов их солей; предпочтительны из растворов нитраты этих металлов, известные своей хорошей растворимостью в воде; III этап - получение матричных электродов CuBiCa и CuPbBiCa по методу катодного внедрения из раствора хлорида кальция в диметилформамиде, показавшего неоспоримые преимущества по уровню диффузионно– кинетических характеристик и стабильности структуры в процессе циклирования. Использование водных растворов на этапе изготовления матричных электродов CuBi, CuPbBi не только упрощает технологию изготовления электродов, но и позволяет направленно воздействовать на формирование оксометаллических наноструктур в объеме электродов, оказывающих, как показали наши исследования, активирующее действие на процессы диффузии и массопереноса потенциалопределяющих ионов и соответственно способствующих повышению электрических характеристик и стабильности заряда в процессе длительного циклирования электродов предлагаемых состава и структуры.
Предполагаемые операции, обеспечивающие требуемые характеристики CuBi CuPbBi матричных электродов, на подготовительном этапе (этап I) включают 9 операций: механическая подготовка поверхности; промывка деталей холодной водой; жесткое травление; мягкое травление; промывка в горячей воде; промывка в холодной воде; обработка электродов в растворе осветления; промывка в холодной воде; сушка (рисунок 4.1).
Cu электрода: 1- механическая обработка электродов; 2- ванна промывки холодной водой; 3- ванна жесткого травления ((ГОСТ 12.3.002 - 75) в растворе NaOH – 40 г/л при температуре t=50С, время обработки 3 мин); 4- ванна мягкого травления (в растворе каустической соды – 30 г/л и кальцинированной соды 30 г/л (ГОСТ 5100-85), при температуре 50С, время обработки 3 мин); 5- ванна промывки горячей водой ((ГОСТ 9.314.90), время промывки 1-3 мин); 6- ванна промывки холодной водой; 7- ванна обработки в растворе осветления (HNO3 – 354 г/л (ГОСТ 4461-77), при температуре 18-20С и времени обработки 5 мин); 8-ванна промывки холодной водой; 9- камера сушки (ГОСТ Р 51564-2000); 10-насос (Hendor BV); 11- накопитель стоков; 12- насос (Hendor BV); Механическая подготовка поверхности включает шлифование и полирование (ГОСТ 2424-60). Цель такой обработки - удаление с поверхности неровностей, царапин, т.е. придание поверхности необходимого рельефа.
Ванна жесткого травления (3) изнутри футерована кислотостойким материалом и оснащена бортовыми отсосами для удаления газов (ГОСТ 23738 -79) [146-148].
Ванна промывки (5) предназначена для удаления с поверхности электродов остатков раствора после операций жесткого и мягкого травления, имеет футерованный корпус с карманом, снабженным сливными штуцерами [125, 126]. Вода поступает в нижнюю часть ванны через наливную трубу и сверху перетекает в карман, а оттуда через сливной штуцер кармана - в систему очистки сточных вод (ГОСТ 23738 – 79). На месте этой ванны может быть установлена ванна улавливания, которая является разновидностью ванн холодной промывки, но, в отличие от последних, снабжена наливной трубой и переливным карманом. Эти ванны служат для сбора остатков электролита, уносимых обрабатываемыми изделиями [147-149].
Промывная вода из всех ванн промывки поступает в бак-накопитель (11), откуда насосом направляется на сорбционную колонку (13), заполненную природным минеральным сорбентом для очистки от ионов тяжелых металлов. Выходящая из абсорбера вода направляется на доочистку от примесных катионов на ионообменный фильтр (14), который представляет собой колонку, изготовленную из нержавеющей стали с разделенными катионным и анионным пространствами. Сточная вода, прошедшая такую систему очистки становится умягченной, жесткость не более 0,03 мг-эквл./л, а концентрация ионов тяжелых металлов снижается практически до уровня ПДК для водоемов общего водопользования. После очистки вода возвращается обратно в промывочный комплекс [149-150].
На втором этапе подготовленные электроды из меди подвергают электрохимической обработке (рисунок 4.2), путем катодной поляризации в водном растворе Bi(NO3)3 (в случае изготовления СuBiCa электродов); и дополнительно в водном растворе Pb(NO3)2 с последующей катодной поляризацией CuPb электрода в водном растворе Bi(NO3)3 (в случае изготовления СuPbBiCa электродов). После промывки в холодной воде заготовки матричных СuBi и СuPbBi электродов сушат на подвесках (ГОСТ Р 51564-2000). Сточная вода, также прошедшая систему очистки, возвращается обратно в промывочный комплекс [147, 150].
Рисунок 4.2 Принципиальная технологическая схема получения сплавов: CuBi, CuPb, CuPbBi: 1- ванна катодной поляризации Cu электрода по методу внедрения в водном 0,1 моль/л растворе Bi(NO3)3 при потенциале -0,4 В и времени 1 ч; 2- ванна катодной поляризации Cu электрода по методу внедрения в водном 0,1 моль/л растворе Pb(NO3)2 при потенциале -0,4 В и времени 1 ч; 3-ванна катодной поляризации CuPb электрода по методу внедрения в водном 0,1 моль/л растворе Bi(NO3)3 при потенциале поляризации -0,4 В и времени 1 ч; 4-ванна промывки в холодной воде; 5- насос (Hendor BV); 6- накопитель стоков; 7-насос (Hendor BV); 8- сорбционный фильтр (ФСУ 2,0-0,6), 9- ионообменник (АВ-16, АВ-17); 10- камера сушки (ГОСТ Р 51564-2000) На третьем этапе подготовленные матричные электроды CuBi и CuPbBi подвергают электрохимической обработке (рисунок 4.3), путем катодной поляризации CuBi и соответственно CuPbBi электродов в растворе CaCl2 (ГОСТ 450 77) в ДМФ. Диметилформамид из ванны промывки 3 насосом подается в выпарной аппарат 5, в котором происходит выпаривание воды при температурном режиме работы аппарата от 110-140оС (toкип ДМФ=153оС). Затем ДМФ насосом направляется в разделитель фаз, после чего ДМФ возвращается обратно в промывочный комплекс. После промывки в ДМФ заготовки матричных CuBiCa и CuPbBiCa электродов сушились на подвесках (ГОСТ Р 51564-2000) и проходили участок контроля изготовленных электродов.
Электрохимическое модифицирование свинцового и свинцово-висмутового электродов кальцием по методу катодного внедрения из диметилформамидных растворов солей кальция различного анионного состава
Методология проведенного исследования позволяет предложить технологические рекомендации для изготовления кальциевого матричного электрода на основе сплавов меди системы CuBi, CuPbBi и рассматривать полученные результаты как перспективное направление по созданию металл-ионных аккумуляторов с хорошей циклируемостью по ионам щелочноземельных металлов, в частности по ионам кальция. Разрабатываемый технологический процесс получения СuBiCa и СuPbBiCa электродов предполагает три этапа: I этап - подготовка исходной поверхности Cu электрода; II этап - получение матричных электродов CuBi, CuPb, CuPbBi путем катодного внедрения соответственно висмута и свинца из водных растворов их солей; предпочтительны из растворов нитраты этих металлов, известные своей хорошей растворимостью в воде; III этап - получение матричных электродов CuBiCa и CuPbBiCa по методу катодного внедрения из раствора хлорида кальция в диметилформамиде, показавшего неоспоримые преимущества по уровню диффузионно– кинетических характеристик и стабильности структуры в процессе циклирования. Использование водных растворов на этапе изготовления матричных электродов CuBi, CuPbBi не только упрощает технологию изготовления электродов, но и позволяет направленно воздействовать на формирование оксометаллических наноструктур в объеме электродов, оказывающих, как показали наши исследования, активирующее действие на процессы диффузии и массопереноса потенциалопределяющих ионов и соответственно способствующих повышению электрических характеристик и стабильности заряда в процессе длительного циклирования электродов предлагаемых состава и структуры.
Предполагаемые операции, обеспечивающие требуемые характеристики CuBi CuPbBi матричных электродов, на подготовительном этапе (этап I) включают 9 операций: механическая подготовка поверхности; промывка деталей холодной водой; жесткое травление; мягкое травление; промывка в горячей воде; промывка в холодной воде; обработка электродов в растворе осветления; промывка в холодной воде; сушка (рисунок 4.1).
Принципиальная технологическая схема подготовки поверхности Cu электрода: 1- механическая обработка электродов; 2- ванна промывки холодной водой; 3- ванна жесткого травления ((ГОСТ 12.3.002 - 75) в растворе NaOH – 40 г/л при температуре t=50С, время обработки 3 мин); 4- ванна мягкого травления (в растворе каустической соды – 30 г/л и кальцинированной соды 30 г/л (ГОСТ 5100-85), при температуре 50С, время обработки 3 мин); 5- ванна промывки горячей водой ((ГОСТ 9.314.90), время промывки 1-3 мин); 6- ванна промывки холодной водой; 7- ванна обработки в растворе осветления (HNO3 – 354 г/л (ГОСТ 4461-77), при температуре 18-20С и времени обработки 5 мин); 8-ванна промывки холодной водой; 9- камера сушки (ГОСТ Р 51564-2000); 10-насос (Hendor BV); 11- накопитель стоков; 12- насос (Hendor BV); 13- сорбционный фильтр (ФСУ 2,0-0,6) , 14- ионнообменник (АВ-16, АВ-17); 15- насос (Hendor BV) 118 Механическая подготовка поверхности включает шлифование и полирование (ГОСТ 2424-60). Цель такой обработки - удаление с поверхности неровностей, царапин, т.е. придание поверхности необходимого рельефа.
Ванна жесткого травления (3) изнутри футерована кислотостойким материалом и оснащена бортовыми отсосами для удаления газов (ГОСТ 23738 -79) [146-148].
Ванна промывки (5) предназначена для удаления с поверхности электродов остатков раствора после операций жесткого и мягкого травления, имеет футерованный корпус с карманом, снабженным сливными штуцерами [125, 126]. Вода поступает в нижнюю часть ванны через наливную трубу и сверху перетекает в карман, а оттуда через сливной штуцер кармана - в систему очистки сточных вод (ГОСТ 23738 – 79). На месте этой ванны может быть установлена ванна улавливания, которая является разновидностью ванн холодной промывки, но, в отличие от последних, снабжена наливной трубой и переливным карманом. Эти ванны служат для сбора остатков электролита, уносимых обрабатываемыми изделиями [147-149].
Промывная вода из всех ванн промывки поступает в бак-накопитель (11), откуда насосом направляется на сорбционную колонку (13), заполненную природным минеральным сорбентом для очистки от ионов тяжелых металлов. Выходящая из абсорбера вода направляется на доочистку от примесных катионов на ионообменный фильтр (14), который представляет собой колонку, изготовленную из нержавеющей стали с разделенными катионным и анионным пространствами. Сточная вода, прошедшая такую систему очистки становится умягченной, жесткость не более 0,03 мг-эквл./л, а концентрация ионов тяжелых металлов снижается практически до уровня ПДК для водоемов общего водопользования. После очистки вода возвращается обратно в промывочный комплекс [149-150].
На втором этапе подготовленные электроды из меди подвергают электрохимической обработке (рисунок 4.2), путем катодной поляризации в водном растворе Bi(NO3)3 (в случае изготовления СuBiCa электродов); и дополнительно в водном растворе Pb(NO3)2 с последующей катодной поляризацией CuPb электрода в водном растворе Bi(NO3)3 (в случае изготовления СuPbBiCa электродов). После промывки в холодной воде заготовки матричных СuBi и СuPbBi электродов сушат на подвесках (ГОСТ Р 51564-2000). Сточная вода, также прошедшая систему очистки, возвращается обратно в промывочный комплекс [147, 150].