Введение к работе
Актуальность темы. Одной из наиболее важных проблем, стоящих перед промышленностью и гальванотехникой в частности, является повышение экологической безопасности производства. С другой стороны, остро стоит задача повышения предельных скоростей нанесения гальванопокрытий при одновременном снижении удельных материало- и энергозатрат.
Наиболее перспективным для гальванотехники является использование электролитов-коллоидов. Применение электролитов-коллоидов позволяет снизить затраты как на стадии приготовления, так и при их эксплуатации, а также за счёт исключения операций по получению блестящей поверхности покрытий. Внедрение электролитов-коллоидов упрощает регенерацию растворов її способствует повышению экологической чистоты производства.
Однако не доказан механизм подвода электроактивных частиц к поверхности катода в присутствии в электролите коллоидных частиц. Неизвестна в количественном отношении доля электроактивных компонентов, доставляемых к катоду дисперсными частицами.
Подтвердить или опровергнуть существующие гипотезы о механизме транспорта дисперсных частиц можно с помощью метода математического моделирования и новых экспериментальных данных.
Оптимизация составов электролитов-коллоидов и режимов электролиза, проведённая с помощью ЭВМ на основе математических моделей, позволит повысить производительность гальванического процесса, не прибегая к дорогостоящим и длительным экспериментам.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в рамках научного направления ЮРГТУ (НПИ) на 1996-2000 гг. "Гальванотехника и электрохимическая обработка металлов" (тема: "Теория и технология злектроосаждения металлов и сплавов. Закономерности, моделирование и оптимизация").
Цель диссертационной работы — разработка принципов управления нанесением гальванических покрытий из электролитов-коллоидов.
Для достижения намеченной цели необходимо решить следующие задачи:
1.'Разработать математические модели массопереноса в электролитах-коллоидах при электроосаждении металлов, что потребовало определить количественный вклад в процесс массопереноса коллоидных частиц.
2. Определить состав диффузионного слоя электрода при различ-
ных составах раствора и режимах электролиза. Установить закономерности изменения поверхностной концентрации ионов водорода в диффузионном слое от плотности тока при различных значениях рН в объёме электролита. Определить степень обеднения диффузионного слоя соединениями разряжающегося металла по сравнению с их концентрацией в объёме электролита-коллоида.
3. На основе полученных математических моделей разработать
программное обеспечение для расчёта на ЭВМ эксплуатационных характеристик электролита-коллоида в рассматриваемом процессе, позволяющее:
рассчитать концентрационный состав электролита-коллоида в диффузионном слое при различных объёмных концентрациях компонентов электролита и режимах электролиза;
определить предельную катодную плотность тока в электролите заданного состава;
установить изменение характеристик электролита в диффузионном слое при варьировании одного из факторов гальванического процесса.
4. Для установления факторов, контролирующих закономерности
электроосаждения из электролитов-коллоидов и возможностей их регулирования, исследовать влияние на закономерности электроосаждения следующих условий:
в качестве противоионов при формировании коллоидной частицы выступают анионы различной природы;
изменение рН электролита;
введение в электролит-коллоид различных добавок ПАВ, их влияние на кинетику электродного процесса;
варьирование соотношения концентрация коллоидных частиц/общая концентрация соединений осаждаемого металла.
5. Разработать новый высокоэффективный электролит-коллоид для
нанесения покрытий сплавом олово-никель. Провести его опти-
мизацию с целью достижения наибольшей производительности и наилучших результатов по пайке и внешнему виду покрытия.
Научная новизна.
Разработаны математические модели массопереноса дисперсных частиц в диффузионном слое в электролите-коллоиде сернокислого цинкования.
С помощью математических моделей предложен механизм подвода электроактивных компонентов к поверхности катода в электролитах-коллоидах.
Выявлены закономерности осаждения покрытий из электролита-коллоида свинцевания при заданных концентрациях коллоидных и ионных компонентов электролита.
Обнар7»гжеиы аномальные зависимости предельных скоростей электровосстановления коллоидных соединений свинца от зарядно-сти анионов, входящих в мицеллы.
Практическая ценность.
Разработаны алгоритмы и программы для расчета оптимального концентрационного состава электролита-коллоида при заданных технологических условиях процесса и концентрациях компонентов и максимальной производительности электролита.
Закономерности электроосаждения металлов из электролитов-коллоидов могут быть использованы для управления процессом нанесения гальванопокрытий с целью получения оптимальных результатов по производительности процесса и составу электролита.
Разработанный электролит-коллоид для нанесения сплава олово-никель может быть использован для замены покрытий оловом в производстве печатных плат.
Методика построения математических моделей массопереноса в приэлектродном слое используется в учебном процессе кафедры ТЭП в курсовом проектировании по курсу "Применение ЭВМ в химической технологии" и дипломном проектировании.'
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: ежегодных научно-технических конференциях Новочеркасского государственного тех-
ции "Математические методы в химии и химической технологии" "ММХ-9" (г. Тверь, 1995 г.); IX Международной конференции мо-
лодых учёных по химии и химической технологии "МКХТ-95" (г. Москва, 1995 г.).
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 6 работ.
Объём работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы. Общий объём диссертации 139 страниц машинописного текста, содержит 18 рисунков и 6 таблиц. Список литературы включает 83 наименования.
