Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Литвинов Юрий Викторович

Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги
<
Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Литвинов Юрий Викторович. Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги : дис. ... канд. техн. наук : 05.17.03 Воронеж, 2006 150 с. РГБ ОД, 61:07-5/698

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса электрохимической технологии обработки алюминия и постановка задачи исследований 9

1.1. Влияние различных факторов на анодное поведение алюминия 9

1.1.1. Влияние кислотности электролита 9

1.1.2. Влияние природы аниона 10

1.1.3. Зависимость анодного поведения алюминия от природы легирующих элементов 12

1.1.4. Особенности растворения анодно-поляризованного алюминия 13

1.2. Методы травления алюминиевой фольги для производства низковольтных конденсаторов 18

1.3. Подбор электролита травления 20

1.4. Влияние различных факторов на увеличение площади поверхности фольги 22

1.5. Выводы по литературному обзору и постановка задачи исследований 26

2. Методика эксперимента. 28

2.1. Физическая модель электрода для определения количества электричества, локализуемого по глубине поры 28

2.2. Исследование структуры и микрорельефа поверхности анодно-обработанного алюминия 31

2.3. Определение коэффициента травления фольги, полученной в статическом режиме 32

2.4. Исследование процесса анодного растворения алюминия в импульсных режимах электролиза 32

2.5. Датчиковые системы для измерения концентрации электролита 35

2.6. Оценка достоверности измерений 43

2.7. Планирование эксперимента 45

3. Теоретические аспекты анодного растворения металлов, склонных к пассивации 49

3.1. Механизм образования оксидных пленок на алюминии 49

3.2. Специфика формирования оксидных пленок на алюминии .53

3.3. Особенности формообразования пористых структур при импульсных режимах электролиза 61

4. Определение оптимальных параметров импульсных режимов обработки алюминиевой фольги 72

4.1. Требования к технологическому процессу и специфические особенности формообразования 72

4.2. Влияние температуры и плотности анодного тока на процесс электрохимического травления алюминия 74

4.3. Влияние ультразвуковых колебаний на процессы анодной обработки алюминия 77

4.4. Особенности формообразования туннелей в металлах при импульсных режимах электролиза 88

4.5. Взаимосвязь технологических параметров процесса анодной обработки алюминиевой фольги с удельной емкостью 90

4.6. Использование частотно-модулированных электроимпульсов для получения фольги с заданными свойствами (коэффициент травления, механическая прочность) 99

5. Разработка математической модели процесса анодной обработки алюминиевой фольги 109

5.1. Общие принципы моделирования процессов электрохимической обработки материалов 109

5.2. Модель роста поры 115

5.3 Разработка системы оптимизации технологических параметров процесса анодной обработки алюминиевой фольги 123

Основные выводы по выполненной работе 136

Список литературы 138

Введение к работе

Актуальность темы. Процессы анодного травления, широко используемые в технике для изготовления конденсаторов, постоянно совершенствуются в соответствии с возникающими потребностями промышленности. Внедрение в системы управления интегральных схем и других аналогов микроэлектроники ставят перед производством задачи по созданию новых технологий получения электролитических конденсаторов с более высокой удельной емкостью и лучшими электрическими параметрами, при этом должна быть учтена тенденция к уменьшению энергозатрат и материальных средств. Поэтому изучение взаимосвязи степени развития поверхности, определяющей емкость конденсатора, с технологическими параметрами процесса анодного окисления представляется весьма актуальной задачей. В работе показано влияние параметров импульсного тока на процесс токораспределения по поверхности электрода и в глубине поры. Предложен механизм формообразования пористых структур с использованием частотно-модулированных импульсных токов. Актуальность разработанной темы несомненна, так как результаты проведенных экспериментальных и теоретических исследований могут быть использованы при разработке новых технологий, обеспечивающих получение материалов с высокой степенью развитости поверхности. ,

Данная работа выполнена в соответствии с комплексной целевой научно-технической программой Министерства образования и науки РФ «Ассоциация» 1994-1999 гг., ГБ 01.12 «Исследование процессов тепломассообмена энергетического оборудования» (№ГР 01200117677).

Цель работы: разработка новой высокоэффективной технологии, позволяющей увеличить удельную емкость обрабатываемой фольги за счет оптимизации режимов формообразования пористых структур, обеспечивающих наибольшее развитие поверхности.

Исходя из поставленной цели, сформулированы следующие задачи:

1. Изучить кинетику образования пор в алюминиевой фольге в электролитах различного химического состава.

2. Объяснить механизм образования пор в структуре алюминиевой фольги в условиях импульсного электролиза.

3. Построить математическую модель процесса анодного растворения алюминиевой фольги.

4. Выявить главные параметры технологического процесса анодной обработки фольги, определяющие его качество.

5. Сформулировать критерии выбора параметров импульсного тока для формирования электродов с высокой степенью развития поверхности.

Научная новизна. В работе предложена физическая модель поры, реализованная в экспериментальной установке. Полученные результаты подтверждают теоретические расчеты, проведенные нами и другими исследователями. Впервые предложена методика формирования морфологии поры, использующая частотно-модулированные импульсные токи. Разработана математическая модель образования туннелей в структуре металлов, склонных к пассивации.

Практическая ценность работы:

1. Предложенный механизм образования пористых структур позволяет использовать разработанные технологии для получения электродных систем туннельного типа. ;•

2. Разработанные методики эксперимента позволяют выявить особенности поведения электрохимических систем в условиях импульсного электролиза.

3. Предлагаемая математическая модель позволяет не только описать процесс формирования пор в металлах, склонных к пассивации, но и прогнозировать условия проведения процесса в оптимальных режимах обработки.

Достоверность научных исследований обеспечена использованием стандартного электротехнического и радиотехнического оборудования, прошедшего ежегодную метрологическую поверку. Кроме того, оригинальные установки для экспериментальных исследований (анализаторы спектра, измери тельные генераторы, переключающие устройства) были сертифицированы и аттестованы согласно требованиям ГОСТ и технических условий. Оценка достоверности результатов исследований проводилась с определением толерантного интервала погрешности. Автор защищает:

1. Разработанную технологию анодной обработки алюминиевой фольги для производства электролитических конденсаторов.

2. Методики проведения экспериментальных исследований.

3. Разработанную математическую модель процесса анодного растворения алюминия.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на Международных, Всероссийских, региональных конференциях и семинарах, в том числе на: Международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий», г. Сочи, 2000-2001 гг.; Международной научно-технической конференции «Современная электротехнология в машиностроении», г. Тула, 2002 г.; IV Международном научно-практическом семинаре «Современные электрохимические технологии в машиностроении», г. Иваново, 2003 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Современная электротехнология в промышленности России», г. Тула, 2003 г.; Всероссийской научно-практической конференции и выставке «Технологии и оборудование для, нанесения износостойких, твердых и коррозионно-стойких покрытий», г. Москва, 2004 г. и 2005 г.; V и VI региональных конференциях «Современная электротехнология в промышленности центра России», г. Тула, 2002 г.; Международной научной конференции «Энергоресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства», г. Иваново, 2004 г.; V Международном научно-практическом семинаре «Современные электрохимические технологии в машиностроении», г. Иваново, 2005 г.

Личный вклад автора. Автор принимал участие в разработке методики проведения эксперимента. Организовал экспериментальные работы по исследование кинетики процесса анодного растворения алюминия в условиях стационарного и нестационарного электролиза (снятие поляризационных кривых, определение удельной емкости образцов). Принимал участие в разработке механизма формообразования в условиях импульсного электролиза, а так же в создании математической модели процесса анодной обработки алюминиевой фольги.

Публикации. Основные результаты работы изложены в монографии и 12 публикациях, 4 из которых опубликованы в рецензируемых журналах. Всего по теме диссертации опубликовано более 50 работ за период 1995 - 2006 гг.

Реализация результатов работы. Результаты работы апробированы на опытном производстве СКБ Воронежского завода радиодеталей. По данным эксперимента рекомендованы технологические режимы электрохимической обработки анодной фольги при производстве электролитических конденсаторов. Разработанная технология может быть использована в процессах получения матричных структур из металлов с заданной морфологией поры.

Зависимость анодного поведения алюминия от природы легирующих элементов

По сравнению.с чистым алюминием, его сплавы с различными металлами обладают иными свойствами, как в электрохимическом отношении, так и при коррозии [39 - 45].

Так, наличие Zn в алюминии приводит сначала к уменьшению, а затем (при более положительных потенциалах) к увеличению анодного тока по сравнению с чистым алюминием из-за интенсивности процесса общей и питтинго-вой коррозии [39, 40]. Подобная ситуация наблюдается и при легировании Si, Мп, Сг, которые играют роль микрокатодов. Алюминий с такими добавками имеет более положительный потенциал и большую скорость растворения по сравнению с нелегированным алюминием [45].

С другой стороны, малые добавки таких металлов как Ті, Zr, Hf, и Mo эффективно снижают плотность тока полной пассивации и коррозии, а также улучшают показатель питтингоустойчивости алюминия в хлориде натрия по сравнению с чистым алюминием [44].

Добавки Bi и Sb уменьшают ширину пассивной области и несколько активируют алюминий. Построенные зависимости плотностей токов начала пассивации и коррозии от содержания легирующих элементов показывают, что алюминий может быть легирован редкоземельными элементами (РЗЭ) в количествах 0,5 %, при этом последние практически не влияют на величину потенциала питтингообразования. Элемент Мп, как легирующий компонент алюминия, заметно уменьшает плотность тока растворения в пассивном состоянии. Из переходных металлов наиболее перспективными добавками, улучшающими коррозионную стойкость, являются Re, Mo, W.

Неоднозначно влияние фосфора на электрохимические свойства чистого алюминия в хлоридных растворах [41]. Добавки фосфора приводят к снижению стационарных потенциалов в нейтральных растворах, но не влияют на скорость коррозии в них, однако существенно увеличивают последнюю в щелочных растворах.

Растворение анодно поляризуемых металлов иногда сопровождается отсутствием фарадеевского соответствия между количеством продуктов растворения и прошедшего через электродную систему количеством электричества (ОДЭ - отрицательный дифференц-эффект). Явление отрицательного дифференц-эффекта свойственно способным пассивироваться металлам - Al, Be, Ga, Cd, Mg, Fe, Ті.

Первые объяснения этого явления (ОДЭ) связывали с частичным разрушением оксидных плёнок на поверхности анодно поляризуемого металла, усиливающимся с ростом плотности тока и толщины оксида (плёночная теория) [4, 46 - 49]. Разрушение оксидных слоев приводит к непосредственному взаимодействию атомов металла с молекулами воды, сопровождающееся дополнительным выделением водорода, что и является причиной ОДЭ и не характерно для алюминия. Подтверждением такой точки зрения служит тот факт, что при отсутствии защитного слоя оксида на металле, например, на амальгаме алюминия, имеет место прложительный дифференц-эффект (ПДЭ - снижение скорости растворения металла при анодной поляризации).

В развитие теории этих представлений авторы [4] объясняют ОДЭ в га-логенидсодержащих средах установлением подвижного равновесия между процессами взаимодействия А1, свободного от плёнки, с водой с образованием оксида, и разрушением этого слоя под действием галогенидных ионов. Увеличение анодного тока сопровождается ростом активной поверхности алюминия и снижением степени неравномерности растворения металла. Число коррозионных мест увеличивается при одновременном уменьшении их глубины. При значительных плотностях анодного тока коррозия становится равномерной. Однако плёночная теория правомерна лишь при условии, что перенапряжение выделения водорода (гЙ2) на плёнке очень велико по сравнению с его величиной для чистого металла. Только в этом случае рост доли свободной металлической поверхности при удалении оксидного слоя может привести к заметному увеличению скорости выделения водорода при увеличению скорости выделения водорода при том же потенциале. Не исключается также [4], что причиной ОДЭ может быть не только изменение скорости выделения водорода на поляризованном металле, но и частичный переход металлической фазы в раствор, в котором металл растворяется в соответствии с закономерностями, присущими ему в отсутствие прохождения тока (теория дезинтеграции). Под действием анодного тока изменяются состав, пористость, толщина и адгезия защитных плёнок, в результате чего на отдельных участках окисный слой разрушается или отслаивается, включая частицы металла. В соответствии с теорией Косселя-Странского, в первую очередь удаляются атомы, расположенные по краям кристаллографических плоскостей. В решётке образуются изолированные группы атомов, которые приобретают способность легче переходить в электролит. Их растворение сопровождается избыточным выделением водорода. Причём, переход в раствор агломератов, состоящих из нескольких атомов металла, возможен как при анодной, так и при катодной поляризации.

В процессе развития теории дезинтеграции её сторонники принимали во внимание и иной механизм-аномального растворения металлов, а именно, за счёт появления ионов необычайно эффективной валентности. Зачастую образование ионов металла устойчивой валентности происходит в процессе ионизации не непосредственно, а через промежуточные стадии образования ионов пониженной валентности [50, 51]. В то же время, различие Тмежду обычной и эффективной валентностью катионов при ионизации металла не исключает непосредственного перехода в раствор ионов конечной стадии окисления.

Исследование структуры и микрорельефа поверхности анодно-обработанного алюминия

Металлографические исследования поверхности металлов проводились на микроскопе МИМ-7. Изготовление шлифов осуществлялось с использованием для армирования эпоксидной смолы ЭД-6 методом заливки образца в форму. Исследования субмикроструктуры образцов проводились на электронном микроскопе УЭМВ-100К методом просвечивающей электронной микроскопии, а также с помощью угольных реплик, напыляемых в вакуумной установке ВУП-2К на образцы из алюминиевой фольги. При исследовании зон травления на алюминиевой фольге использован растровый электронный микроскоп РЭМ-200. Препарирование образцов производилось после предварительной очистки фольги от механических загрязнений и протравливания в 10 % - ном растворе NaOH с последующей промывкой в дистиллированной воде. Морфологию и микрорельеф поверхности исследовали с помощью про-филометра с унифицированной электронной системой типа А11 (модель 283). В качестве датчиковой системы использовался игольный щуп с механически управляемой электронной лампой (механотрон 6МХ1Б). Диапазон измеряемой глубины профильных углублений 0,02 -10 мкм. В приборе предусмотрена интегральная регистрация величины отклонений от нулевого значения. Для визуального наблюдения морфологии поверхности образца нами сконструирована осциллографическая приставка на базе прибора С1-76. При сканировании площадки образца с помощью механотронного датчика сигнал на вход осциллографа поступает с выходного каскада линейного усилителя прибора All. На экране осциллографа в этом случае фиксируется электронное отображение профиля обработанной поверхности, уровень которого согласуется с масштабом эталона-шаблона. Предварительная формовка фольги осуществлялась в растворе состава: Na2B4Or10H2O - 0,25 г/л; Н3В03 - 5 г/л при температуре 40 С и напряжениях формовки иф=60, 100, 140,180, 240 В.

Различные напряжения формовки выбирались для выявления степени "маскировки" пор с малым диаметром туннелей. Ёмкость полученных образцов и ток утечки измерялись с помощью моста "РЭМ-2". Определение зависимостей iy=f(Uc , Тф) даёт возможность оценить динамику процесса образования оксидных слоев на алюминии при различных температурах в электролитах определённого химического состава. Необходимость проведения таких исследований определяется большим значением проблемы раскрытия механизма образования оксидных слоев на металлах с высокой степенью пассивации, структура и физико-химические свойства которых определяют эксплуатационные характеристики электролитических конденсаторов. Время оксидирования определялось по значениям токов утечки при известных геометрических размерах образца в электролитах различного химического состава.

Выпускаемые отечественной промышленностью образцы установок импульсного тока для электрохимических исследований, как правило, рассчитаны на малые выходные мощности и ограниченное количество форм поляризующе го тока. Поэтому при проведении комплексных исследований по влиянию параметров импульсного тока на процессы анодного окисления и катодного восстановления металлов возникает необходимость в создании универсальных установок или преобразовательных каскадов для экспериментальных работ такого типа. Нами разработана установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 2.5.

Установка состоит из выпрямителя (В), электролитической ванны (ЭВ), блока питания схемы управления (БП), импульсного генератора (ИГ) и электронного ключа, собранного на транзисторах Ть Т2 и Т3. Выходное напряжение источника регулируется в пределах 1 - 20 В, что обеспечивает надёжную его работу при осуществлении основных электрохимических технологий.

В качестве задающего импульсного генератора использован промышленный образец типа Г6-27, на выходе которого могут быть получены три основ ные формы сигналов (П-образные, Z. - пилообразные импульсы и синусоидальные с различными углами отсечки). Изменение скважности импульсов может регулироваться в пределах l-v-100. Принцип работы установки заключается в следующем. Отрицательный импульс с генератора поступает на вход эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе TV Далее сигнал через диод Д! подаётся на усилитель (каскад на транзисторе Т2), который управляет (является электронным ключом) источником питания ИП. При замыкании "электронного ключа" напряжение источника питания подаётся на ванну. Время электролиза (тЭл-за) определяется длительностью импульса, которая задаётся с помощью декадного переключающего устройства на канале генератора.

Схемой электронного ключа предусмотрена регулировка тока в момент паузы, то есть установка может работать в режиме пульсирующего тока (режим с остаточным током). Это обеспечивается изменением базового тока транзистора Т2 переменным сопротивлением R3. Скважность определяется по формуле: где Q - скважность импульсов; Т - период следования импульсов.

Для проведения исследований в частотно модулированных режимах электролиза используется модернизированный вариант установки. В этом случае на "электронный ключ" сигналы от задающих генераторов подаются с помощью кипреле (одновибратора), которое в свою очередь запускается от несимметричного мультивибратора. Измерение соотношения между числом сканирующих и формирующих импульсов производится с помощью регулятора параметров R-C несимметричного мультивибратора.

Анализ различных систем измерения концентрации электролитов показывает, что выбор того или иного принципа измерения определяется характером поставленной задачи. Например, для однокомпонентных растворов, температурная зависимость электропроводности которых линейна или подчиняется закону

Особенности формообразования пористых структур при импульсных режимах электролиза

Исследования по распределению тока и количества электричества в системах с распределёнными параметрами являются важнейшими, как для теории пористых электродов. [100], так и для описания рассеивающей способности электролитов, применяемых в электрохимических процессах. В рамках макрооднородной модели для одной электродной реакции при постоянной в пространстве и времени концентрации компонентов раствора распределение потенциалов может быть описано уравнением [101]: при граничных условиях где u - поляризация; J - выходная плотность тока; р - эффективное удельное сопротивление; / - половина толщины электрода; Е(и) - вольтамперная зависимость; s - удельная поверхность единицы объёма электрода. Моделирование такого режима обработки фольги осуществимо для стадии предварительного формообразования (зарождения и первоначальный рост поры). Решение уравнения (ЗЛО) может быть рассмотрено для ряда модельных вольтам-перных характеристик. Например, для линейной, но не симметричной вольтам-перной кривой (для катодного полупериода i=ai-u, а для анодного г=а2 -и).

В этом случае выражение для распределения количества электричества, прошедшего за период по глубине пористого электрода, принимает вид: где Q] - количество электричества, прошедшее в катодный полупериод; СЬ -количество электричества, прошедшее в анодный полупериод. ункция Q(X) задаёт два принципиально разных распределения количества электричества по глубине поры. В первом случае (oq 0) реализуется преимущественно катодный процесс, во втором случае (oq 0,2) - анодный. Функция Q(X) имеет соответственно два максимума, отвечающих катодному и анодному процессам. При убывании а\ и а2 и сохранении условия щ - Щ = const (катодный процесс) или cq - 012 = const (анодный процесс) максимумы будут смещаться к центру. При выполнении условия они сольются в центральный максимум. Условие (3.11) будет всегда выполняться, если cq a2 aKp при Если вольтамперная кривая представлена в виде полинома (например, второй степени), т.е . катодный и анодный токи определяются зависимостями: то функция распределения количества электричества по -глубине поры принимает вид: Формула (3.15) справедлива для асимметричного импульсного тока. Общий вид изменения функции Q(X) при возрастании о и а 2 и соблюдении условия щ - 0(,2 = const может быть представлен графическими зависимостями, приведенными на рис. 3.4. Полученное решение (3.16) уравнения (3.9) является приближенным и справедливым при соблюдении условия: При условии (3.17) последовательность приближений сходится очень быстро, что даёт основание утверждать, что полученное решение достаточно точно. Для распределения Q(X) по модели, предлагаемой авторами [101], надо также различать случаи оц а2 и с cq , которые могут переходить друг в друга, как и в предыдущей модели. Для определения критерия существования максимума распределения в середине электрода воспользуемся соотношением: Условие (3.18) выполняется при amjn cq a2 amax Qi=Q2, Pi=P2, где amin и amax соответственно точки минимума и максимума функции N(a,3,Q,T). При увеличении щ и а2 (oq-a2 = const) качественно распределение Q(X) будет такое же, как и для первой модели (рис. 3.4), однако при убывании а\ и а2 после достижения максимума (условие amin al a2 amax) дальнейшее уменьшение cq и а2 приводит к неравенству amjn а\ a2 ctmax, что означает появление пологих максимумов, идущих к поверхности электрода. В ранее рассмотренной модели центральный максимум оставался в центре при любом уменьшении а і и а2. Влияние Q] и Q2 на расположение максимумов очевидно из соотношения (3.19). Для вольтамперных характеристик, изменяющихся по закону sh(x)=f(x) соответственно, для анодной составляющей i=Ai-shBru и катодной -i=A2-shB2-u функция распределения прямоугольного асимметричного тока и количества прошедшего электричества примет вид:

Влияние температуры и плотности анодного тока на процесс электрохимического травления алюминия

На процесс растворения металла значительное влияние оказывает температура электролита [107]. Повышение температуры раствора приводит к увеличению скорости травления и соответственно энергии молекул растворителя, а также частиц растворённого вещества как в плотной (слой Гельмгольца), так и в диффузионной части (слой Штерна) двойного слоя [108]. Диффузионный слой становится более размытым и, следовательно, потенциальный барьер между электродом и раствором понижается. Атомы кристаллической решётки металла электрода под действием более высокой температуры увеличивают амплитуду колебаний, за счет чего снижается значение энергии связи и, соответственно, увеличивается скорость растворения электрода. Этот процесс в общем случае подчиняется уравнению Аррениуса [109]: где К - константа скорости реакции; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура, К; U - энергия активации. Снижение энергии с повышением температуры, как следует из уравнения (4.2), увеличивает скорость реакции. При наложении электрического поля скорость растворения электрода резко изменяется.

При подключении внешнего источника тока стационарный электродный потенциал смещается в зависимости от полярности последнего. Алюминий относится к сильно поляризуемым электродам, поэтому характеризуется значительным сдвигом потенциала от его равновесного значения. Под действием электрического поля резко изменяется строение двойного электрического слоя. Диффузионный потенциал его уменьшается и практиче-ски весь скачок потенциала оказывается сосредоточенным в его плотной части (слое Гельмгольца). Для электрохимических реакций, протекающих с большими перенапряжениями (в частности для А1), контролирующей стадией является реакция ионизации. Для электрохимических реакций принято скорость реакции выражать через плотность тока. Реакции с ионным контролем могут быть описаны уравнением [109]: где Ki и Кз- константы скорости ионизации и электроосаждения металла; а -коэффициент, характеризующий скорость электрохимической реакции; п - число электронов, участвующих в реакции; F - число Фарадея, 96500 Кл; АЕ -сдвиг потенциала. Соответственно для катодной реакции скорость определится выражением: Из формул (4.3) и (4.4) следует, что переменными при заданной температуре являются ток и сдвиг потенциала, которые могут быть найдены экспериментально. Поэтому можно определить непосредственно константу ионизации металла электрода при данной температуре. Для малополяризуемых электродов электрохимические реакции имеют диффузионный контроль, и в этом случае скорость процесса может быть выражена формулой: где D - удельная скорость диффузии; 8 - толщина диффузионного слоя; Со -концентрация ионов металла, растворяющегося в электролите; С - концентрация ионов (катионов) у поверхности анода; 1 - число переноса катионов. В первом приближении можно считать, что С С0 и тогда можно пре небречь последним. Прологарифмировав уравнение (4.4) с принятым выше допущением, найдём ДЕ: Из этой зависимости можно определить взаимосвязь ДЕ с процессом диффузии: И поскольку где Ер - равновесный электродный потенциал; Е - стандартный электродный потенциал,.то по уравнению (4.7) можно определить, как влияет процесс диффузии на скорость анодного окисления металла. В частности, нами было изучено влияние наложения ультразвукового поля (УЗП) на кинетику анодного растворения алюминия.

Похожие диссертации на Применение нестационарного электролиза в технологии анодной обработки алюминиевой фольги