Введение к работе
Актуальность темы
Функциональные свойства гальванических покрытий и технико-экономические характеристики процесса их получети зависят как от состава электролита, так и электрического режима питания электролизера. Одним из эффективных способов улучшения свойств покрытий является нестационарный электролиз. Его применение позволяет использовать более простые по составу электролиты, снизить расход металла за счет улучшения равномерности распределения покрытия на поверхности детали, отказаться от применения дефицитных, а в ряде случаев и экологически небезопасных добавок поверхностно-активных веществ.
Реализация управления электролизом при заданном электрическом режиме является сложной научно-технической задачей из-за отсутствия информации о кинетических характеристиках конкретных электродных реакций и математических моделей процессов.
Работа выполнена в соответствии с планом работ по научному направлению НГТУ «Гальванотехника и электрохимическая обработка металлов».
Цель работы
Создание математических моделей процессов гальваноосаждения металлов для управления процессом электролиза.
Задачи исследования
Разработать алгоритм определения кинетических параметров электродных реакций; составить математические модели процесса электролиза; разработать принципы и системы программного управления, обеспечивающие заданные условия электролиза.
Автор защищает:
алгоритмы определения кинетических параметров электродных процессов электрохимических систем (ЭХС) в условиях замедленной стадии разряда и диффузии.
математические модели процессов электролиза с кинетикой, кошролируемой стадиями переноса заряда И диффузии;
- принципы построения систем программного управления процессом электролиза, обеспечивающих заданные условия электролиза по заданной временной кривой катодного перенапряжения. Научная новизна
-
Разработаны алгоритмы и реализована функциональная схема автоматизированной системы определения основных кинетических параметров электродных реакций и коэффициента диффузии при замедленных стадиях разряд-ионизации и диффузии.
-
Показано влияние емкости двойного электрического слоя на точность определения кинетических параметров.
-
Предложены математические модели процессов электролиза с кинетикой, контролируемой стадиями разряда и диффузии.
-
Получены электрические схемы замещения электролизеров с учетом влияния емкости двойного электрического слоя электродов и неоднородности электрического поля.
-
Разработана методика определения сопротивления электролита в электролизере с плоскими электродами различной величины с учетом неоднородности электрического поля.
-
Разработана методика построения систем программного управления процессом электролиза, обеспечивающая заданный закон изменения катодного перенапряжения в процессе электролиза.
Практическая ценность. Разработаны оригинальные алгоритмы определения кинетических параметров электродных процессов при замедленных стадиях разряда и диффузии, ориентированные на использование современных ПЭВМ
Предложена и реализована автоматическая система исследования кинетики электродных процессов, позволяющая определить основные кинетические параметры. Быстродействие системы по сравнению с ручным экспериментом повышается примерно в 10 раз.
Разработаны электрические схемы замещения и математические модели, позволяющие рассчитать основные эксплуатационные характеристики - напряжение (при заданном токе) или ток (при заданном напряжении), внутреннее сопротивление электролизера для электродов различных размеров.
Разработаны принципы построения систем программного управления электролизерами с целью получения покрытия с определенными функциональными свойствами. На их основе исследована динамика работы электролизера с помощью ЭВМ типа IBM в программной версии MASS. Расхождение программно заданной кривой катодного перенапряжения с экспериментально полученной не превышает 10-12%.
Методики определения кинетических параметров электродных процессов внедрены в учебный процесс в виде методических указаний по выполнению индивидуальных заданий и УИРС по курсу «Применение ЭВМ в химии и химической технологии» для специальности «Технология электрохимэтеских производств».
Системы программного управления процессами электролиза испытаны в гальваническом цехе АО НПО НЭВЗ.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались на международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии», г. Тверь, 1995г., ежегодных научных конференциях НГТУ в 1993-1997 гг., научных семинарах НГТУ по современным проблемам электрохимии в 1993-1996 гг. Алгоритмы управления процессами электролиза использованы в гальваническом производстве АО НПО НЭВЗ.
Публикации.
По материала».! диссертации опубликовано 5 работ.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц и 59 рисунков, состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка литературы, содержащего 33 наименования.
