Procese Termocinetice la Electrodepunerea Cromului și Aliajelor Сo-W

Metodologia generală de cercetare

Cercetarea experimentală a fenomenelor termocinetice la electrodepunerea cromului a fost efectuată pe probe din oţel cu conţinut redus de carbon şi din cupru, pe care electrodepunerea era realizată în varianta „crom pe crom”. S-au utilizat secţiuni delucru rotunde cu diametru de la ~ 2 până la 10 mm, iar la densităţi înalte ale curentului de la 2 până la 4 mm. Izolarea parţială a suprafeţei era realizată, utilizând măşti polimerice cu autoîncleiere cu grosimea ~ 100 μm. Electrozii de lucru erau plasaţi paralel pereţilor băii şi perpendicular cu fundul ei. În calitate de anod s-au utilizat bare plate din Pb în cazul electrodepunerii cromului şi din grafit pentru aliajele Co-W.

Electrodepunerea catodică a cromului a fost efectuată din electrolitul standard de cromare: 250 g/l СrO3 şi 2,5 g/l H2SO4 la temperaturi de volum diferite de la 25 până la 70 °С. Toate soluţiile erau pregătite cu apă distilată. Electrodul era plasat în baia deschisă de cromare amplasată în termostat. În calitate de sursa de curent (pentru curent continuu şi în impulsuri) s-a utilizat potenţiostatul ПИ – 50 – 1.1 cu programatorul ПР – 8. Pentru măsurarea temperaturii de suprafaţă s-au utilizat termocupluri cromel-capel şi dispozitivul de măsurat după două coordonate. Densitatea curentului a variat de la 0,5 până la 6,25 А/см2 pentru toate regimurile de temperatură.

Electrodepunerea cromului prin impulsuri s-a realizat pe oţel cu conţinut redus de carbon la temperatura Т = 50°С şi curent în impulsuri ( avg i varia în limitele 0,1 – 2 А/сm2, unde avg i - densitatea medie a curentului). Durata impulsului τ р a variat de la 200 μs până la 200 s. Densitatea medie a curentului iavg s-a determinat ca i q p , unde p i – densitatea curentului în perioada impulsului, iar q – raportul perioadei impulsului către durata impulsului (s-au utilizat 3 valori ale lui q – 2, 4 şi 8). Măsurările au fost efectuate

la o variaţie a sarcinii transmise de la 252 până la 1650 C/cm2.

Electrodepunerea aliajelor Co-W în condiţiile curentului continuu. Depunerea acoperirilor Co-W s-a realizat din electrolit citric cu următoarea compoziţie, mol/l.:

Na2WO4٠2H2O – 0,05; CoSO4٠7H2O – 0,2; C6H8O7 (acid citric) – 0,04; Na3C6H5O7

(citrat de sodiu) – 0,25. În electrolit s-a adăugat soluţie tampon – acid boric H3BO3 până

la o concentraţie de 40 g/l. Densitatea curentului varia de la 0,5 până la 30 A/dm2. Temperatura de depunere s-a schimbat de la 20 până la 58 °С, cantitatea sarcinii transmise – de la 36 până la 270 C/cm2. Pentru calculul randamentului în funcţie de curent s-a utilizat valoarea medie a echivalentului electrochimic a aliajului – 0,311 mg/C. Conţinutul wolframului în aliaje s-a determinat în raport cu masa totală a componentei metalice în aliaj (CW / CCo+W , unde CW – conţinutul W în aliaj (% de masă), CCo+W – conţinutul sumar al Co şi W în aliaj (% masă)).

Capacitatea de dispersie a electrolitului. S-au cercetat procesele de formare a distribuţiei uniforme a vitezelor electrodepunerii cromului din electrolitul standard prin măsurarea capacităţii de dispersie (CP) într-o celulă de tipul Hull cu electrod cilindric. S-a utilizat electrodul cilindric staţionar, deoarece era necesară analiza comportamentul sistemului electrochimic în condiţii staţionare.

Celula pentru măsurările CP era compusă dintr-un electrod cilindric cu raza r = 5 mm şi înălţimea h = 30 cm. Înălţimea bucşei И – 70 mm, iar partea inferioară a ei era amplasată la distanţa ~20 mm de fundul celulei. Bucşele izolatoare de sus şi de jos din ftuoroplast aveau diametrul 16 mm şi înălţimea 10 mm (bucşa de jos) şi 50 mm (bucşa de sus). Determinarea CP a fost realizată pentru valori adimensionale a lungimii electrodului cilindric în intervalul 0,1 ≤ х/h ≤ 0,9. Experimental pentru determinarea CP se măsoară distribuţia grosimii stratului depus (CP după metal) în diferite puncte ale suprafeţei electrodului. Calculul CP a fost efectuat prin determinarea ariilor, formate de curbele μ/μср − х/h cum este reprezentat în [2]. Depunerea cromului la curent continuu a fost efectuată în următoarele condiţii – densitatea curentului i = 0,5 А/сm2, cantitatea de curent transmisă Q = 1,25 А•oră/сm2 (4500 C/сm2). A fost realizat modelul numeric al distribuţiei dependenţelor η (randamentul în funcţie de curent al cromului) − i (densitatea curentului), obţinute în lucrarea dată. Calculul a fost efectuat pentru valorile Wa = 0,01. Wa − parametru Wagner, care este egal cu:

, unde b – unghiul de înclinare al curbei de polarizare,

χ - conductibilitatea electrică a electrolitului, h – dimensiunea liniară caracteristică (înălţimea electrodului). Pentru calculul Wa s-au utilizat valorile iavg = 0,5 А/сm2, h = 3

сm (anume aceste valori fiind utilizate în continuare şi pentru măsurarea experimentală a

CP), b = 0,1 А•Ω, χ = 0,15 Ω-1•сm-1. Spre deosebire de valorile iavg şi h valorile b şi χ erau modelate, şi alese în aşa mod ca parametrul Wagner să rămână constant Wa = 0,01, ceea ce corespunde distribuţiei primare a curentului. Prin calcule speciale modelate s-a demonstrat, că la Wa = const. variaţia valorilor parametrilor, ce îl determină, nu conduce la schimbarea distribuţiei grosimii straturilor electrodepuse