О влиянии распределения ионов в объеме расплавленного электролита на структуру и свойства покрытий пористых материалов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Перечень ссылок

1. Гофман Л.Д., Кибалов Л.Д., Максимов А.Б. Основные положения системы управления качеством производства остряко-вых рельсов / Механизация производственных процессов рыбного хозяйства, промышленных и аграрных предприятий. Сборник научных трудов Керченского морского технологического института. - Выпуск 7. - Керчь: КМТИ. - 2006. - С. 57-60.

2. Гаркунов Э.С., Баринова Г.Я. Контроль качества термической обработки изделий из конструкционных сталей при различном исходном состоянии остаточной намагничиваемости / Дефектоскопия . - 1985. - № 9. - С. 46-50.

3. Кузнецов И.А., Царькова Т.П. Магнитный контроль твердости деталей из стали ЗОХЗМ / Дефектоскопия. - 1982. - № 2. -С. 29-33.

4. Михеев М.Н., Бида Г.Б. Магнитный контроль качества поверхностной закалки зубьев крупногабаритных постерней / Дефектоскопия. - 1982. - № 2. - С. 16-18.

5. Малинов С.А. Магнитный контроль качества поверхностной термообработки зубьев постерней / Дефектоскопия. - 1986. -№ 8. - С. 95-98.

6. Кузнецов М.А. Магнитный контроль глубины и твердости упрочненного слоя деталей из высокопрочного чугуна после ТВЧ / Дефектоскопия. - 1987. - № 8. - С. 10-13.

7. Бида Г.В., Михеев М.Н., Костин В.П. определение размеров приставного электромагнита, предназначенного для неразру-шающего контроля глубины и твердости поверхностно-упрочненных слоев / Дефектоскопия. - 1984. - № 8. - С. 10-13.

© 2008 А. Б. Максимов1, Л. Д. Гофман2, А. А. Кибалов2 1 Государственный морской технологический университет, 2 Завод стрелочных переводов,

г. Керчь

О ВЛИЯНИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ В ОБЪЕМЕ РАСПЛАВЛЕННОГО ЭЛЕКТРОЛИТА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Введение

На протяжении последних десятилетий ионные расплавы все шире применяются в различных областях современной техники. По сути, новое рождение получило направление- высокотемпературный электролиз соединений металлов и неметаллов, сплавов и интерметаллидов. К настоящему времени научные основы проблемы ионных расплавов освещены в ряде монографий отечественных ученых [1-3]. Однако не все из них охватывают области практического использования расплавленных систем, содержащих металлы и неметаллы (бор, углерод, кремний, вольфрам, медь и др.) и их соединения.

Поэтому повышенный интерес к вопросам разработки новых эффективных методов получения многофункциональных защитно-упрочняющих барьерных слоев на основе тугоплавких соединений (карбидов, боридов, силицидов) и продиктован непрерывно расширяющимся их использованием для нужд современной техники и, в частности, в электрометаллургическом производстве.

Постановка задачи

Основной задачей данной работы является оценка влияния физико-химических свойств ионных расплавов на механизм и кинетические особенности перераспределения ионов электролита в объеме электрохимической ячейки под воздействием различных параметров электролиза. Проведенные ранее исследования [4, 5] позволили решить задачу математического описания массопереноса ионов материала-покрытия в объеме расплавленного электролита.

В условиях эксперимента математическое решение распределения ионов с учетом градиента потенциала сводится к уравнению:

СI = С0 ■ ехр

V г^Дф КТ

(1)

где С0, С - концентрация ионов сорта I в центре электрохимической ячейки и по ее объему соответственно; V - скорость вынужденной конвекции; Дф - градиент потенциала; Е - число Фарадея; г - заряд иона;

х

- коэффициент диффузии ионов сорта /; х - линейная координата от центра электролизной ячейки.

Для построения кривых распределения концентраций ионов покрытия предлагается расчетно-эксперименталь-ный метод, основанный на использовании как табличных, так и полученных ранее экспериментальных данных [6, 7].

Анализ полученных результатов

Комплексное исследование и обобщение экспериментальных данных по изучению физико-химических свойств расплавленных электролитов, кинетических закономерностей процессов электролиза, протекающих на границе электрод-электролит, деполяризационных явлений позволили с помощью уравнения (1) построить распределение концентрации ионов покрытия по объему электролита для систем (№С1-МаР-Л1Р3), (№С1-МаР-№2В4О7-№281Р6), (№С1-КС1-МаР-№2С03-№281Р6), (№С1-КС1-СиС12), используемых для осаждения соответственно алюминия, бора, меди, кремния и кремния с микродобавкой вольфрама.

Анализ расчетных зависимостей (рис. 1-3) показал, что при высоких значениях параметров электролиза наблюдается характерный вид распределения (кривая 3). Такой характер распределения связан с увеличением электропроводности и снижением плотности расплавов для данных режимов [6, 7]. Дальнейшее уменьшение параметров электролиза, для всех расплавленных систем, приводит к выравниванию зависимостей до линейного характера (рис. 2, 3). Однако следует отметить, что количественно изменение распределения различных ионов покрытия в ячейке протекает в явной зависимости от типа и размера иона. Так, для ионов Л13+ характерно увеличение концентрации по размеру ячейки с 17,1 до 40,7 %, для ионов В4О72" - максимальное изменение достигает 46,3 %, для ионов 81Б6 2- - изменения несколько ниже (с 12,1 до 58,1 %), а для ионов Си2+ происходило увеличение концентрации лишь на 8,5 %. В свою очередь, дополнительно введенный в ионный расплав (№С1-КС1-МаР-№2С03-№281Р6) металлический вольфрам ухудшает распределение иона 81Б6 2 по объему электролита, что связано с дополнительной затратой энергии на анодное растворение и электроперенос ионов по электролитической ячейке (рис. 2, б).

Установлено, что выше перечисленные характерные зависимости вполне согласуются и коррелируют с физико-химическими свойствами соответствующих ионных расплавов, а предложенная математическая модель адекватно описывает распределение концентраций ионов покрытия по ячейке под воздействием параметров электролиза.

50

+ ~ <о 40

<1

ш о 30

X

и 20

я

^ а 10

р

X е 0

X

75

1

о

^

т ш

о

X

о

го ср

X

о

60 45 30 15 0

0,005 0,01 0,015

Параметры ячейки (Х), м

а

0,02

1

2__.

1 3

0,005 0,01 0,015

Параметры ячейки (Х), м

0,02

б

Рис. 1. Распределение концентрации ионов Л13+(а) и В4О72-(б) в объеме электрохимической ячейки 1 - 1106 Па-°С; 2 - 2106 Па-°С; 3 - 3-106 Па-°С

1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2008

129

0

0

б

Рис. 2. Распределение концентрации ионов 81р6 2- (а) и 81р62" + мк. доб. W6+(б) в объеме электрохимической ячейки:

1 - 1106 Па-°С; 2 - 2106 Па-°С; 3 - 3-106 Па-°С

О

ш о х о

К ^

та о. 1-х

V ^

X

о

16 12 8 4 0

1

2

3

0,005 0,01 0,015 Параметры ячейки (Х), м

0,02

0

Рис. 3. Распределение концентрации ионов Си2+ в объеме электрохимической ячейки: 1 - 1106 Па-°С; 2 - 2106 Па-°С; 3 - 3-106 Па-°С

Выводы

1. Разработано и предложено математическое описание распределения заряженных частиц в объеме электрохимической ячейки под воздействием градиента потенциала для расплавленных электролитов.

2. Установлено, что при увеличении параметров электролиза концентрация ионов покрытия при катодном пространстве возрастает в 1,75 раз, причем наиболее выраженный характер наблюдается для расплава КС1-№С1-МаР+ШХО.+^Б^

2 3 2 6.

3. Полученные расчетно-экспериментальные данные и предложенные научные подходы не вступают в противоречие с современными представлениями о транспортных свойствах ионных расплавов и позволяют точнее прогнозировать структуру, фазовый состав и эксплуатационные свойства получаемых покрытий.

Перечень ссылок

1. Делимарский Ю.К. Химия ионных расплавов. Киев: Наукова думка, 1980. - 328 с.

2. Делимарский Ю.К., Барчук Л.П. Прикладная химия ионных расплавов. Киев: Наукова думка, 1988. - 192 с.

3. Туманова Н.Х., Барчук Л.П. Гальванические покрытия из ионных расплавов. / Под ред. Ю.К. Делимарского. - Киев: Техника, 1983. - 166 с.

4. Воденников С.А., Скачков В.А., Иванов В.И., Бережная О.Р., Воденникова О.С. Массоперенос при электролизе ионных расплавов // Теория и практика металлургии. - Днепропетровск, НМА Украины. - № 2-3 (57-58). - 2007. - С. 135-138.

5. Воденников С.А., Скачков В.А., Воденникова О.С., Бережная О.Р. К вопросу математического описания массопереноса метала покрытия при электролизе ионных расплавов // Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант (ЗНТУ). -2007. - № 1. - С. 106-109.

6. Воденников С.А., Личконенко Н.В., Воденникова О.С. Изучение влияния температуры на термодинамические характеристики расплавленных электролитов // Тезисы докл. II международной научно-практической конференции «Современные научные достижения - 2007» г. Днепропетровск, Том 7. 01-14 февраля 2007. - С. 15-17.

7. Воденников С.А., Личконенко Н.В., Воденникова О.С. Изучение влияния температуры на электропроводность ионных расплавов // Тезисы докл. международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований», г. Одесса, Сборник научных трудов, ОНТУ, УКРНИИМФ, 2007, 15-25 марта. - С. 10-12.

© 2008 Канд. техн. наук С. А. Воденников1, д-р техн. наук Г. И. Слынько2,

канд. техн. наук В. А. Скачков1, О. С. Воденникова1

1 Государственная инженерная академия, Национальный технический университет,

г. Запорожье

«СТАЛЬ-2007» - МЕЖДУНАРОДНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ В ДЮССЕЛЬДОРФЕ (ГЕРМАНИЯ)

Конференция состоялась 8 и 9 ноября 2007 года в конгресс-центре города Дюссельдорф. Как и обычно, в конференции принимали участие представители металлургической промышленности, металлургического машиностроения, отраслей-потребителей, экономики, политики, прессы. Конференция проходила под девизом «Соревнование за будущее». На пленарном заседании 9 ноября рассматривались общие вопросы развития отрасли. При этом речь шла также о роли исследований и разработок в современной металлургии. Темой форума в этом году было применение стали в тяжелом машиностроении. На форуме рассматривалась также единая европейская платформа в металлургии и материаловедении. Работали также следующие секции:

- передовые технологии формоизменения в соревновании XXI века;

- соревнование в эффективности и энергоемкости оборудования;

- борьба за таланты в отрасли;

- защита интеллектуальной собственности;

- развитие металлургических процессов;

- стратегия транспортной политики и складирования.

Развитие отрасли

Как сообщил председатель экономического объединения «Сталь» проф. Дитер Амелинг (Dieter Ameling), прошлый год вошел в историю металлургии Германии как рекордный, а нынешний открывает еще более высокие перспективы. В прошлом году в Германии было произведено 48,6 млн. т стали, в этом году ожидается прирост около 1,5 %. Такое рекордное состояние обусловлено в значительной мере сложившейся конъюнктурой, прежде всего, успехами основных отраслей - потребителей: машиностроения и автостроения. Однако не только внутренние обстоятельства повлекли за собой развитие отрасли. Большую роль сыграли также возросшие потребности других стран в стали. За последние 15 лет экспорт стали из Германии удвоился, в результате чего сталь стала одним из основных продуктов экспорта Германии.

ISSN 1607-6885 Hoei Mamepia.nu i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2008

131