Методы непосредственного изучения распределения тока и металла

Все предложенные до сих пор методы имеют один существенный недостаток — они не воспроизводят условий реального электролиза. В идеальном случае на основании показаний лабораторного прибора мы должны иметь возможность судить о распределении тока и металла в реальном электролизере на реальных изделиях с различной геометрической формой. Такой прибор пока не создан и, пожалуй, принципиально не может быть создан вследствие сильного влияния геометрических факторов.

Предложенные до сих пор методы измерения равномерности распределения металла могут быть разделены на две основные группы. Первая группа предусматривает параллельное расположение электродов при полном пересечении ими электролита; катоды располагаются по одну или обе стороны анода на различном расстоянии от него (рис. 37). Вторая группа методов предусматривает применение катодов, согнутых под различным углом при плоских анодах. В одних методах катоды не пересекают весь электролит, в других они полностью пересекают его.

Рис. 37. Схема измерения распределения тока, по Херингу и Блюму: д — дальний катод; б — ближний катод; а — анод; Ад—амперметр для дальнего катода; Ад — амперметр для ближнего катода; А — амперметр для измерения общей силы тока; V — вольтметр; П — переключатель

Особенностями первой группы приборов являются прямолинейное распределение силовых линий и отсутствие в них краевого эффекта. Хотя в реальном электролизере силовые линии не распределяются прямолинейно и краевой эффект (без искусственных приемов) оказывает заметное влияние, приборами первой группы удобно пользоваться для сравнения между собой электролитов различного состава, при различном электрическом и температурном режиме. Для получения воспроизводимых результатов измерения необходимо производить в электролизерах со строго постоянными размерами при одинаковом отношении расстояний катодов от анода.

Приборы второй группы имеют то преимущество, что они дают некоторое представление о распределении металла на выпуклых участках и в углублениях, но в качестве приборов сравнения менее пригодны. Они дают представление о том, как распределяется металл на данном или на подобных ему катодах, при таком же краевом эффекте, при таком же экранировании силовых линий и т. д.

Не следует обязательно соблюдать определенные размеры электродов и расстояние мёжду ними, например, обязательно применять электроды с площадью 1 дм 2 , а расстояние двух катодов от анода поддерживать в отношении 5:1 или 2:1. Как размеры электродов, так и расстояние между ними могут быть произвольными. Однако для получения воспроизводимых и сравнимых результатов эти размеры должны быть фиксированы и оговорены, поскольку рассеивающая способность зависит как от размеров электродов, так и от расстояния между ними, не только относительного, но и абсолютного; с этими параметрами связано сопротивление электролита.

Ячейка Хулла, получившая в последнее время широкое применение для исследования рассеивающей способности электролитов, отличается тем, что катод расположен не параллельно аноду, а под определенным углом к нему (рис. 38). Горизонтальная проекция такой ячейки имеет вид не прямоугольника, а трапеции с определенным соотношением между размерами каждой стенки. Распределение тока на таком наклонном катоде чисто математическим путем весьма трудно рассчитать, однако экспериментально достаточно легко установить количество осажденного металла (или силу тока) на отдельных катодных полосках.

Зная изменение выхода по току с плотностью тока, можно внести соответствующий коэффициент и кривые распределения тока пересчитать на кривые распределения металла. Удобнее катод сделать сборным, например, из 10 равных нумерованных частей, лежащих в одной плоскости. При этом представляется возможным каждый катодный участок взвешивать на аналитических весах до и после электролиза. Полученные при этом в результате несложного расчета значения толщин покрытий по меньшей мере на 15—20% точнее определения значений, полученных всеми другими методами.

Рис. 38. Ячейка Хулла

В ячейке Хулла можно получить представление не только о количественном распределении тока (металла) на участках катода, находящихся на различном расстоянии от анода, но и качественное представление о допустимых плотностях тока для получения светлых, полублестящих и блестящих покрытий, об изменении твердости, пористости и других характеристик на этих участках и т. д. При электроосаждении сплавов в ячейке Хулла можно устанавливать также состав сплава на различных катодных участках.

На основании данных, получаемых в ячейке Хулла, можно корректировать производственную ванну по основным и вспомогательным компонентам, например блескообразователям и др.

Для максимальной равномерности распределения тока на различных участках профилированных изделий решающую роль играют изменение потенциала с плотностью тока, электропроводность электролита и изменение выхода по току с плотностью тока. В хромовых электролитах катодный потенциал весьма незначительно меняется в пределах тех значений плотности тока, при которых происходит осаждение металла, а выход по току повышается по мере повышения плотности тока. По этим причинам при хромировании наблюдается исключительно неравномерное распределение металла и приходится прибегать к различным искусственным приемам, например к специальному расположению профилированных анодов, к применению экранов и т. д.