Аналіз причин нерівномірності товщини електролітичних нікелевих пластин

Основна причина нерівномірної товщини полягає в нерівномірному розподілі електричного поля. Під час електроосадження фактична товщина в будь-якій точці поверхні в основному визначається щільністю струму в цій точці, тоді як розподіл струму в основному визначається геометричними факторами, такими як форма деталі, її положення відносно анода та спосіб розміщення деталі на підставці для покриття. Щільність струму вища на виступах і в найближчій до анода зоні, оскільки відстань між анодом і катодом коротша, а опір струму менший; Навпаки, виїмки та ділянки, які заблоковані або звернені від анода, мають підвищений опір і менший струм. Ці зміни щільності струму обов’язково призводять до утворення товстого покриття на виступах.

Найбільш типовим явищем, безсумнівно, є «ефект краю». Через концентрацію силових ліній електричної енергії в крайовій області катодної пластини існує значна різниця в опорі струму між центром і краєм поля струму. Зокрема, товщина на краю товщі, ніж у центрі. Зі збільшенням площі покриття ефект краю стає більш серйозним. У реальному виробництві відношення товщини кромки до товщини в центрі зазвичай досягає 2,5-4 разів, а область осадження природним чином утворює увігнутий поперечний-переріз. Частини, де товщина нікелю перевищує діапазон, також часто зосереджені на краях пластини.

Окрім «первинного розподілу струму», який визначається геометричними факторами, електрохімічні фактори також мають важливий вплив на однорідність товщини. Параметри процесу, такі як щільність катодного струму, електропровідність електроліту, відстань між катодними -анодами, площа анодної пластини та розмір електролітичної комірки, впливатимуть на рівномірність розподілу товщини електроосадження. Серед них пікова щільність струму має особливо значний вплив на рівномірність товщини. Зі збільшенням пікової щільності струму однорідність значно зменшиться.

Формула електроліту та вибір добавок є ключовими змінними, які безпосередньо визначають характер осадження. Через різні параметри струму, формули електролітів, температури та добавки від різних виробників існують великі відмінності у внутрішній якості електролітичних нікелевих пластин. Додавання відповідних добавок до електроліту є ефективною стратегією вирішення проблеми нерівномірного осадження покриття. Однак, якщо розподіл концентрації різних добавок, таких як відбілювачі та змочувачі, в електроліті є нерівномірним, це безпосередньо змінить локальну поляризаційну поведінку, збільшить різницю в перенапруженні осадження, а потім утворить відхилення товщини. Метальна здатність розчинів для нікелювання зазвичай знаходиться на нижній межі позитивного діапазону. Зниження щільності струму, збільшення провідності розчину, збільшення відстані між катодами та анодами та відповідне збільшення значення рН і температури можуть певною мірою покращити метальну здатність.

Не можна ігнорувати циркуляцію та розподіл поля потоку електроліту. Циркуляційний потік електроліту може зробити розподіл іонів нікелю в електролітичному резервуарі більш рівномірним, тим самим покращуючи якість готового електролітичного нікелю. Нерівномірні швидкості потоку, різниці температурних полів або коливання концентрації можуть спричинити відхилення швидкості масообміну іонів нікелю в різних місцях, що ще більше посилює нерівномірність товщини.

Електролітичний нікель використовує початкову частину електрода як підкладку для росту електроосадження. Якість початкового шматка електрода безпосередньо визначає рівномірність подальшого осадження. Коли для підготовки стартової пластини використовується електролізер із затравковою пластиною, кожна затравкова пластина в одній електролітичній комірці з’єднана паралельно, і струм вільно розподіляється по кожній затравлювальній пластині з великою різницею, що призводить до нерівномірної товщини початкової пластини. Якщо процес обробки поверхні стартової пластини є неправильним, або на поверхні є масляна пляма або шар оксиду, бар’єр зародження буде непостійним, локальна швидкість відновлення іонів нікелю буде іншою, і, нарешті, товщина буде нерівномірною на всій дошці.

Не можна також ігнорувати подальшу стабільність процесу. Перерви в процесі електролізу або коливання струму можуть легко спричинити появу стопок (або розшарувань) різного розміру всередині пластини, і більшість розшарувань відбувається поблизу товщини початкової частини електрода, де починається електроосадження нікелю. Коли нікель осідає на катоді, водень легко виділяється, і всередині електролітичної нікелевої пластини утворюються мікропори. Ці внутрішні дефекти важко виявити неозброєним оком, але якщо вони серйозні, вони можуть мати негативний вплив на консистенцію продукту та подальшу обробку.

4. Напрямок вдосконалення галузі

У відповідь на вищезазначені проблеми галузь розробила низку ефективних заходів щодо вдосконалення. З точки зору контролю електричного поля, такі методи, як метод піктографічного анода, додавання анодних перегородок і додавання диспергаторів до електроліту, можуть ефективно покращити рівномірність розподілу струму. Допоміжний катод забезпечує більш рівномірну товщину нікелевих відкладень, запобігаючи накопиченню надлишкового заряду-. Змінюючи розподіл силових ліній і блокуючи або послаблюючи силові лінії на краю катодної пластини, «безгубий» процес підготовки також може ефективно контролювати однорідність товщини електролітичних нікелевих товстих пластин.

З точки зору оптимізації процесу, точний контроль щільності струму, оптимізація співвідношення добавок і умов очищення, а також використання кількох катодних пластин для одночасного виробництва для збалансування площ катода та анода можуть ефективно пом’якшити краєві ефекти та значно покращити рівномірність товщини. Крім того, використання технології ультразвукової дефектоскопії для сортування дефектів розшарування та подальшої термічної обробки також є важливим засобом забезпечення стабільної якості продукції.

Висновок

Нерівномірна товщина електролітичної нікелевої пластини спричинена не одним фактором, а є результатом переплетення багатьох факторів, таких як розподіл електричного поля, хімічний склад електроліту, динаміка поля потоку та управління роботою. Глибоке розуміння цих механізмів є ключем до систематичного покращення якості електролізних нікелевих продуктів, а також закладе міцну основу для модернізації електролітичних нікелевих продуктів до високої якості та високої доданої вартості.