1-4-1-سل ارائه شده توسط Roger Gilmont و Robert Walton

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1-3- آند در یکی از اضلاع هذلولی شکل قرار گرفته و کاتد در سمت مقابل بصورت مستقیم قرار دارد. طول کاتد L بوده، افت ولتاژ بین الکترودها V می‌باشد و جریان کلی بین آنها I است.

 

در این سل دانسیته جریان در روی کاتد از رابطه زیر پیروی می‌کند:

 j = -b x | y = 0               

j : دانسیته جریان

b : مقدار ثابت                                

x :  فاصله از انتهای کاتد

مزیت این سل وجود یک رابطه خطی بین دانسیته جریان و طول کاتد بوده که به سادگی می‌توان از سل استفاده نمود. ]12[ (برای اطلاعات بیشتر به پیوست 1 مراجعه شود.)

سل ارائه شده مطابق شکل 1-3  می‌باشد.

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ۱٢:٤٠ ‎ب.ظ روز شنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳٩۱
تگ ها : آبکاری


1-4-انواع سل‌های مورد استفاده برای بررسی توزیع جریان:

1-4-انواع سل‌های مورد استفاده برای بررسی توزیع جریان:

برای بررسی توزیع جریان در یک سل هندسه نقش مهمی را ایفا می‌کند. اشخاص مختلفی برای این منظور سل‌هایی با هندسه مختلف را ارائه داده‌اند که بطور اجمالی این سل‌ها بررسی می‌گردند.

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ۱٢:۱٥ ‎ب.ظ روز شنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳٩۱
تگ ها : آبکاری


1-3-3توزیع جریان موثر (Effective Current Distribution)

دانسیته جریان موثر قسمتی از جریان می‌باشد که سبب رسوب فلز می‌گردد. در واقع حاصل ضرب دانسیته جریان ثانویه در راندمان کاتدی می‌باشد. دانسیته جریان موثر را می‌توان با اندازه‌گیری وزن یا ضخامت لایه رسوبی بدست آورد.بنابراین دانسیته جریان موثر همیشه کمتر از دانسیته جریان ثانویه می‌باشد مگراینکه راندمان کاتدی 100% باشد که در این صورت مقادیر دانسیته جریان موثر و دانسیته جریان ثانویه و دانسیته جریان اولیه باهم برابر می‌شود. ] 9[

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ۱٢:۱۳ ‎ب.ظ روز شنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳٩۱
تگ ها : hull cell


1-3-2-توزیع جریان ثانویه (Secondry Current Distribution)

1-1-1-توزیع جریان ثانویه (Secondry  Current Distribution)

توزیع جریان ثانویه (S.C.D) توزیع واقعی جریان با درنظر گرفتن پلاریزاسیون می‌باشد .دانسیته جریان ثانویه دارای ویژگیهای زیر است :

1- می‌توان آنرا با استفاده از اندازه‌گیری دانسیته جریان بدست آورد.

2- یکی از ویژگیهای حمام آبکاری با ترکیب خاص و در یک شرایط ویژه از جریان ، دما وتلاطم حمام می‌باشد.

3- مقدار دانسیته جریانی است که در عمل آبکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

4- ازلحاظ مقداری متناسب با جریان اولیه است با این تفاوت که پلاریزاسیون نیز در نظر گرفته شده است.

برای تعیین و اندازه‌گیری جریان ثانویه R.O.Hull از وسیله مشابه شکل1-2 استفاده نمود ]11[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1-2- وسیله اندازه‌گیری دانسیته جریان که توسط R.O.Huس مورد استفاده قرار گرفت.

C ورق مسی با ابعاد مشخص بوده که فصل مشترک آن با کاتد عایق گردیده است. این ورق توسط یک ولت‌متر (P) به کاتد وصل می‌گردد و توسط رئوستای R پتانسیل آن نسبت به کاتد برروی صفر تنظیم می‌شود بنابراین آمپرمتر A مقدار جریان عبوری در آن ناحیه از کاتد که پروب C قرار دارد را نشان می‌دهد که با داشتن سطح C می‌توان دانسیته جریان را مشخص نمود. با حرکت دادن پروب در مجاورت کاتد می‌توان دانسیته جریان هر ناحیه از کاتد را ، مشخص نمود.

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ۱٢:۱۱ ‎ب.ظ روز شنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳٩۱
تگ ها :


1-3-1-توزیع جریان اولیه (Primary Current Distribution) :

 

 

 

 

 

 

 

 

توزیع جریان اولیه (P.C.D) توزیع تئوریکی جریان در راندمان کاتدی 100% و پلاریزاسیون صفر می‌باشد. این توزیع بستگی به اندازه ، شکل و ترتیب قرارگیری الکترودها دارد.

شکل 1-1- مدلی از ترسیم خطوط هم پتانسیل که توسط Rousselot مورد استفاده قرار گرفت.

توزیع جریان اولیه را می‌توان با شبیه سازی تعیین نمود. شبیه‌ساز شامل یک پروب متحرک بوده که عبور جریان متناوب و غیر پلاریزه را تعیین می‌کند که از روی یک مدل از آند و قطعه در یک الکترولیت مناسب بدست می‌آید.همچنین جریان اولیه را می‌توان توسط پروب مشخص کننده جریان روی یک مدل قرارگیری آند - کاتد با یک ورق هادی اندازه‌گیری نمود. یا حتی  می‌توان برای شکلهای مختلف هنگامی که هندسه قرارگیری الکترودها نسبتا" ساده باشد آنرا محاسبه نمود.Rousselot برای بررسی توزیع جریان در هول سل  یک مدل از آن با ورق هادی ساخت و الکترودها را با استفاده از رنگ محتوی نقره(Silver paint)‌با هدایت الکتریکی بالا شبیه‌سازی کرد.(شکل 1-1) با این روش وی خطوط پتانسیل و دانسیته جریان اولیه را بدست آورد].10[

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ۱٢:۱٠ ‎ب.ظ روز شنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳٩۱
تگ ها :


1-3-انواع توزیع جریان

دانسیته جریان متوسط برروی کاتد به مقدار جریان کل تقسیم بر سطح کاتد گفته می‌شود. اما چگونگی توزیع دانسیته جریان برروی یک قطعه و مقدار دانسیته جریان در نقاط حساس کاتد و راندمان کاتدی در آن دانسیته جریان را مشخص نمی‌کند. برای این منظور سه نوع توزیع جریان  با توجه به انواع دانسیته جریان، تعریف شده است.انواع دانسیته جریان عبارتند از :]9[

1- دانسیته جریان اولیه primary current density

2- دانسیته جریان ثانویه secondry current density

3- دانسیته جریان مؤثر effective current density

بنابراین با توجه به دانسیته جریانهای فوق می‌توان سه نوع توزیع جریان را تعریف نمود که در واقع توزیع همین دانسیته جریانها می‌باشند.

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ۱٢:٠۸ ‎ب.ظ روز شنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳٩۱
تگ ها :


1-1-مفهوم توزیع جریان

1-1-مفهوم توزیع جریان

بطور کلی توزیع جریان را می‌توان در دومورد بررسی نمود. امکان دارد توزیع جریان در ارتباط با سطح خارجی الکترود باشد و اشاره به یکنواختی یا عدم یکنواختی واکنش در روی سطح داشته باشد و امکان دارد توزیع جریان اشاره به توزیع واکنش در داخل ساختار الکترود بنماید.]6[

هر دونوع توزیع جریان در طراحی مناسب سلهای آبکاری، مهم می‌باشد. بسیاری از ساختار الکترودها در صنعت متخلخل بوده که می‌توان آندهای الکترولیز کلر، الکترودهای باطریها و ... را نام برد.

واکنش‌های الکترودی امکان دارد در طول سطح یکنواخت نبوده و واکنش‌ها فقط در سطح الکترود انجام نشود بلکه در داخل ساختار الکترودها (در اثر ایجاد حفره و تخلخل حاصل از.واکنش‌‌های سطحی) در فاصله نسبتا" کمی از سطح الکترود نیز واکنش‌هایی انجام گیرد.

 توزیع جریان در اثر واکنش‌ها در داخل نواحی متخلخل الکترود می‌تواند تحت تاثیر عوامل زیر باشد:

1- ساختار فیزیکی الکترود و مقاومت آن نسبت به الکترولیت : اگر مقاومت الکترود خیلی بالا باشد امکان انجام واکنش در داخل ساختار الکترود بیشتر است.

2- مقاومتهای الکترود متخلخل و الکترولیت در نواحی تخلخل.

3- ویژگیهای پلاریزاسیون واکنش الکترودی در تخلخل‌ها و در خارج از تخلخل‌ها.

چون در پروژه از الکترودهای مسطح استفاده گردیده توزیع جریان در سطح خارجی بررسی می‌گردد.

عوامل اصلی که در توزیع جریان در سطح الکترود مؤثر می‌باشند عبارتند از:

1- مقاومت ساختار الکترود.

2- مقاومت الکترولیت

3- پلاریزاسیون در اثر واکنش‌های الکترودی

4- هندسه سل.

در یک سل اگر مقاومت الکترود خیلی کمتر از مقاومت الکترولیت باشد توزیع جریان در ارتفاع الکترود نسبتا" یکنواخت است. بعبارت دیگر اگر مقاومت الکترولیت خیلی کمتر از مقاومت الکترود باشد دانسیته جریان برروی الکترود در بالای سل بیشتر از دانسیته جریان در ته سل برای همان الکترود می‌باشد، که به این پدیده اثر ترمینال  (Terminal Effect)  نیز گفته‌می‌شود. ]7و8[

در یک سل الکتروشیمیایی در حین کاربرد، تغییراتی در ترکیب الکترولیت به علت واکنشهای سل، فرآیند دیفوزیون و فرآیندهای دیگر روی می‌دهد که برروی emf سل، مقاومت الکترولیت و توزیع جریان می‌تواند تاثیر نماید. همچنین این امکان نیز وجود دارد که در اثر تغییر ترکیب الکترولیت، واکنشهای الکترودی تغییر نمایند.

از موارد مهم دیگری که می‌تواند سبب تغییرات موضعی در مقاومت الکترولیت و در نتیجه توزیع جریان شود، خوردگی، خوردگی رفتگی (erosion)، پاسیو شدن و تشکیل فیلمهای سطحی برروی الکترود و لکه‌دار شدن (plugging) است که سبب می‌شود در بعضی نقاط محصولات خوردگی تشکیل شده و مقاومت الکترولیت در آن نواحی تغییر نماید. این امکان نیز وجود دارد که در اثر گرادیان حرارتی، گرادیان دانسیته الکترولیت بوجود آید که بر نفوذ و کنوکسیون تا ثیر دارد.

مهمترین اثر ناخواسته توزیع غیریکنواخت جریان، کاهش کارآیی سل و افزایش حرارت در سل می‌باشد. حرارت ایجاد شده در الکترولیت در هر زمان متناسب با I 2 می‌باشد، (در صورتیکه توزیع جریان یکنواخت باشد). بنابراین کل حرارت آزاد شده در الکترولیت هنگامی کمترین مقدار را دارد که دانسیته جریان ثابت باشد و بیشتر از توزیع جریانی باشد که سبب غیر یکنواختی در توزیع جریان می‌شود. بطور کلی  ایجاد حرارت در نواحی که بیشترین دانسیته جریان را دارند بیشتر است.

دانسیته جریانهای زیاد و دمای بالا سبب می‌شود واکنش‌های الکترودی جدیدی انجام شوند. واکنشی که با حرارت شروع یا تسریع شود می‌تواند ایجاد حرارت بیشترنماید. حرارت نیز سبب تخلیه شدید الکتریکی الکترودها، جوشش موضعی الکترولیت، افزایش خوردگی  و رفتگی مواد پودری و حتی اتصال کوتاه در سل می‌شود.]6[

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ۱۱:۳٦ ‎ق.ظ روز شنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳٩۱
تگ ها :


1-1-مفهوم توزیع جریان

1-1-مفهوم توزیع جریان

بطور کلی توزیع جریان را می‌توان در دومورد بررسی نمود. امکان دارد توزیع جریان در ارتباط با سطح خارجی الکترود باشد و اشاره به یکنواختی یا عدم یکنواختی واکنش در روی سطح داشته باشد و امکان دارد توزیع جریان اشاره به توزیع واکنش در داخل ساختار الکترود بنماید.]6[

هر دونوع توزیع جریان در طراحی مناسب سلهای آبکاری، مهم می‌باشد. بسیاری از ساختار الکترودها در صنعت متخلخل بوده که می‌توان آندهای الکترولیز کلر، الکترودهای باطریها و ... را نام برد.

واکنش‌های الکترودی امکان دارد در طول سطح یکنواخت نبوده و واکنش‌ها فقط در سطح الکترود انجام نشود بلکه در داخل ساختار الکترودها (در اثر ایجاد حفره و تخلخل حاصل از.واکنش‌‌های سطحی) در فاصله نسبتا" کمی از سطح الکترود نیز واکنش‌هایی انجام گیرد.

 توزیع جریان در اثر واکنش‌ها در داخل نواحی متخلخل الکترود می‌تواند تحت تاثیر عوامل زیر باشد:

1- ساختار فیزیکی الکترود و مقاومت آن نسبت به الکترولیت : اگر مقاومت الکترود خیلی بالا باشد امکان انجام واکنش در داخل ساختار الکترود بیشتر است.

2- مقاومتهای الکترود متخلخل و الکترولیت در نواحی تخلخل.

3- ویژگیهای پلاریزاسیون واکنش الکترودی در تخلخل‌ها و در خارج از تخلخل‌ها.

چون در پروژه از الکترودهای مسطح استفاده گردیده توزیع جریان در سطح خارجی بررسی می‌گردد.

عوامل اصلی که در توزیع جریان در سطح الکترود مؤثر می‌باشند عبارتند از:

1- مقاومت ساختار الکترود.

2- مقاومت الکترولیت

3- پلاریزاسیون در اثر واکنش‌های الکترودی

4- هندسه سل.

در یک سل اگر مقاومت الکترود خیلی کمتر از مقاومت الکترولیت باشد توزیع جریان در ارتفاع الکترود نسبتا" یکنواخت است. بعبارت دیگر اگر مقاومت الکترولیت خیلی کمتر از مقاومت الکترود باشد دانسیته جریان برروی الکترود در بالای سل بیشتر از دانسیته جریان در ته سل برای همان الکترود می‌باشد، که به این پدیده اثر ترمینال  (Terminal Effect)  نیز گفته‌می‌شود. ]7و8[

در یک سل الکتروشیمیایی در حین کاربرد، تغییراتی در ترکیب الکترولیت به علت واکنشهای سل، فرآیند دیفوزیون و فرآیندهای دیگر روی می‌دهد که برروی emf سل، مقاومت الکترولیت و توزیع جریان می‌تواند تاثیر نماید. همچنین این امکان نیز وجود دارد که در اثر تغییر ترکیب الکترولیت، واکنشهای الکترودی تغییر نمایند.

از موارد مهم دیگری که می‌تواند سبب تغییرات موضعی در مقاومت الکترولیت و در نتیجه توزیع جریان شود، خوردگی، خوردگی رفتگی (erosion)، پاسیو شدن و تشکیل فیلمهای سطحی برروی الکترود و لکه‌دار شدن (plugging) است که سبب می‌شود در بعضی نقاط محصولات خوردگی تشکیل شده و مقاومت الکترولیت در آن نواحی تغییر نماید. این امکان نیز وجود دارد که در اثر گرادیان حرارتی، گرادیان دانسیته الکترولیت بوجود آید که بر نفوذ و کنوکسیون تا ثیر دارد.

مهمترین اثر ناخواسته توزیع غیریکنواخت جریان، کاهش کارآیی سل و افزایش حرارت در سل می‌باشد. حرارت ایجاد شده در الکترولیت در هر زمان متناسب با I 2 می‌باشد، (در صورتیکه توزیع جریان یکنواخت باشد). بنابراین کل حرارت آزاد شده در الکترولیت هنگامی کمترین مقدار را دارد که دانسیته جریان ثابت باشد و بیشتر از توزیع جریانی باشد که سبب غیر یکنواختی در توزیع جریان می‌شود. بطور کلی  ایجاد حرارت در نواحی که بیشترین دانسیته جریان را دارند بیشتر است.

دانسیته جریانهای زیاد و دمای بالا سبب می‌شود واکنش‌های الکترودی جدیدی انجام شوند. واکنشی که با حرارت شروع یا تسریع شود می‌تواند ایجاد حرارت بیشترنماید. حرارت نیز سبب تخلیه شدید الکتریکی الکترودها، جوشش موضعی الکترولیت، افزایش خوردگی  و رفتگی مواد پودری و حتی اتصال کوتاه در سل می‌شود.]6[

  
نویسنده : شاپرک ; ساعت ۱۱:۳٦ ‎ق.ظ روز شنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳٩۱
تگ ها :