автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.03, диссертация на тему:Электроосаждение медных капиллярно-пористыхпокрытий, предназначенных для теплообменного оборудования

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ |КПІ)

На правах рукопису

РГБ ОД

_ УДК 621.357.7

о о г “7 Г''' ■

АЛЕКСАНДРОВСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ

ЕЛЕКТРООСДДЖЕННЯ МІДНИХ КАПІЛЯРНО-ПОРИСТИХ ПОКРИТТІВ, ПРИЗНАЧЕНИХ ДЛЯ ТЕПЛООБМІННОГО ОБЛАДНАННЯ

05.17.03 - Технічна електрохімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації" на здобуття наукового ступеня кандидата технічні« наук

Київ-1995

Дисертацією е рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології електрохімічних виробництв Національного технічного університету України (КПІ).

Науковий керівник: кандидат хімічних наук.

ст.наук.співробітник Дончепко М.І.

Офіційні опонента: доктор хімічних наук, професор

Кублановський В.С.

кандидат технічних наук, ст. наук.співробітник

Прудніков Є.Л.

Провідна організація: Інститут колоїдної хімії та хімії води АН України.

Захист відбудеться 15 листопада 1995 р. на засіданні спеціалізованої ради Д 01.02.02. в Національному технічному університеті України (КПІ) за адресою: 252056, м.Київ, просп. Перемоги, 37, корпус 4, велика хімічна аудиторія.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України (КПІ).

Автореферат розісланий

1995 рОКу

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

К.Т.Н., доцент Мотронюк Т.І.

Актуальність роботи.

Створення нового найбільш ефективного теплообмінного обладнання, що використовує принцип теплової труби (ТТ), потребує вирішення складних завдань, пов'язаних з виготовленням капілярно-пористих структур (КПС) - основного елементу ТТ. Методи порошкової металургії, механічної обробки та інші є металомісткими, трудомісткими та не забезпечують потрібних властивостей КПС. Технології іноземних фірм запатентовані, не наводяться в технічній літературі та являються "ноу-хау".

Перспективним методом виготовлення тонких металевих капілярно-пористих структур є електрохімічний спосіб, що дає монливість з високою точністю керувати товщиною, морфологією та властивостями покриттів. В цій роботі розвивається новий напрямок гальваностегії - електроосадяення капілярно-пористих покриттів, що виконують роль КПС. Актуальність проведених дослідяень обумовлена відсутністю теоретичних розробок та надійних технологій електроосадяення КПП, а такой вимог до них.

Метою дисертаційної роботи є дослідяення закономірностей та розробка технології електроосадкення мідних капіларно-пористих покриттів (КПП) для застосування в теплообмінному обладнанні.

В роботі вирішені такі завдання:

1. Запропонована геометрична модель утворення КПП, яка дозволяє прогнозувати Форму та направленість пор, а також математична модель, котра зв’язує діаметр капіляра та поверхневу пористість покриття з основними струмовими параметрами злектролізу; показано, що, використовуючи різні види підкладок та різні режими електролізу, можливо сформувати капіляр складної геометрії.

2. Проведені теоретичні та експериментальні дослідження процесу электроосадження міді, які дозволили вибрати за КПП дендритні осади; вивчений механізм формування та визначені основні закономірності утворення КПП.

3. Сформульовані вимоги до КПП, отриманих електрохімічним способом, виявлені властивості ПАР, що дозволяють осадяувати КПП; визначена природа сповільненої стадії електроосадження КПП.

4. Розроблено сульфатний та нітратний електроліти, режими

осадження, що дозволяють виготовляти мідні КПП з вироким діапазоном капілярних характеристик, котрі можуть використовуватись як гноти ТТ для різних процесів тепло- та масообміну.

5. Розроблена технологія елекгроосадкення КПП на внутрішня поверхню валка валкових машин для переробки полімерних матеріалів.

Наукова новизна.

Запропоноване та обгрунтоване нове функціональне покриття з метою використання в ТТ теплообмінних систем. Вперше дана геометрична модель утворення КПП, що дозволяє прогнозувати форму та напрямки росту пор. Розроблена математична модель, що зв'язує діаметр капіляра та поверхневу пористість покриття з основними струмовими параметрами процесу електроосадження. Запропоновані принципи формування капілярів складних геометричних форм завдяки використанню різних видів підкладок та режимів електролізу.

Вивчено механізм формування та встановлено основні закономірності утворення КПП в сульфатних та нітратних електролітах нідніння. Виявлені властивості ПАР, необхідні для осадження КПП. Показано, що в сульфатних електролітах обов’язковою умовою утворення КПП є наявність значних дифузійних обмежень процесу електроосадження; в нітратних електролітах КПП можливо одержати у відсутності дифузійних обмежень; механізми формування КПП в цих випадках різні. Розроблена нова конструкція валка для валкових машин (патент N1822391), основним елементом якого є електроосад-кене КПП.

Практична цінність.

Розроблені сульфатний та нітратний електроліти мідніння, режими осадження, до дозволяють виготовляти КПП з широким діапазоном капілярних характеристик та використовувати їх у гнотах ТТ для різних процесів тепло- та масообміну. Розроблена технологій електроосадкення КПП на внутрішню поверхню валка валкових макиь для переробки полімерних матеріалів.

Запропоновані технологія виготовлення гнотів теплових труС та конструкція валкових машин нового покоління. Таке обладнанні дозволяє економити електроенергію, поліпшити якість полімерню виробів, усунути забруднення технологічної зони токсичними речовинами, зменшити витрати на обслуговування. Запровадження розро(

леної технології' в процес виробництва полімерпереробних ЛІНІЙ призведе до економії конструкційних сталей, зниження затрат на їх виготовлення.

Запропоновано спосіб виготовлення мідних композиційних покриттів з високим вмістом неорганічних речовин.

Реалізація результатів роботи.

На основі випробувань теплових труб з мідним капілярно-пористим покриттям розроблено та запроваджено на виробничих площах МП "МИКО" технологічний процес електроосадяення КПП на ТТ для валкового та черв’ячного обладнання. Виготовлені та пройшли дослідно-промислові випробування в УкрНДІПластмаші и КПІ дві партії теплових труб: діаметром 18 мм, довжиною 350 мм та діаметром 17 мм, довжиною 1100 мм. Розроблені КПП були закладені в технічну документацію на виготовлення черв’яків черв’ячних пресів індексів 597606-02.00.003, 597606-03.00.001, 597653-01.01.002,

597653-01.02.001. Виготовлені зразки мідних композиційних покриттів з вмістом неорганічних речовин більше 60

Декларація особистого внеску. В цій роботі дисертантом особисто:

- проведені експериментальні дослідження процесу електро-осадяення міді, котрі дозволили запропонувати та вибрати в якості КПП дендритні осади: вивчено механізм формування і встановлені основні закономірності утворення КПП:

- визначені склади сульфатного і нітратного електролітів мідніння, які містять вибрану добавку ПАР, режими електролізу і геометричні форми підкладок, які дозволяють отримати КПП з потрібними капілярними характеристиками:

- запропоновані методики кількісного обрахунку основних показників КПП: об’ємної пористості і діаметра пор;

- розроблені технологічні процеси електроосадження мідних капілярно-пористих покриттів на валки і черв’яки машин для переробки полімерних матеріалів:

- запропонований принцип створення композиційних покриттів з високим вмістом компонент їв, що вводяться.

Автор захищає:

1. Теоретичні закономірності формування капілярної структури в процесі електроосаадення покриттів, геометричну та математичну

моделі утворення КПП. .

2. Склад сульфатного та нітратного електролітів нідніння, що містять вибрану добавку ПАР, режими електролізу та геометричні Форми підкладок, які дозволяють отримувати КПП з потрібними капілярними характеристиками.

3. Методи кількісних розрахунків основних показників КПП: об'ємної пористості та діаметра пор.

4. Технологічний процес електйоосадвення мідних капілярно-пористих покриттів на валки (черв’яки) машин для переробки полімерних матеріалів.

5. Принцип утворення композиційних покриттів з високим вмістом додаткових компонентів.

Апробація роботи.

Основні положення 1 результати роботи доповідались та обговорювались на: Міжреспубліканській науково-технічній конференції

"Прогресивні технології електрохімічної обробки металу та екологія гальванічного виробництва" (м. Вологоград, 1990 р.).

Всесоюзній конференції "Полімермаи-Яі" (м. Київ. 1991 р.), 8-й

Всесоюзній нараді "Удосконалення технології гальванічних покриттів" (м. Кіров. 199 і р.). Міжреспубліканській конференції "Екологічні проблеми в галузі гальванотехніки" (м. Київ, 1991 р.). 15-му Ненделеєвському з’їзді з загальної та прикладної хімії (м. Мінск, 1993 р.), 4-ї Міжнародної секції "Дослідження та

застосування теплового насоса: енергія, економія та довкілля"

11-го Мікнарсдного Конгресу з проектування, розрахунків хімічних машин та автоматики (м. Прага, Чехія, 1993 р.), і85-му Симпозиум! Електрохімічного Товариства (м. Сан-Франциско, СПІЙ, 1994 р.).

Публікації.

Основні результати досліджень представлені в 9 публікаціях та захищені Патентом.

Структура та обсяг роботи.

Дисертація складається з вступу, п’яти розділів 1 заключної частини, які викладені на 119 сторінках машинописного тексту, 45 малюнках, 16 таблицях та 3 додатках. Бібліографія містить 121 працю вітчизняних та зарубіаних авторів. Загальний обсяг роботи 106 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ У вступі обгрунтована актуальність тематики, сформульовані задачі та мста дослідження та наведені основні результати окремих частин дисертаційної роботи.

У першому розділі дано огляд існувчик типів капілярно-пористих структур, освітлено сучасний стан проблеми виготовлення та експлуатації КПС, показані можливі способи формування пористих і дендритних електролітичних осадів, вибрані конструкційні та технологічні характеристики КПП, матеріал покриття та тип електроліту, На основі призначення КПС та вимог до них, аналізу всіх факторів, що дозволяють ТТ надійно працювати, та особливостей гальванічних покриттів сформульовані такі вимоги до капілярно-пористих покриттів: і) висока міцність зчеплення покриття з основою по всій поверхні теплової труби; 2) висока корозійна стійкість покриття в середовищі теплоносія; 3) наявність проміжного безпо-ристого шару або шарів мів покриттям та стінкою ТТ, які запобігають утворення корозійної пари; 4) з'єднання капілярів в об'ємну капілярну систему; 5) рівномірність розподілу покриття по поверхні ТТ, що забезпечує рівномірний рух теплоносія по системі капілярів.

У другом розділі міститься обгрунтування та вибір способів досліджень. Описані методики поляризаційних та електрокапілярних вимірювань, металографічних досліджень, визначення вирівнюючих властивостей електроліту, показників якості КПП, капілярних та транспортних характеристик покриттів. Запропоновані методи визначення величин об’ємної пористості та діаметра пор.

Об’ємну пористість розраховували згідно з рівнянням :

По = і — і/С І + 8,93Мв/Мпор), (і)

де 8,93 - коефіцієнт для мідного КПП. заповненого водою; Мв -

маса води, що міститься в КПП; Мпор - маса капілярно-пористого покриття. Величини Мв та Мпор находили згідно з рівняннями;

Мпор = М2 - Mt С2)

Мв - М5 - М2, (3)

де Мі - маса знениреного та висушеного зразка перед електроосад-женням; M2 - маса висушеного зразка з КПП; - маса зразка з КПП, заповненого водою.

Запропонований в роботі метод розрахунків значень середнього

д аметра поверхневих пор такий. Використовуючи програмне середовище АС{Ш, по фотографіях фрактограм поверхні капілярно-пористого покриття знаходили середнє значення діаметра дендрита. Величини коефіцієнтів заповнення (Кз) визначали попередньо для коаного конкретного складу електроліту, використовуючи статистичні методи, як відношення середнього диаметра пори до середнього діаметра дендрита: к к ,

Кз = (^п^Пі/ЕпО/сЕіі^іпі/Іт-,.), . С4)

1 1 1 1 1

де: гіПі - діаметр кола, вписаного в порове середовище між дендритами на фотографії фрактограми поверхні КПП: п\. - число вписаних

кіл; ¿і - діаметр дендрита; иц. - число дендритів.

Методика визначення середнього діаметра поверхневих пор вкличає виготовлення фотографій фрактограм поверхні КПП, машинні розрахунки величини діаметра дендритів із врахуванням відповідного табличного значення коефіцієнта заповнення. Методика призначена для цехового контролю середнього діаметра поверхневих пор.

У третьому розділі показана перспективність електрохімічного способу нанесення капілярно-пористого покриття, разроблені геометрична та математична моделі його утворення.

До сьогодні системи теплопостачання валкового обладнання, що виробляються підприємствами України та закордонними фірмами, мають ряд недоліків: 1) нерівномірність температурного поля по по-

верхні робочого обладнання, яка приводить до перевитрат сировини: 2) великі витрати електроенергії за рахунок роботи насосного агрегату; 3) велика металомісткість за рахунок використання теплової станції; 4) присутність дорогого високотемпературного теплоносія (наприклад, кремнійорганічного масла), котрий виділяє токсичні речовини та вимагає додаткового розміщення вентиляційної установки, збільшення споживання електроенергії, а такой розширення виробничої площі; 5) значні експлуатаційні витрати на обслуговування теплової станції; 6) витрати тепла з розвиненої поверхні теплової станції та за рахунок транспортування теплоносія до валка.

З усіх відомих способів виготовлення тонких КПС електрохімічний є найбільш перспективним, бо дозволяє: і) отримати

надійний тепловий контакт тонкого гнота з внутрішньою стінкою ТТ при меншій енерго- та трудомісткості процесу виготовлення; 2) ви-

1 2

Конструкція герметичної порожнини ТТ с КПС

2 3^ 4 5 1-зовнішня оболонка;

4-герметична порожни-

2-внутріиня оболонка;

3-циліндричний вкла-

5-злектроосаджена КПС;

диш (артерія);

на ТТ (камера);

Мал.1

готовити капілярний канал заданої геометрично складної форми; 3) повністю автоматизувати процес виготовлення гнота; 4) значно спростити конструкцію технологічного обладнання при виготовленні КПС.

Розробка нових покриттів - капілярно-пористих - та надійної технології отримання тонких гнотів на внутрішніх стінках ТТ малого діаметра дає можливість конструювати та виготовляти нові види машин. Разроблено екологічно чистий промисловий валок (патент N 1822391), що працює на принципі теплової труби та дозволяє забезпечити рівномірний розподіл температурного поля вздовж валка + 1°. Такий валок має; герметичну порожнину ТТ. утворену зовнішньою, внутрішньою оболонками і розташованими вздовж осі валка артеріями, що примикають до оболонок, з електроосадженим нерозривним шаром КПС (мал.1).

Одним з основних елементів конструкції промислового валка є електроосадяена КПС. Запропоновані дві моделі, які дозволяють прогнозувати розміри 1 форми пор капілярної структури. Геометрична модель утворення КПП грунтується на тому, що зародження і формування капіляра здійснюється на межі двох поверхонь, що ростуть назустріч одна до одної. Припинення росту кристалічної фази при наближенні двох поверхонь покриттів обумовлено зміною розподілу силових ліній електричного поля, виснааенням приелектродного шару по іонах металу, що осаджується, розклинюючою дією тонких шарів електроліту та іншими причинами. На основі геометричної моделі вдалося отримати пори ''трапецієвидної" та "пляшковидної" форми, а також запропонувати дендритні покриття як основу КПП.

Використовуючи геометричну модель утворення КПП та методо-

логічний підхід різних авторів до механізму формування дисперсних осадів мовливо розрахувати ефективний розмір пор, утворених мія дендритами - стовпцями з напівсферичними вершинами. В цьому випадку Формула розрахунку ефективного діаметра дендрита сід має такий вигляд:_____________________

йд = М (Зг /\ь )*С25г/ггН)', (5)

де іг - габаритна густина струму; ів - середня густина струму на вершинах дендритів; 5 - габаритна площа; N - число стовпців

(дендритів). З рівняння (5) видно, що при збільшенні густини струму на вершинах дендритів, що можливо у випадку уповільненої дифузії іонів металу, що розряджаються, або екранування окремих ділянок осаду, і числа вершин N діаметр дендритів зменшується.

В залежності від заповнення дендритами поверхні діаметр пор с1п буде знаходитися як;

сіп = Кзсі . (6)

Дендритні осади мають визначене розташування дендритів до площини підловки. Рух теплоносія по каналах гнота проходить в різних напрямках між дендритами. Ефективний діаметр капіляра для зовнішніх пор. що виходять на поверхню та забезпечують процес випаровування/конденсації, визначається як;

сіп = Кз\і(іг /]ь )*(2$г/тіМГ. (7)

Залежність пористості поверхні, яка знаходиться як площа, не зайнята дендритами, від струмових параметрів електролізу визначається як;

Пп - 1 - іг/2іь. (8)

Якщо в якості моделі дендритного покриття використати стовпці з

плоскою вершиною, то тоді рівняння (8) має вигляд:

Пп = і - 3Р/]'Б. (9)

Взагалі рівняння (8) і (9) мовна записати:

Пп = і - ]Р/К5Ь> (10)

де: К - коефіцієнт, що враховує форму поверхні дендрита.

Наведені моделі дозволяють прогнозувати капілярні властивості електроосадженої КПС та оцінити транспортні та тепло- масообміни! характеристики ТТ, виходячи зі значень пористості і діаметра пор.

У четвертому розділі приведені основні експериментальні та теоретичні дослідження електроосадження капілярно-пористих покриттів із сульфатних електролітів мідніння 1 та 2. Електроліт 1

- э -

вміщував (г/л): СиЗО^аЭНрО - 200, 50, 2 : СиБО^ ^5Н£0 -

100, Н2504-1?5.

Для виявлення мояяивості осадження дендритних осадів в роботі було вивчено вплив різних поверхнево-активних речовин на морфологію покриттів. З усіх перевірених ПАР найбільш прийнятними, з точки зору їх промислового застосування, є оксіетильовані моноалкілфеноли на основі тримерів пропілену - НЛ. Вибрана ПАР має гідрофобний алкільний радикал та полярну групу, що сильно гідратується - ланку поліоксиетилену -(СН2СН2О)-.

Отримані поляризаційні криві свідчать, що введення ПАР призводить до зміщення потенціалу в більш від’ємну область, що

спричиняє до адсорбції добавки та гальмування катодного процесу. Досягнення граничної густини струму не заленить від концентрації добавки. Область оптимальної концентрації ПАР, завдяки якій утворюються дендритні осади зі стабільними капілярними характеристиками, знаходиться в межах 0,4 - 4,0 г/л.

Отримання КПП ножливе тільки в разі концентрування густини

струму на окремих ділянках, а саме - на вершинах дендритів (рівняння (5) - (І0)). аналізуючи модельні уявлення формування КПП та дані проведених досліджень, можна припустити, що на гладкій поверхні електроліз повинен проходити в умовах від’ємного вирівнювання мікрорельєфу поверхні, коли швидкість росту осаду на виступі або дендриті більше, ніж у впадині. Для перевірки цього припущення досліджено вплив густини струму та часу осадження на ступінь зарощування поверхні з механічно нанесеною рискою.

Знайдено, що при визначеній густині струму та тривалості

електролізу здійснюється перехід від позитивного вирівнювання до негативного. Час переходу від позитивного до негативного вирівнювання зменшується при збільшенні густині струму. На основі наведених даних були знайдені області утворення дендритних осадів, які мають капілярні властивості, та компактних покриттів.

Виконані поляризаційні та електрокапілярні дослідження та їх співставлення вір- шкалі потенціалів Антропова виявили такі умови утворення дендритних осадів, що є основою КПП. Це робоча густина струму, близька до граничної, висока адсорбційна здатність та дифільна будова молекул ПАР, можливість їх різної

орієнтації на поверхні в залежності від концентрації та по-

тенціалу осадження і міцелоутворення. Такі особливості процесу та органічної добавки, імовірно, уможливлюють блокування деяких ділянок та граней росту адсорбентом 1 утворення окремих зон зародження кристалів. Встановлюючи робочу густину струму, близьку до граничної, можна забезпечити та підтримувати направлений ріст дендритів.

Зміна умов електролізу, і, як наслідок, умов орієнтації та блокування ПАР поверхні, може привести до зміни геометричної форми вирощених дендритів та розподілу їх по катоду. Виходячи з припущення, що зміна полярності струму приводить до короткочасної зміни потенціалу катода та знака заряду поверхні, що в свою чергу, припиняє ріст дендритів та змінне умови адсорбції молекули ПАР на поверхні, були перевірені різні реверсні режими електролізу. Дослідження виявили, що використання реверсного струму в співвідношенні 10 сек : 1 сек призводить до поліпшення капілярних характеристик в 1,1 - 1,3 раза порівняно зі стаціонарним режимом. Згідно з вимогами, викладеними в главі і, для запобігання утворений корозійної системи мів покриттям та стінкою теплової труби необхідна наявність проміжного шару або шарів. Враховуючи вплив величини густини струму та тривалості осадження на схильність до утворення дендритного осаду, електроліз можна разділити на два основних процеси. Попереднє осадження компактного покриття необхідно вести в злектроліті 2 з кращими розсіючими властивостями концентрації ПАР 0,5 - 2.0 г/л, густині струму 0,5 - 1,0 А/дм2 та тривалості 0,5 - 1,5 годин, а нанесення КПП в томук розчині-при плавному підвищенні густині струму до 2,0 - 2,5 А/дм? Така технологія не потребує наявності додаткових процесів 1, відповідно, обладнання для попереднього мідніння, промивки та активації, що значно спрощує і зменшує витрати на виготовлення КПП. Для розширення можливостей отримання КПП з більш високим значенням капілярного підйому теплоносія можна використати режими реверсного струму Іпр = 10 сек, Ьоб = і сек при густині 2,5 - 3,0 А/дм2, а такой різні технічні прийоми, застосовуючи підкладки з ускладненою геометрією поверхні. В роботі було досягнуто поліпшення транспортних характеристик сіток та зразків з канавками завдяки електроосадженню КПС.

Проведені теплові дослідження дозволяють рекомендувати роз-

роблені покриття для використання в реяимі термосифона (коли випарник знизу, а конденсатор зверху) при питомих теплових потоках від 8,8 до 70,8 кВт/м2та кутах нахилу від 5 до 90 градусів. Це дає можливість застосовувати КПП в конічних і циліндричних черв’яках одно- та двохчерв'ячних пресах полімеропереробного обладнання.

В п’ятому розділі наведені основні експериментальні та теоретичні дослідження електроосадження КЛС з нітратного злектроліту мідніння, (г/л): Си( НОз)2*ЗН20 - 300, На С1 - 0,3 и НН03 до pH і.

Експериментальні дослідаення процесу осадження дендритних покриттів з електроліту з різною концентраціє» ПАР при стаціонарному, імпульсному та реверсному режимах електролізу і густині струму 3 - 6 А/дма показали таке. Покриття, осаджені при концентрації НЛ 0,02 - 0,03 г/л з реверсуванням струму, мають максимальну кількість дендритів на одиницю поверхні та найбільший капілярний під’йом робочих рідин. Істотним показником покриття є стабільна кущоподібна форма дендритів. Вона допомагає утворювати невеликі поверхневі пори, що забезпечують високий капілярний тиск, та крупні внутрішні пори для мінімального опору рухові рідини. Для вивчення основних закономірностей формування дендритних осадів були проведені поляризаційні та електрокапілярні виміривання. По-тенціодинамічні поляризаційні криві показали, що граничний струм складає 14 - 16 А/дм2. Ріст дендритів при стаціонарній густіші струму 4-6 А/дм2 , що складає лте третю частину граничної густині струму, неможливо пояснити дифузійними обмеженнями. Дослідження, проведені на обертовому дисковому електроді, підтверджують вище сказане. При густині струму 3-6 й/дм2 поляризаційні катодні криві співпадають незалежно від числа обертів диска.

Застосування реверсного струму при режимах: час катодного

періоду 5 сек, а анодного 1 сек дечо змівде потенціал катода в позитивну сторону порівняно зі значенням потенціале в стаціонарних умовах. Характер ходу катодної кривої істотно не змінюється. Робоча область отримання дендритних осадів знаходиться далеко від граничних значень густини струму. В період анодного импульсу не відбувається пасивація міді. Таким чином, дендритоутворення при введенні добавки ПАР та при реверсуванні струму, що посилює цей

ефект, не пояснюється з точки зору наявності граничних дифузійних обмежень або пасивацією поверхні в період анодного імпульсу.

Електрокапілярні дослідження на ртуті в азотній кислоті з добавками НЛ концентрацією 0,015 - 0,03 г/л і неорганічних речовин виявили високі поверхнево-активні властивості ПАР та наявність двох максимумів в областях +0,40...+0,30 В і +0.10...-0.15 Б за ір - шкалою. Отримані дані монна пояснити переорієнтацією дифільної молекули НЛ при зміні погенциала поверхні ртуті. Знайдені залежності величини поверхневої концентрації ПАР від її об'ємної концентрації при різних потенціалах поверхні показали таке. При потенціалі +0,40 В (зона першого максимуме) і концентрації НЛ 0,020 - 0,030 г/л поверхнева концентрація збільшується на порядок порівняно з іншими потенціалами. Це, імовірно, пояснюється схильністю ПАР до утворення пару більш щільної упаковки, наприклад, полімолекулярного.

Можливі рови формування дендритних осадів з використанням дифільної молекули ПАР при відсутності дифузійних обмежень досягаються при таких концентраціях НЛ та густині струму, які зміщують потенціал осадження металу в область з найбільш щільним розташуванням адсорбованих молекул. На основі висунутих припущень можна запропонувати такий механізм утворення дендритних осадів, не обумовлених дифузійними обмеженнями. Введення дифільної ПАР та досягнення потенціалу осадження міді в області максимальної адсорбції приводить до утворення ділянок поверхні, зайнятих щільним шаром органічних частинок. Найбільш імовірно, що це або полімолекулярний пар, або шар щільної упаковки, який має складну конфігурацію молекул. В зонах,зайнятих ПЙР, утруднений розряд іонов металу. Потенціал катода зміщується в від’ємну сторону. Ріст металічної Фази у вигляді дендритів йде в місцях найбільш вільних від ПАР. Застосування реверсного струму дозволяє змінити умови адсорбції ПАР і. відповідно, зон екранування, що спричиняє до збільшення числа зародків на початку кристалізації. При подальшому формуванні дендритів зміна положення молекул ПЙР приводить до росту бокових граней, забезпечуючи кущоподібну будову дендритів.

В роботі був визначений вплив технологічних параметрів електроосадкення на капілярні властивості покриттів. Максимальне

значення пористості (0,70 і вище) відповідає концентрації ПАР

0,020 - 0,030 г/л. Максимальне значення пористості при реверсному струмі відповідає катодному періоду 4-5 сек і анодному 1 сек. Найбільш оптимальні значення катодного і анодного періодів, які дозволяють отримати структуру з кращими транспортними характеристиками відповідають відношенню (сек) 5:1 і 5:0,5. Робочий діапазон густині струму лежить в межах 3,0 - 6,0 А/дм2. Геометрично складна поверхня кущоподібних дендритів дає можливість сформувати капіляр лляшковидної та тралецієвидної форм.

Проведені досліднення теплових характеристик показали, що працездатність труби складає 8,8 кВт/м2 в вертикальному положенні (випарювач зверху) і збільшується до §2,0 кВт/м2 при горизонтальному положенні. Це дає можливість використати розроблені КПП на внутрішній поверхні ТТ валкового полімерпереробного обладнання: в валках гладильних каландрів, охолодвуичих валках та поливальних барабанах, густина теплового потоку котрих складає 15 - 20 кВт/м?

В роботі пропонується спосіб виготовлення композиційних покриттів з високим вмістом композиту (50 У. і вище). Він полягає в наповненні, наприклад, насиченням або напилюванням, капілярно-пористого покриття.

ВИСНОВКИ

1. На основі електрохімічних закономірностей запропоновані геометрична модель утворення КПП, яка дозволяє прогнозувати форму і направленість пор, та математична модель, що зв'язує зовнішній діаметр капіляра, який забезпечує процес випаровування/конденсації, а також поверхневу пористість покриття з основними струмовими параметрами електролізу.

2. Сформульовані вимоги до КПП. Вивчено механізм електрокри-сталізації із сульфатного те нітратного електролітів мідних капілярно-пористих покриттів, в основі яких левать дендритні осади. Встановлено, що механізми дендритоутворення із сульфатного та нітратного електролітів різні.

3. Виявлені основні властивості ПАР, необхідні для осадження

КПП: високі поверхнево-активні властивості та дифільна структура

молекули, можливість ії різної орієнтації в залежності від потенціалу осадяення і концентрації ПАР.

4. Показано, що формування КПП Із сульфатного електроліту проходить при густині струму, близькій до граничної в умовах негативного вирівнювання мікрорельєфу поверхні, КОЛИ ШВИДКІСТЬ росту осаду на виступі або дендриті більш, нія у западині.

5. Для нітратного електроліту запропоновано механізм дендри-

тоутворення при густинах струму нижчих, нів граничні. Умови формування дендритних осадів з використанням дифільної молекули ПАР досягаються при таких концентраціях ПАР і густинах струму, котрі зміщують потенціал осадвення металу в' область з найбільш щільним розташуванням адсорбованих молекул: або полімолекулярним шаром

або зі складною конфігурацією. Застосування реверсивного струму забезпечує кущоподібний ріст дендритів в результаті періодичного перерозподілу адсорбованих молекул.

6. На базі розроблених КПП запропонована та запатентована конструкція екологічно чистого промислового валка полінерперероб-ного обладнання, яке забезпечує рівномірний розподіл температурного поля вздовв валка ±1°.

7. Визначені реаими електролізу, розроблені та впроваджені два технологічних процеси нанесення мідних КПП з різними транспортними характеристиками для виготовлення валкового і черв’ячного обладнання. Показано, що компактне і пористе покриття із сульфатного електроліту осаджують з електроліту одного складу, регулюючи величину густині струму.

8. Запропонована технологія електроосадження з нітратного електроліту КПП. утворених з кущоподібних дендритів, дозволяє сформувати капіляри пляшковидної та трапецієвидної форм. Показана мовливість управління формою капіляра в процесі електролізу.

9. Пропонуються методи розрахунків величин об’ємної пористості і зовнішнього діаметра пор для оперативного контролю капілярних властивостей осадів.

ІО. Пропонується спосіб виготовлення композиційних покриттів

з високим вмістом (502 і вище) композиту.

Основний зміст дисертації викладено в таких роботах:

1. Александровский Й.Н., Донченко И.И., Бондаренко Я.И. Особенности катодного осаждения капиллярно-пористых покрытий из сернокислотного электролита меднения с добавкой ПАВ // Химическое и

нефтяное машиностроение, 1990, N12, с.31-32.

2. Александровский fi.fi,, Донченко М.И., Бондаренко fl.П., Климкин Е.В. Электроосаждение медных покрытий для создания капиллярно-пористой структуры тепловой трубы. Тез. докл. Межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии электрохимической обработки металла и экология гальванического производства". -Волгоград, 1990, с.44-46.

3. Климкин Е.В., Александровский fl.H., Скачков Е.Д., Бондаренко Л.И. Новая технология изготовления валкового и червячного оборудования, использующего принцип работы тепловой трубы. Тез. докл. Всесоюзной конференции "Полимермаш -91". -Киев, 1991, с.105-108.

4. Александровский fl.H., Донченко М.И., Бондаренко Д.И. Применение реверсного тока при электроосаждении медных капиллярнопористых покрытий. Тез.докл. Иеяреспубликанской конференции "Экологические проблемы в области гальванотехники". -Киев, 1991, с.36

5. Александровский fl.H., Донченко М.И. Новая технология злектроосаждения медных капиллярно-пористых структур. Тез. докл. к U111 Всесоюзному совещанию "Совершенствование технологии гальванических покрытий”. -Киров, 1991, с.64.

6. Александровский A.H., Бондаренко Л.И., Климкин Е.В., Па-харенко A.B. Влияние чистоты обработки поверхности формующего барабана на качество ПЭТФ-плёнки // Химическая технология, 1992, N3, с.31-34.

7. Патент 1822391 (СССР). Валок к валковым машинам для переработки полимерных материалов/ А.Н,Александровский, Е.В. Климкин, М.И.Донченко и др.- Per, 12,10.92. Опубл. в Б.И., 1993, бюл.22.

3. Александровский A.H., Донченко М.И., Бондаренко Л.И., Климкин Е.В. Электроосаядение капиллярно-пористых покрытий // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология, 1993, т.36, N1, с.77-79.

9. Александровский A.H., Донченко М.И., Саверченко Е.А. и др. Применение электрохимической технологии при создании нового экологически чистого теплообменного оборудования. Тез. докл. XU Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. -Минск, 1993, т.1, с Л 6-17.

10. Aleksandrovsky A., Bondarenco L., Donchenco M. Electro-

chefflical nethod of producing a capillar-pore structure of the heat pipe. In: the ilth International Congress of Chemical Engineering. Chemical Equipment Design and Automation CHI SA 93. -Czech. Republik, Praha. 1993, p.65.

SUMMARY

Aleksandrovsky A.N. Electrodeposition copper capillary-porous coatings for the heat exchange equipment.

Dissertation for the degree of candidate of technical

science by speciality 05.17.03. - technical electrocheiaistry

National Technical University of Ukraine (KPI), Kiev, 1995.

The dissertation is devoted to the elaboration technology of electrodeposition copper capillary-porous coatings the heat exchange equipuent. The developed investigation can find

application in the construction and the production of effective

ecological pure polymer-processing machines and lines, as veil as

in the production of similar systems in petrochemical machine building industry, paper-making industry, tiunicipal services and in other fields.

АННОТАЦИЯ

Александровский A.H. Электроосакдение медных капиллярно-пористых покрытий, предназначенных для теплообменного оборудования.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.03. - техническая электрохи-

мия, Национальный технический университет Украины (КПЮ, Киев, 1995.

Защищается диссертация, которая посвящена разработке технологии электроосаждения медных капиллярно-пористых покрытий, предназначенных для теплообменного оборудования. Проведенные исследования позволяют конструировать и изготавливать эффективные экологически чистые полимерперерабатыващие машины и линии, а такгп подобные системы в нефтехимическом машиностроении, бумагоделательной промышленности, коммунальном хозяйстве и других областях

Ключевые слова: тепловая труба, электроосакдение капилляр-

но-пористых покрытий, поверхностно-активное вещество, сульфатны] и нитратный электролиты, нестационарный режим электролиза.