Ячейка хулла что это такое
Ячейка Хулла. Из опыта работы заводских инженеров-технологов
Из опыта работы заводских инженеров-технологов
На передовых российских предприятиях широко используются ячейки Хулла для экспресс-тестирования электролитов гальванических покрытий.
Экспресс-анализ в ячейке Хулла позволяет тестировать ряд технологических показателей электролитов:
Комплект ячейки Хулла:
*В качестве катода выбирается латунная, медная или стальная пластина.
Рекомендации по порядку проведения теста на ячейке Хулла:
*Для процесса цинкования осветляется и хроматируется при необходимости.
Во многих случаях по характеру и расположению дефектов на катодной пластине можно судить о причинах неполадок работы электролитов.
Во многих случаях по характеру и расположению дефектов на катодной пластине можно судить о причинах неполадок работы электролитов. Можно рассмотреть несколько примеров неполадок работы электролитов, часто встречаемые в производственной практике.
Цинкование в цинкатном электролите
продолжительность процесса — 10мин (15мин со стальным анодом при использовании генератора цинка);
Ячейка хулла что это такое
Натрий гидроокись»ЧДА» имп. Китай
Олово (II) сульфат «ЧДА» имп. Китай
Олово двухлористое 2-водное, имп. Китай
Висмут (III) азотнокислый 5-водный «ЧДА»
Висмут (III)сульфат 3-водный «Ч»
Кобальт (II)сернокислый 7-водный «Ч»
Кобальт хлористый «Ч»
Олово (II) тетрафторборат (раствор)
Олово (II) борфтористое «Ч» ТУ 2623-02-27457265-2001
Свинец (II) тетрафторбрат (раствор) марка А ТУ 2154-003-27457265-2001
21.01.21 Новые поступления на склад!
Натрия сульфат 10-водный марка «Ч» ГОСТ 4171-76 с изм, 1 2
Натрий серноватистокислый 5-водный марка «Ч» ГОСТ 27068-86
19.01.21 Новые поступления на склад!
18.01.21 Новые поступления на склад!
Натрий триполифосфат пищ.
Натрий фосфорнокислый 12-водный «ЧДА»
14.01.21 Новые поступления на склад!
Стандарт-титры «НАТРИЯ ГИДРООКИСЬ» (натрий гидроксид), вид А
Стандарт-титры «ТРИЛОН Б» (вид А) 1
Стандарт-титры «ЙОД» (вид А)
Стандарт-титры «КАЛИЙ МАРГАНЦОВОКИСЛЫЙ» (калий перманганат), вид А
Стандарт-титры «КИСЛОТА СОЛЯНАЯ» (кислота хлорводородная), вид А
Стандарт-титры «КАЛИЙ ГИДРООКИСЬ» (калий гидроксид), вид С
23.11.20 Новые поступления на склад!
Олово сернокислое имп. Китай
Натрий метасиликат 5-вод. имп. Китай
12.10.20 Новые поступления на склад!
Цинк окись Ч имп. Перу
Олово двухлористое 2-вод. имп. Китай
05.10.20 Новые поступления на склад!
Натрий едкий гранулы Китай
03.08.20 Новые поступления на склад!
03.06.20
27.05.20
25.05.20
ЯЧЕЙКА ХУЛЛА
Нашей компанией Ячейка Хулла изготавливается в двух исполнениях:
В качестве анода используется пластина металла с развитой поверхностью благодаря фрезерной обработке, что необходимо для увеличения анодной площади. Свинцовые аноды не обрабатываются.
Электрохимические ячейки и их применение в практике осаждения гальванических покрытий
Вредные примеси в электролитах можно условно разделить на две группы: влияющие на качество покрытия и влияющие на процесс его осаждения. К первой группе можно отнести т.н. механические загрязнения, усиливающие шероховатость покрытия, например, твердые частички шлама, образующегося при растворении анодов.
Вторая группа – это примеси, влияющие на электрохимический процесс. Например, соосаждающиеся совместно с основным металлом, снижающие перенапряжение выделения металла и водорода, из-за чего может образоваться дефектное покрытие или уменьшится выход металла по току.
Вредные примеси образуются при разложении органических компонентов (блескообразователи, выравнивающие добавки и т.п.) электролитов, заносятся с водой, деталями, оборудованием (подвески, барабаны), c продуктами химического разрушения металлических и пластмассовых частей оборудования, из воздуха и т.д.
Порой химический анализ большинства из этих примесей является серьезной задачей, не всегда осуществимой в условиях заводской лаборатории.
Во всех этих случаях для экспресс-анализа электролитов применяют электрохимические ячейки различных конструкций.
Нет сомнения, что об электрохимических тестовых ячейках хотя бы однажды слышал любой технолог-гальваник, например, о ячейке Хулла (Hull cell).
Экспресс-тестирование электролитов с помощью электрохимической ячейки Хулла
Ячейка Хулла является наиболее распространенной среди тестовых ячеек (рис.1). Ячейка изготавливается из химически стойкого полимерного материала. Размеры ячеек, тестовых пластин и анодов даны в таблице 1.
Угол наклона катода к аноду в ячейке Хулла равен 39о. При таком угле наклона обеспечивается линейная зависимость между силой тока в данной точке катода и логарифмом расстояния этой точки от края катода. В ячейке Хулла плотность тока распределяется пропорционально по убывающей от ближнего края катода к дальнему.
В ячейке Хулла изменения толщины покрытия по длине катода соответствуют изменениям толщины покрытия из электролита с заведомо неблагоприятными электрохимическими параметрами.
Поэтому ячейка Хулла используется для ускоренной приближенной оценки влияния плотности тока на качество осаждающегося покрытия. А это, в отличие от химического и иных видов анализа, позволяет оценить полную картину состояния электролита в широком интервале плотностей тока, включая влияние примесей, кислотности, скорости перемешивания электролита и прочих факторов.
Ячейка Хулла позволяет тестировать не только электролиты для осаждения покрытий, но также электрохимического обезжиривания, электрохимического травления и электрополирования. Для анодных процессов анод и катод меняют местами.
Процедура тестирования электролита очень проста. В ячейку наливают требуемый объем электролита (250 или 1000 мл).
Перемешивают электролит воздухом от микрокомпрессора (можно использовать аквариумный). Важно, чтобы температура во время электролиза не изменялась, поэтому электролит термостатируют.
Обезжиренные и активированные анод и катод после тщательной промывки и ополаскивания в деионизованной воде устанавливают в ячейке и подключают к стабилизированному источнику питания постоянного тока (схему подключения см. на рис. 1). Во время проведения теста сила тока на ячейке изменяться не должна.
Катодной тестовой пластиной служит полированная латунная (реже медная или стальная) пластина. Стандартные наборы таких пластин и ячейку Хулла можно заказать на фирмах, поставляющих тестовое (лабораторное) оборудование для гальванических производств.
Электролиз электролитов хромирования проводят в течение 5 мин., в остальных случаях – до 10 мин. Сила тока при тестировании и формулы для расчета плотности тока по катоду в зависимости от объема ячейки приведены в таблице 2. По завершению опыта тестовая пластина извлекается, промывается и сушится под теплой (35- 40 С о ) струей воздуха.
Анализ покрытия на тестовой пластине проводят, выявляя границы блестящих и матовых зон, по длине покрытий, различию в цвете, определяют питтинговые зоны и для каждой из них рассчитывают плотность тока. Для упрощения анализа по каждому электролиту создают каталоги (фототеки) пластин с нанесенным покрытием из электролитов с различной степенью загрязненности при различных концентрациях компонентов, температурах и скорости перемешивания. Содержание пенообразователя в электролите можно оценить по высоте пены, образовавшейся во время теста.
Дополнительным к тесту в ячейке Хулла является анализ электролитов с помощью ячейки с длинным катодом (рис.2).
Как правило, этот метод применяется для ванн блестящего никелирования, когда нужно выявить наличие в электролите механических и органических загрязнений, питтинга и ионов металлов с положительным по отношению к иону никеля потенциалом разряда.
Этот метод позволяет определить степень блеска и качество покрытия в области средних плотностей тока, оценить пластичность покрытий при плотностях тока выше средних.
Затем катод промывают, сушат и проводят визуальный анализ его стороны, которая была обращена к аноду. Наличие темной полосы на границе электролит-воздух свидетельствует о наличии в электролите органических примесей.
Участок АВ характеризует качество покрытия в области средней плотности тока и степень блеска покрытия. На участке ВС оценивают склонность электролита к образованию питтинга. В зоне угла ВСD (области наименьших значений плотности тока) оценивают наличие ионов металлов с положительным по отношению к иону никеля потенциалом разряда. По качеству покрытия на участке СD оценивают наличие в электролите механических загрязнений.
Покрытие на участке DE подвергают испытанию на пластичность. Корректирование электролита можно выполнять непосредственно в ячейке и, после положительного контрольного теста, откорректировать электролит в рабочей ванне, увеличив количество реагентов пропорционально объему ванны.
Ячейки для определения рассеивающей способности электролита
Равномерность распределения тока и, соответственно, толщины металлического покрытия на атоде в основном зависит от трех факторов: геометрических, электрохимических, природы, структуры и состоянии поверхности основного металла.
Геометрические факторы – это форма и размеры ванны, электродов, взаимное расположение электродов относительно друг друга (рис. 3).
Электрохимические факторы – это состав и электропроводность электролита, параметры электролиза, определяющие поляризуемость электрода, т.е. отношение изменения потенциала к изменению плотности тока ∂Е/∂i (рис. 4), и зависимость выхода металла по току от величины плотности тока.
Склонность поверхности основного металла к пассивному состоянию, ее шероховатость влияют на распределение тока на электроде, создавая различия в скорости осаждения покрытия на различных участках катода.
В электролитических ваннах различают первичное и вторичное распределение тока. Первичное распределение тока зависит только от соотношения геометрических параметров гальванической ванны. Оно имеет место, когда катодная поляризация не зависит от плотности тока, т.е. ∂Ек /∂iк ≠ f (iк), и является наименее равномерным. Первичное распределение тока одинаково для геометрически подобных систем любого масштаба. Вторичное (действительное) распределение тока связано с влиянием электрохимических факторов (электродная поляризация ∂Е/∂i, удельная электропроводимость электролита k) и геометрических параметров системы, вызывающих перераспределение силовых линий электрического поля в электролите. Учет влияния всех этих параметров выполняет критерий электрохимического подо бия Э = k(∂Е/∂i)(1/lб), где lб – ближайшее расстояние от анода до катода. Чем больше значение критерия электрохимического подобия, тем равномернее распределение тока на электроде.
Рассеивающую способность электролита определяют тремя способами:
Два последних метода не используются в заводских условиях, хотя поляризационные кривые для электролитов, имеющих промышленное применение, можно найти в специальной литературе.
Поэтому на примере (рис. 4) покажем, как можно оценить в этом случае рассеивающую способность электролитов. Как было сказано выше, в критерий электрохимического подобия, являющийся количественным критерием оценки рассеивающей способности тока в электролите, входит электродная поляризуемость ∂Е/∂i. В практическом случае можно заменить отношение частных дифференциалов отношением их приращений ΔЕ/Δi. Это отношение не что иное, как тангенс угла наклона кривой на исследуемом участке. В первом электролите (кривая 1) с увеличением плотности тока потенциал катода меняется незначительно.
Во втором электролите (кривая 2) потенциал катода резко увеличивается даже при незначительном увеличении плотности тока, т.е. (ΔЕ/Δi)1
Равномерности покрытия по толщине способствует добавление в электролит веществ, увеличивающих электропроводность, но с повышением температуры или интенсификацией перемешивания одновременно с увеличением электропроводности катодная поляризация может уменьшиться, что в конечном счете приведет к ухудшению распределения тока.
Равномерность силовых линий в электролите увеличивается, если выход металла по току уменьшается с ростом плотности тока.
Благодаря своей простоте, метод измерения распределения тока и металла на катоде с помощью ячеек различных конструкций является наиболее распространенным.
Первые измерения рассеивающей способности электролитов были выполнены Г. Херингом и В. Блюмом и Фильдом в ячейках, одинаковых по принципу устройства.
Ячейки различных конструкций дают не сравнимые между собой оценки рассеивающей способности. В конце 80-х годов определение рассеивающей способности электролитов было стандартизировано (ГОСТ 9.309-86). В качестве тестовой была принята щелевая ячейка Молера с сегментным катодом (рис. 5). Выбору именно ячейки Молера послужили ее неоспоримые преимущества перед другими ячейками: независимость катодного распределения тока от формы и расположения находящегося за щелью катода; щель, используемая в ячейке в качестве неполяризующегося анода, не вызывает концентрационных изменений в электролите; максимальная плотность первичного распределения тока на порядок больше минимального, что позволяет исследовать рассеивающую способность электролита в очень широком диапазоне плотностей тока.
При больших значениях увеличивается напряжение на ванне, что приводит к непроизводительному расходу электроэнергии.
С рассеивающей способностью связана кроющая способность электролита, под которой понимают способность электролита покрывать углубленные участки на поверхности детали. Для каждого электролита существует интервал допустимых значений плотности тока, в котором осаждаются качественные покрытия. Увеличение плотности тока выше максимально допустимой приводит к осаждению некачественных покрытий.
Если из-за неравномерного распределения в углублениях детали плотность тока будет меньше минимального значения этого интервала, то покрытие в них осаждаться не будет.
Теоретически кроющую способность электролита (в %) определяют как отношение максимального значения допустимой плотности тока к ее минимальному значению.
Практически кроющую способность электролита находят, осаждая покрытие в рабочей ванне на угловой катод, конструкция которого показана на рис. 6. Плотность тока выбирают такой, чтобы осаждалось качественное покрытие.
Отношение суммарной площади покрытых участков к общей площади катода (в %) характеризует кроющую способность тестируемого электролита.
Рекомендации по контролю работоспособности гальванических растворов с помощью ячейки Хулла.
Приводится описание и конструкция ячейки Хулла и рекомендации по ее применению для тестирования электролитов с целью определения возможных причин дефектов покрытия. Показано, что в ряде случаев по характеру и расположению дефектов на катодной пластине можно судить о причинах неполадок работы электролитов.
При сравнении свойств этих трех материалов можно отметить следующее. Оргстекло дешево и недефицитно, легко режется и пилится, оно прозрачно, что удобно для непосредственного наблюдения за процессом электроосаждения, но имеет наименьшую химическую стойкость. Его применение нежелательно для электролитов хромирования, сернокислых электролитов оловянирования и других сильнокислых растворов. Максимально допустимая температура для оргстекла 50-55°С. Оргстекло нестойко к большинству органических растворителей.
Винипласт достаточно стоек к агрессивным средам и органическим растворителям. Однако при воздействии концентрированных серной и азотной кислот винипласт стареет, что проявляется в появлении на его поверхности микротрещин и микропор. Винипласт выдерживает температуру 60-65°С. Полипропилен химически стоек, не подвержен воздействию концентрированных кислот и практически любых растворителей, температурный предел около 80°С.
В лаборатории при гальваническом производстве желательно иметь две или несколько ячеек Хулла, поскольку для электролитов никелирования и хромирования лучше использовать индивидуальные ячейки (электролит никелирования чрезвычайно чувствителен к посторонним загрязнениям, а хромовый ангидрид плохо вымывается, особенно из щелей и микротрещин).
После осаждения покрытия пластина тщательно промывается проточной водой, высушивается и подвергается визуальному осмотру.
Кроме определения возможных причин брака, ячейка Хулла может использоваться для определения количества блескообразующих добавок, необходимого для корректировки электролита. Для этого в подготовленную для исследования пробу вводится небольшое количество добавки (10-15% от исходной концентрации). Если при этом удовлетворительный результат не получен, то снова вводится добавка в том же количестве, и так до получения блестящего покрытия. После этого суммарное количество введенной добавки пересчитывается из объема ячейки на объем процессной ванны.
Еще одной важной функцией ячейки Хулла может быть входной контроль качества добавок, поступающих на производство, а также сравнительная характеристика различных добавок, в изобилии предлагаемых производителями в современных условиях рынка. В этом случае, используя свежеприготовленные электролиты для осаждения соответствующих металлов, можно оценить (или сравнить) качество покрытия, получаемого при различных плотностях тока при применении данной добавки, определить ее примерный расход, стабильность процесса и, таким образом, установить соответствие добавки техническим условиям, сравнить экономические показатели (качество-расход-цена) различных добавок.
ООО «СЭМ.М», Москва, Россия
Advices to plating engineers
Some helpful advices on the performance of plating solutions.
The design and description of the Hull cell are given. Advices on its use in the testing of plating solutions in the particular application for trouble shooting. In many cases the appearance of the cathode of the Hull cell after plating experiment allows to disclose the causes of the defects.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Хулла
Ячейка Хулла предназначена для ускоренной приближенном оценки внешнего вида покрытий в зависимости от плотности тока путем проведения только одного электролиза. В таком электролизере целесообразно определять также кроющую способность электролитов. Для электролизера с угловым катодом ( рис. VII) характерна нелинейная зависимость первичной плотности тока от межэлектродного расстояния. [3]
Ячейка Хулла предназначена для ускоренной приближенной опенки внешнего вида покрытий в зависимости от плотности тока путем приведения только одного электролиза. В таком электролизере целесообразно определить также кроющую способность электролитов. [4]
Ячейка Хулла предназначена для ускоренной приближенном опенки внешнего вида покрытии в зависимости от плотности тока путем проведения только одного электролиза. В таком электролизере целесообразно определять также кроющую способность электролитов. Для электролизера с угловым катодом ( рис. VII) характерна нелинейная зависимость первичной плотности тока от межэлектродпого расстояния. [6]
В ячейке Хулла плотность тока постепенно меняется по длине катода и имеются уравнения, с помощью которых можно определить плотность тока в любой точке катода не слишком близкой к его концам. Действительное распределение плотности тока зависит как от катодной и анодной поляризации, так и от сопротивления электролита. [8]
Провести в ячейке Хулла ( описание ячейки, выбор тока и оформление результатов см. в приложении VI) сравнительное изучение влияния плотности тока и температуры на внешний и ид покрытий и кроющую способность электролитов. [9]
Данные для расчета плотностей тока в ячейке Хулла приведены ei табл. 9; уравнения действительны в интервале х от 0 8 до 8 см. Используют катоды толщиной 0 5 мм. [12]
Рус селот исследовал распределение тока в ячейке Хулла на бумажной модели, причем электроды были представлены в виде проводящих бумажных поверхностей. Распределение тока можно также определить при помощи двух чувствительных электродов, которые фиксируются при возможно малом расстоянии друг от друга. [14]