Технические науки 8
Соборницкий В.И., Павлюс С.Г., Яковенко Г.Г., ЗамурніковВ.М.
Система оперативного контроля степени наводороживания металлов в процессах гальванохимобработки их поверхностей
Во многих областях
техники в качестве конструкционных материалов используются высокопрочные
легированные стали. Для придания большой коррозионной устойчивости часто
применяется дополнительная защита их
поверхности гальваническими слоями. При этом практически все процессы
гальванохимобработки протекают с большим или меньшим выделением водорода.
Последний при определенных условиях внедряется в материал подложек, что
приводит к ухудшению механических свойств. Технические и технологические
проблемы наводороживания металлов в электрохимических процессах требуют
инструментального определения
количества поглощенного в течение электролиза водорода.
Созданная система
оперативного контроля за степенью
наводороживания металлов в процессах гальванохимобработки состоит из двух
функциональных элементов: измерительного датчика и автономного блока
регистрации. Датчик, помещенный в ванну для электролиза, обеспечивает получение
информации о количестве водорода , абсорбированного его чувствительным элементом.
Для измерений потока водорода в потенциостатических условиях и регистрации его
количества с помощью вторичного прибора.
Датчик содержания
водорода обеспечивает непрерывность процесса измерений, высокую
чувствительность по водороду, возможность использования в различных технологических процессах
гальванохимобработки металлов и сплавов. Корпус прибора устойчив к воздействию
агрессивных сред, повышенных температур. Крепление датчика в ванне не нарушает
ход технологического процесса.
Основным элементом датчика
является его чувствительный элемент-мембрана. На входной поверхности мембраны,
контактирующей с рабочей средой, в точности воспроизводятся условия изучаемого
технологического процесса. Выделяющийся в ходе гальванохимобработки атомарный
водород поглощается мембраной и ионизируется на ее выходной поверхности. Блок
регистрации обеспечивает как потенциостатическое окисление водорода, так и
регистрацию его количества. Конструкция датчика позволяет надежно разделить
катодное и анодное пространства ячейки , осуществлять смену чувствительного
элемента. Внутреннее пространство датчика заполнено электролитом,
обеспечивающим стабильность потенциалов рабочего и вспомогательного электродов.
Потенциостатирование выходной
поверхности реализовано по двухэлектродной схеме.
Измерительный блок системы
осуществляет потенциостатирование измерительного электрода датчика в диапазоне
потенциалов ионизации водорода, интегрирование тока окисления атомарного
водорода, передачу информации на
вторичный прибор. Схема блока выполнена на базе высококачественных операционных
усилителей, обладает достаточной чувствительностью, высокой
помехозащищенностью. Блок измерения выполнен в виде автономного прибора.
Измерительная схема блока выполнена на двух операционных
усилителях. Один из них работает в режиме дифференциального усилителя потенциостата, второй - выполняет роль усилителя тока в системе регистрации.
Конструктивно операционные усилители установлены на отдельных съмных платах, що
обеспечивает удобства при отладке и ремонте прибора. Измерительная схема
обеспечивает также возможность интегрирования выходного сигнала и подачу на
вторичный прибор информации о потоке водорода. Блок снабжен автономным
источником питания, включающим трансформатор, выпрямитель и интегральные
стабилизаторы напряжения. В качестве регистрирующего прибора использован
микроамперметр. Предусмотрены режимы контроля нулей операционных усилителей,
калибровки вторичного регистрирующего прибора, непрерывного измерения потока
водорода. Система подачи опорного напряжения потенциостата выполнена с
использованием прецизионных резисторов.
Измерительный блок рассчитан на установку вблизи
электролизной ванны, его питания осуществляется от сети переменного тока с
напряжение 220В. Соединение измерительного блока с датчиком выполнено при
помощи коаксиального кабеля. Предусмотрена возможность одновременного
подключения двух датчиков содержания водорода, что обеспечивает
дифференциальный режим измерений, обладающий более высокой чувствительностью.
Испытания показали высокую эффективность работы системы в процессах
электроосаждения хрома, цинка и кадмия из водных растворов электролитов. Ее
применение позволяет оперативно вмешиваться в ход технологического процесса,
контролировать уровни водородной адсорбции, допустимые по требованиям
сохранения механических свойств покрываемых изделий. Система может быть также
использована для контроля процессов травления, полировки, химического осаждения
защитных слоев.
Литература.
Zakroczymsky T. // Corrosion.1982.V38.p.218-223.