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緊固件薄金材料體持久全速電鍍異樣正極
數(shù)學(xué)模型金屬帶材連續(xù)勻速運(yùn)行過程中,控制金屬電沉積的電流密度不隨時(shí)間的變化,等價(jià)于鍍區(qū)內(nèi)電流密度均勻分布,則流過金屬帶材
數(shù)學(xué)模型金屬帶材連續(xù)勻速運(yùn)行過程中,控制金屬電沉積的電流密度不隨時(shí)間的變化,等價(jià)于鍍區(qū)內(nèi)電流密度均勻分布,則流過金屬帶材x橫截面的電流為:I(x)=I(1-xL)(1)式中:I(x)為流過金屬帶材x截面的電流(A);I為金屬帶材連續(xù)電鍍單個(gè)鍍槽的電流(A),恒定電流密度電鍍時(shí),I=2HLj,H金屬帶材的寬度(m),L為金屬帶材在鍍區(qū)內(nèi)的長度(m),j為金屬電沉積的的最佳電流密度(Am-2)。由假設(shè)(2),忽略電沉積金屬對帶材電阻的影響,根據(jù)歐姆定律和(1)式,金屬帶材在x截面沿x方向的電位梯度為:dU(x)dx=-ImH(1-xL)(2)式中:m為金屬帶材的電阻率(m);為金屬帶材的厚度(m)。設(shè)定邊界條件:x=0時(shí),U(x)=U(0),則方程(2)的解為:U(x)=U(0)-ImH(x-x22L)(3)式中:U(x)為x截面的陽極與金屬帶材的電位差(V);U為槽電壓(V)?紤]到陽極溶液金屬帶材路徑的電勢降為:U(x)=jLD(x)+Ur(x)(4)式中:L為溶液的電阻率(m);Ur(x)為x截面處陽極極化和陰極極化的過電勢(V),計(jì)算槽電壓的公式為:U(0)=jLD(0)+Ur(0)。根據(jù)金屬帶材恒定電流1密度電沉積時(shí)滿足Ur(x)Ur(0),則由(3)式和(4)式得:D(x)=D(0)-mL(2xL-x2)(5)式中:D(0)為電流導(dǎo)入端的陰陽極距離。公式(5)是考慮了金屬帶材電阻情況下,恒定電流密度電沉積的陽極形狀計(jì)算公式,當(dāng)x=L時(shí),得到陽極長度的計(jì)算公式:L=Lm(6)式中:D(L)為陽極遠(yuǎn)端的陰陽極距離。根據(jù)法拉第定律確定生產(chǎn)線的運(yùn)行速度為:=2gjnLm(7)式中:為金屬帶材的勻速運(yùn)行速度(ms-1);m為金屬帶材單位面積(雙面)電沉積的金屬量(kgm-2);g為電沉積金屬的電化學(xué)當(dāng)量(kgC-1);為電流效率;n為陽極數(shù)目。
薄金屬帶材連續(xù)高速電鍍時(shí),可預(yù)先獲得以下已知條件:實(shí)驗(yàn)確定的金屬電沉積的最佳表觀電流密度j、電流效率和溶液電阻率L;要求單位面積電沉積的金屬質(zhì)量m,受能耗指標(biāo)限制的最大D(0)和防止陰陽極短路的最小D(L);以及金屬帶材的厚度、電阻率m和電沉積金屬的電化學(xué)當(dāng)量g.根據(jù)以上已知條件,由公式(5)至(7)確定陽極形狀、長度和生產(chǎn)線的運(yùn)行速度。
薄鋼帶連續(xù)高速電鍍鋅在薄鋼帶表面連續(xù)電鍍鋅,鋼帶厚度=0.15mm,高速鍍鋅工藝條件為:Na2SO4120g/L;ZnSO47H2O310g/L;pH=1.2;T=58;鍍液對流速度3m/s;j=150A/dm2,設(shè)定電流導(dǎo)入端的陰陽極距離D(0)=20mm,遠(yuǎn)端陰陽極距離D(L)=10mm.采用DDS11A型電導(dǎo)儀和DJSI型電極測量電鍍液的電阻率為L=0.066m,根據(jù)上述條件和低碳鋼的電阻率m=9.910-8m,計(jì)算出陽極的投影長度為L=1.00m,形狀尺寸。
使用兩端進(jìn)電的異型陽極10只,串聯(lián)成薄鋼帶連續(xù)高速電鍍陽極組,如所示。根據(jù)上述工藝電鍍鋅的電流效率=92%、鋅的電化學(xué)當(dāng)量g=3.38810-7kg/C-1,單位面積電鍍鋅的量m=7010-3kg/m2(汽車鍍鋅板標(biāo)準(zhǔn)),和公式(7)計(jì)算得到鋼帶連續(xù)高速電鍍鋅的運(yùn)行速度為160m/min.
結(jié)論建立了受材料電阻影響的薄金屬帶材連續(xù)恒定電流密度電鍍模型,推導(dǎo)出陽極形狀和長度的計(jì)算公式,為薄金屬帶材連續(xù)高速電鍍的陽極設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
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