nghiên cứu công nghệ chế tạo rãnh xoắn nòng súng ags-17 bằng phương pháp điện hoá

Bộ quốc phòng cộng hoà x hội chủ nghĩa việt namã
Học viện KTQS Độc lập- Tự do Hạnh phúc
Khoa: cơ khí
Phê chuẩn
Ngày tháng năm Độ mật:
Chủ nhiệm khoa Số:
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
Họ và tên: Đỗ Văn Hội. Lớp : CNCTVK35. Khoá :35.
Ngành: Cơ khí. Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo vũ khí.
1. Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế tạo rãnh xoắn nòng súng AGS-17 bằng phơng
pháp điện hoá.
2. Các số liệu ban đầu:
1. Bản vẽ chi tiết nòng AGS-17 VN.
2. Dạng sản xuất : Chế thử.
3. Trang thiết bị của nhà máy. Z.
3. Nội dung bản thuyết minh :
1. Các phơng pháp gia công nòng súng pháo.
2. Tổng quan về điện hoá và khả năng ứng dụng để gia công nòng súng-
Chọn AGS-17 để nghiên cứu, áp dụng.
3. Thiết kế quy trình công nghệ gia công nòng AGS-17 tại nhà máy Z.
4. Thiết kế trang bị công nghệ, dụng cụ gia công điện hoá.
5. Các thông số công nghệ ảnh hởng đến chất lợng gia công rãnh xoắn-
Chọn chế độ công nghệ hợp lý.
6. Thử nghiệm và kết luận.
7. Đánh giá kết quả.
4. Số lợng, nội dung các bản vẽ (ghi rõ loại, kích thớc và cách thực hiện các bản vẽ) và
các sản phẩm cụ thể (nếu có):
1
1. Bản vẽ chi tiết nòng AGS-17 khổ Ao.
2. Các bản vẽ sơ đồ nguyên công gia công nòng khổ Ao.
3. Bản vẽ lắp trang bị gia công điện hoá khổ Ao.

4. Bản vẽ catot khổ Ao hoặc A1.
5. Tập phiếu nguyên công khổ A3.
5. Cán bộ hớng dẫn (ghi rõ tên, cấp bậc, chức vụ, đơn vị, hớng dẫn toàn bộ hay từng
phần):
1. Nguyễn Quang Thuấn, Thợng tá, Trởng phòng CNSP Viện Vũ Khí. (hớng dẫn
chính).
2. Nguyễn Văn Hoài, Thợng tá, Giảng viên chính Khoa cơ khí -Học Viện Kỹ Thuật
Quân Sự. (hớng dẫn từng phần).
Ngày giao: 20/03/2005 Ngày hoàn thành: 20/06/2005
Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2005
Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ hớng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên, học hàm, học vị)
TS: Lại Anh Tuấn THS: Nguyễn Quang Thuấn THS: Nguyễn Văn Hoài
Học viên thực hiện
Đã hoàn thành và nộp đồ án ngày tháng năm
(Ký và ghi rõ họ tên)
Đỗ Văn Hội
2
Mục lục
Nội dung Trang
Mở đầu
Chơng 1: Các phơng pháp gia công nòng súng-pháo, tổng quan về
điện hoá.
1.1. Các phơng pháp gia công nòng súng -pháo
1.2. Tổng quan về điện hoá
1.2.1. Cơ chế hoà tan kim loại anot trong dung dịch muối ăn
1.2.2. Các quá trình cân bằng trên các điện cực
1.2.3. Các quá trình điện cực
1.2.3.1. Giai đoạn điện hoá phản ứng điện cực
1.2.3.2. Trạng thái các ion trong chất điện ly

1.2.3.3. Giai đoạn khuếch tán các phản ứng điện cực
1.2.3.4. Các phản ứng điện cực hỗn hợp
1.2.3.5. Các phản ứng catot
1.2.3.6. Các phản ứng anot
1.2.4. Chất điện ly và yêu cầu của chúng
1.2.4.1. Đặc trng của các chất điện ly
1.2.4.2. Các yêu cầu với chất điện ly
1.2.5.ý nghĩa của chi tiết và khả năng gia công bề mặt trong bằng điện hoá
Chơng 2: Thiết kế quy trình công nghệ gia công nòng tại nhà máy Z
2.1. Phân tích sản phẩm
2.1.1. Tính năng chiến thuật của súng AGS-17
2.1.2. Công dụng và yêu cầu kỹ thuật của nòng súng
2.1.2.1. Công dụng và điều kiện làm việc của nòng
2.1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật của nòng
2.1.3. Phân tích tính công nghệ khi gia công nòng AGS-17
2.1.4. Phơng pháp chế tạo phôi và chọn phôi
2.1.4.1. Phơng pháp chế tạo phôi
2.1.4.2. Chọn phôi
2.1.4.3. Đặc điểm vật liệu
2.2. Phân tích quy trình công nghệ của nhà máy
2.2.1. Tiến trình công nghệ chế thử tại nhà máy khi gia công nòng AGS-17
2.2.2. Thiết kế quy trình công nghệ mới
2.2.2.1. Tiến trình công nghệ
2.2.2.2. Thiết kế nguyên công
Chơng 3: Thiết kế trang bị-dụng cụ để gia công, các thông số công
nghệ ảnh hởng tới chất lợng gia công rãnh xoắn
3.1.Thiết kế trang bị công nghệ-dụng cụ gia công
3.1.1. Thiết kế catot- điện cực
3
3.1.2. Thiết kế bộ gá kẹp sản phẩm

3.1.3. Thiết kế hệ thống bơm dung dịch
3.2. Các thông số công nghệ ảnh hởng tới chất lợng rãnh xoắn
3.2.1. ảnh hởng pH chất điện ly tới các kết quả gia công điện hoá
3.2.2. Nhiệt độ chất điện ly
3.2.3. Nồng độ chất điện ly
3.2.4. Độ nhớt của chất điện ly và tốc độ chảy của nó
3.2.5. Mật độ dòng điện
Chơng 4: Thử nghiệm chọn bộ thông số công nghệ hợp lý.
4.1.Gia công rãnh xoắn nòng súng AGS-17 bằng phơng pháp điện hoá
4.2. Kết quả thử nghiệm
4.3. Chọn các thông số công nghệ hợp lý
Phụ lục: Tập bản vẽ chế tạo các chi tiết trong đồ gá
lời nói đầu
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật hiện đại đồng thời
do nguồn viện trợ vũ khí trang bị kỹ thuật trang bị cho ta không còn, mặt khác
nền kinh tế nớc ta cha có đủ khả năng mua các trang bị cần thiết và hiện đại cho
quân đội. Do vậy nhiệm vụ của Đảng, Nhà nớc và quân đội ta phải nghiên cứu
chế tạo và cải tiến những vũ khí trang bị hiện có cho phù hợp với điều kiện thời
tiết, khí hậu và chiến tranh nhân dân của ta, đáp ứng đợc yêu cầu trong quân đội,
mà cũng nhờ đó mà khẳng định đợc tiềm năng quân sự của mình.
Để đáp ứng yêu cầu này Nhà máy Z kết hợp với VTKVK đã nghiên cứu
chế tạo thành công nhiều vũ khí trang bị nh: súng B40, B41, SPG-9 và đang tiếp
4
tục nghiên cứu chế tạo các loại pháo cỡ nhỏ và vừa. Trong việc chế tạo súng-
pháo cỡ nhỏ và vừa vấn đề khó khăn là gia công rãnh xoắn khơng tuyến. ở nớc ta
hiện nay chúng ta đang dừng ở công nghệ của đầu thế kỷ 20 là gia công bằng ph-
ơng pháp chuốt. Vì vậy việc nghiên cứu các phơng pháp công nghệ gia công khác
nh gia công điện hoá, rèn nguội nòng là vấn đề cần thiết vì mỗi phơng pháp có
những đặc trng và u điểm riêng.
Đối với mỗi học viên khi ra trờng nhất thiết phải làm đồ án tốt nghiệp,

thông qua đó ngời học viên sẽ bớc đầu làm quen với công việc cụ thể của Công
nghệ chế tạo vũ khí (CNCTVK) sau này. Tôi đợc giao nhiệm vụ làm đồ án với tốt
nghiệp với đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế tạo rãnh xoắn nòng súng AGS-
17 bằng phơng pháp điện hóa. Mục đích của đề tài này là nghiên cứu bản chất
của phơng pháp gia công điện hoá. Các thông số công nghệ ảnh hởng tới chất l-
ợng gia công rãnh xoắn, tiến hành thử nghiệm và lựa chọn các thông sô công
nghệ hợp lý.
Sau hơn 2 tháng thực hiện, đến nay đồ án đã đợc hoàn thành. Đảm bảo
đúng tiến độ, chất lợng và nội dung của đồ án. Qua đây tôi xin chân thành cảm
ơn sự chỉ bảo tận tình của các thầy giáo trong Khoa cơ khí, bộ môn chế tạo máy,
đặc biệt là sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo: Thợng tá, Nguyễn Quang Thuấn,
Trởng phòng CNSP Viện Vũ Khí và thầy giáo: Thợng tá, Nguyễn Văn Hoài,
Giảng viên chính Khoa cơ khí-Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự. Tôi cũng rất mong
đợc sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy giáo, của đồng nghiệp để tôi
hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
5
Chơng 1
các phơng pháp gia công nòng súng - pháo. Tổng quan
về điện hoá
1.1Các phơng pháp gia công nòng súng - pháo
Các chi tiết lỗ sâu (có tỉ lệ giữa chiều dài L của lỗ và đờng kính lỗ D là
L/D

10) có mặt trong rất nhiều thiết bị của các lĩnh vực nh động lực, dầu khí
hàng không và đặc biệt là lĩnh vực vũ khí. Chính vì thế cho nên việc nghiên cứu
công nghệ gia công lỗ sâu trên thế giới đã xuất hiện rất sớm và ngày càng đợc
hoàn thiện. Hiện nay, trên thế giới đã gia công đợc lỗ sâu có tỉ lệ L/D= 150-200
6
và đạt độ nhám bề mặt đến cấp 10, cấp 11( Ra=0,1-0,04
à

m) và độ chính xác tới
cấp IT7. Hơn thế nữa, những nhà công nghệ cũng đã nghiên cứu chế tạo những lỗ
có biên dạng phức tạp hoặc có rãnh xoắn để đáp ứng yêu cầu sử dụng. Nền công
nghiệp Việt Nam cũng đã tiến hành gia công lỗ sâu trong điều kiện kỹ thuật và
trang bị của chúng ta và bớc đầu đã đạt đợc những kết quả nhất định.
Để gia công đợc lỗ sâu, đặc biệt là các lỗ sâu chính xác cần giải quyết
những vấn đề cơ bản sau:
+Độ cứng vững của hệ thống công nghệ, đặc biệt là độ cứng vững của chi
tiết và dụng cụ gia công.
+ Bộ phận dẫn hớng dụng cụ gia công lỗ sâu.
+Thoát phoi, thoát nhiệt và bôi trơn, làm mát trong quá trình gia công.
+Mài mòn của dụng cụ trong quá trình gia công.
Ngoài ra còn xử lý một loạt các vấn đề về kỹ thuật khác nh chế độ công
nghệ, xử lý nhiệt
Để gia công lỗ sâu, ngời ta dùng hai phơng pháp: gia công không phoi và
khoan lỗ sâu. Để nâng cao độ chính xác, độ nhám bề mặt và tăng cơ tính bề mặt
lỗ có thể dùng phơng pháp gia công khác nh doa, chuốt, gia công điện hoá, gia
công bằng biến dạng dẻo, mài, đánh bóng
1.Gia công không phoi để tạo lỗ: quá trình gia công trên cơ sở biến dạng
dẻo của kim loại. Kim loại đợc gia nhiệt tới nhiệt độ rèn, sau đó dàn đều kim loại
trên lõi bằng rèn. Phơng pháp này gia công lỗ yêu cầu kỹ thuật cao, biên dạng lỗ
phức tạp.
Thực chất đây là công nghệ rèn khuôn. Sử dụng phơng pháp này đòi hỏi hệ
thống trang thiết bị công nghệ phức tạp, chính xác, đắt tiền cha phù hợp với
điều kiện thực tế của đất nớc ta hiện nay.
2.Phơng pháp gia công có phoi (cắt gọt): Lỗ sâu đợc tạo từ phôi thanh
bằng phơng pháp khoan sâu. Dựa vào phơng pháp bôi trơn làm mát và đẩy phoi
ra khỏi khu vực gia công, các nhà công nghệ đã sử dụng 2 phơng pháp:
7
-Khoan sâu theo phơng pháp khoan nòng súng: dung dịch trơn nguội có áp

lực cao đợc đa vào vùng cắt qua lỗ suốt của cán khoan và đẩy phoi ra ngoài theo
rãnh trên ống của cán mũi khoan. Phơng pháp này thờng sử dụng khoan các lỗ có
đờng kính từ (3-20)mm. Độ chính xác và chất lợng bề mặt gia công không cao
nhng dễ thực hiện.
-Khoan sâu theo phơng pháp Ejector: Dụng cụ cắt là hai ống rỗng lồng vào
nhau, giữa hai ống có khe hở cần thiết để tính toán, đảm bảo dung dịch bôi trơn
và làm nguội vào khu vực cắt. áp lực của dung dịch trơn nguội sẽ đẩy phoi ra
ngoài qua lỗ của ống cán khoan trong. Phơng pháp này thờng đợc sử dụng để
khoan các lỗ có đờng kính lớn hơn 60, hiện nay phơng pháp này cha đợc sử
dụng rỗng rãi vì cán khoan có kết cấu hai ống lồng nhau phức tạp, chế tạo khó,
giá thành đắt.
Quá trình khoan sâu khi tỉ lệ L/D càng lớn, độ cứng vững và ổn định của
dụng cụ cắt càng giảm, nguy cơ tắc phoi, kẹt dụng cụ gây ra gãy, vỡ dụng cụ và
sứt mẻ chi tiết càng cao. Để quá trình khoan sâu đợc ổn định, ngoài những vấn đề
chung cần giải quyết khi gia công lỗ sâu, chúng ta còn phải giải quyết những vấn
đề dao động xuất hiện khi khoan ( dao động do lực cắt gây ra, dao động do độ
lệch tâm của phôi so với trục chính của máy, dao động do độ đảo của cán
khoan ).
áp lực, lu lợng của dung dịch trơn nguội và chất lợng của dầu, vật liệu
phôi, độ chính xác và độ cứng vững của máy, hình dáng hình học và độ bền của
dụng cụ cắt.
Ngoài ra để đạt đợc độ chính xác kích thớc, độ nhám bề mặt, sai lệch vị trí
các bề mặt tơng quan, nâng cao cơ tính bề mặt lỗ theo yêu cầu kỹ thuật, sau
khoan sâu ta dùng các phơng pháp gia công tinh nh: doa, chuốt, mài, nghiền, ăn
mòn điện hoá, trợt ép hoặc có thể kết hợp các phơng pháp đó để gia công tiếp.
Vậy gia công lỗ sâu là một công nghệ khó và phức tạp. Quá trình gia công
giải quyết tốt các vấn đề ảnh hởng đến chất lợng bề mặt gia công nh độ cứng
vững, bôi trơn làm mát, dụng cụ, chế độ công nghệ
8
ở các nhà máy Quốc phòng, do trình độ kỹ thuật, khả năng công nghệ và

trang thiết bị công nghệ còn hạn chế nên để gia công nòng súng thờng dùng ph-
ơng pháp khoan lỗ sâu kiểu khoan nòng súng để sản xuất các loại nòng súng và
để nâng cao độ chính xác, sử dụng tổng hợp các phơng pháp gia công: khoan sâu,
doa, trợt ép, ăn mòn điện hoá
3.Các phơng pháp công nghệ chính ở Việt Nam và nớc ngoài áp dụng cho
quá trình gia công lỗ sâu có rãnh xoắn.
*Nga: Rèn nguội trên máy rèn chuyên dùng.
-Ưu điểm : Độ chính xác cao, độ bóng cao, phơng án công nghệ tiên tiến.
-Nhợc điểm : Độ cứng phải thấp mới tóp vào đợc. Ngời ta lợi dụng sự biến cứng
bề mặt lỗ khi rèn để đảm bảo độ bền mà không tôi lại, do vậy độ bền của nòng bị
hạn chế.
Chi phí sẽ rất lớn vì chế tạo lõi rãnh xoắn bằng hợp kim cứng lại đòi hỏi
phải rất chính xác, giá máy rất đắt, lại phải kèm theo một hệ thống chế tạo lõi
hợp kim cứng, do vậy cần phải đầu t lớn, khấu hao nhiều, công suất máy lớn nên
tiêu thụ điện năng lớn, chế độ điện đảm bảo cho máy làm việc rất khắt khe.
Sản lợng của ta quá ít so với năng lực máy (250 khẩu năm) gây lãng phí
năng lực thiết bị.
*)Ba lan: chế tạo lỗ nòng bằng phơng pháp điện giải.
-u điểm :
+ Thiết bị đơn giản, rẻ tiền, đầu t ít tốn kém, phù hợp với sản xuất nhỏ.
+Chi phí thấp, dễ thực hiện.
+Độ cứng của nòng có thể tăng cao (hiện đã có những loại nòng độ cứng
nh hợp kim cứng) do vậy độ bền có thể nâng cao.
-Nhợc điểm: Độ chính xác kích thớc của nòng đợc khống chế bằng một bộ các
tham số theo thời gian nên khó đảm bảo chính xác dung sai lớn song có thể khắc
phục bằng chiều dày lớp mạ.
*) Vơng quốc Bỉ chế tạo lỗ nòng bằng phơng pháp tống theo nguyên lý kéo con
tống:
9
-Ưu điểm:

+Thiết bị đơn giản, rẻ tiền, đầu t ít tốn kém, phù hợp với sản xuất nhỏ.
+Bề mặt lỗ nòng bị nép ép nên độ bền cao.
+Độ chính xác cao và dễ đảm bảo do các kích thớc đợc khống chế bằng
kích thớc con tống.
-Nhợc điểm:
+Lực kéo con tống lớn hay đứt đoạn nối giữa con tống và cán tống.
+Con tống có phủ một lớp tăng cứng do vậy độ bền tăng song độ bóng lỗ
nòng kém.
*) Trung Quốc: Chế tạo lỗ nòng bằng phơng pháp tống theo nguyên lý đẩy con
tống.
-Ưu điểm:
+Thiết bị đơn giản rẻ, tiền đầu t ít tốn kém, phù hợp với sản xuất nhỏ.
+Bề mặt lỗ nòng bị nén ép nên độ bền cao.
+Độ chính xác khống chế bằng kích thớc con tống nên cao và dễ đảm bảo.
-Nhợc điểm: Con tống phải chế tạo từ hợp kim cứng mác BK8 giá thành cao.
*) ở Việt Nam: Hớng công nghệ truyền thống của ta là chế tạo lỗ nòng bằng ph-
ơng pháp tống theo nguyên lý đẩy con tống đối với lỗ nòng có đờng kính nhỏ,
bằng phơng pháp chuốt rãnh xoắn đối với lỗ nòng có đờng kính lớn (từ 30 trở
lên).
*) ở Hungari những năm 70 đã có các công nghệ chế tạo rãnh xoắn của súng bộ
binh sau: Tống, bào rãnh xoắn, điện hoá và rèn nguội.
-Tống nòng thờng để chế tạo cho các nòng súng thép các bon nh nòng thép
50A để chế tạo các nòng súng AK, SKS Nhng đối với thép hợp kim nh nòng
PKMS (30CrNiVW) có ứng suất đàn hồi cao thì hình dáng hình học của rãnh
xoắn thờng đạt cấp chính xác thấp. Vì vậy qua một số lần thí nghiệm, Ba Lan và
Hungari đều không sử dụng công nghệ tống để chế tạo nòng PKMS.
-Bào rãnh xoắn ta có đợc nòng chính xác nhất. Thờng các nòng dùng để thi
đấu đợc dùng công nghệ này để chế tạo. Nhợc điểm duy nhất là năng suất thấp.
10
Hãng Oerlikon-Contravel của Thuỵ sỹ chế tạo các nòng từ 20-35 mm đều dùng

công nghệ chuốt và bào rãnh xoắn. Vì vậy công nghệ này không thích hợp cho
việc tổ chức sản xuất súng bộ binh luôn luôn cần số lợng lớn.
Đối với nớc Việt Nam, vật t làm nòng phải nhập, số lợng nòng đại liên
hàng năm vẫn cha có đơn đặt hàng lớn, thì phơng pháp công nghệ bào rãnh xoắn
có lẽ cũng nên đợc quan tâm. Hơn nữa, chúng ta có thể tích luỹ kinh nghiệm và
chế tạo các trang thiết bị công nghệ cho chế tạo nòng lớn hơn.
-Gia công điện hoá: Trong tài liệu công nghệ của Liên Xô chuyển giao cho
các nớc Đông Âu để chế tạo nòng súng PKMS là gia công điện hoá. Nòng trớc
khi gia công đợc nhiệt luyện nh phơng pháp tống, gia công bóng lỗ trơn Muốn
đạt đợc độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật của nòng cần phải có các yếu tố sau:
+Catot, dụng cụ để tạo hình dáng hình học của rãnh xoắn.
+Nguồn điện để gia công điện hoá, bao gồm cả phần định thời gian tự
động theo quy trình công nghệ của quá trình gia công.
+Các thiết bị để gia công nh bơm áp lực, lọc sạch dung môi
-Rèn nguội nòng: Rèn nguội nòng là phơng pháp tiên tiến nhất để chế tạo
súng bộ binh. Với quy mô đầu t lớn ngời ta đã rèn nguội đợc cả nòng pháo. Ph-
ơng pháp gia công này do ngời áo phát minh và cũng là nhà cung cấp duy nhất
trên thế giới về những máy gia công bằng phơng pháp rèn nguội. ở những năm 70
ngời ta cha rèn ngay ra buồng đạn cùng một lúc với rãnh xoắn. Nhng đến đầu
những năm 90 thì buồng đạn cũng đợc hình thành cùng một lúc với rãnh xoắn. Vì
vậy các nớc có nền công nghiệp quốc phòng khá đều đầu t mua máy rèn nguội
nòng. Vì trên cùng một máy đó với các dụng cụ và quy trình công nghệ khác
nhau, ngời ta đã chế tạo từ nòng súng ngắn đến nòng súng đại liên và cả súng săn
nữa.
1.2 tổng quan về điện hoá.
Bản chất của phơng pháp gia công này là quá trình hoà tan điện cực dơng
trong môi trờng chất điện phân khi có dòng điện đi qua. Sơ đồ nguyên lý nh sau:
11
Sơ đồ nguyên lý gia công điện hoá.
1,3: điện cực âm; 2: điện cựcdơng (chi tiết gia công); 4: dung dịch điện phân.

1.2.1 Cơ chế quá trình hoà tan kim loại anot trong dung
dịch muối ăn
Quá trình gia công điện hoá các kim loại cũng giống nh các quá trình tinh
chế điện phân, sự nhuộm đen anot, tẩy axit cơ điện và đánh bóng điện hoá, cở sở
trên nguyên tắc hoà tan kim loại anot. Mặc dù tất cả các quá trình này đợc khống
chế bởi nhóm các định luật điện phân, nhng mỗi phơng pháp lại có những yếu tố
đặc trng riêng biệt của mình. Gia công điện hoá khác biệt ở chỗ tính cục bộ của
quá trình và khối lợng lớn kim loại tách ra. Tốc độ tách kim loại lớn đạt đợc bằng
cách giảm khe hở giữa các điện cực đến 0,1 mm và tăng mật độ dòng điện anot
đến 200 a/cm
2
.
Dung dịch nớc muối trung tính thờng đợc sử dụng để đảm bảo chất lợng
của chất điện ly, trớc tiên là muối NaCl.
Các sản phẩm hoà tan anot tạo thành trong dung dịch điện ly lấp đầy khe
hở trên các điện cực và có khả năng làm thụ động bề mặt anot, để đảm bảo chế
độ bình thờng của quá trình cần phải loại bỏ kịp lúc kịp thời sản phẩm hoà tan
anot từ vùng gia công. Với mục đích đó yêu cầu liên tục đa chất điện ly qua khe
hở giữa các điện cực dới áp lực.
12
Quá trình gia công điện hoá đợc đặc trng bởi những tính chất đặc biệt sau:
1.Hình dạng và kích thớc của chi tiết thay đổi trong quá trình gia công do
anot hoà tan. Điều này gây ra sự thay đổi hình dạng không gian giữa các điện cực
và do dó kéo theo sự thay đổi phân bố dòng điện và thay đổi các điều kiện thuỷ
động lực học của quá trình.
2.Các phản ứng anot và catot đặc thù xảy ra khi gia công điện hoá, ít gặp
trong ngành công nghiệp điện hoá thông thờng.
3.Quá trình gia công điện hoá không thể chỉ xác định bằng những phản
ứng điện hoá . Sự ảnh hởng của rất nhiều hiện tợng vật lý, lý-hoá đồng thời tăng
lên, mà những hiện tợng này không có ý nghĩa đặc biệt trong rất nhiều quá trình

điện hoá khác.
4.Hình dạng bề mặt tạo thành khi gia công điện hoá đợc tạo nên từ một số
lợng lớn các quá trình ảnh hởng lẫn nhau: quá trình điện cực và động học thuỷ
lực, truyền nhiệt và dịch chuyển khối lợng, chuyển động các ion trong trờng điện
từ, các phản ứng điện hoá trong dòng chất điện ly.
5.Quá trình tạo thành hình dạng bề mặt là động lực học. Nó đợc miêu tả
bằng một hệ phơng trình dạng đạo hàm riêng. Thời gian trong các phơng trình ở
dạng tham số độc lập, gây khó khăn cho việc phân tích và giải hệ phơng trình.
6.Để giải chính xác thậm chí chỉ những phơng trình đơn giản nhất của sự
tạo thành hình dạng các bề mặt cần phải biết một số tham số của quá trình mà
việc xác định chúng bằng lý thuyết hoặc thực nghiệm là bài toán rất khó.
1.2.2Các quá trình cân bằng trên các điện cực.
Trong dung môi phân cực, ví dụ nớc, các phân tử của chất điện ly nằm ở
trạng thái phân ly. Các chất điện ly yếu có mức độ phân ly thấp và thể hiện chúng
nh các dung dịch lý tởng. Các ion trong dung dịch này không phụ thuộc lẫn nhau
và sự cân bằng phản ứng trong trờng hợp đã cho đợc xác định bằng nồng độ của
các chất tham gia phản ứng. Ngợc lại các anion và cation của các chất điện ly
mạnh thờng đợc sử dụng để gia công điện hoá, liên kết với nhau bằng lực hút tĩnh
điện làm giảm mức độ phân ly. Vì vậy để đặc trng cho các chất điện ly mạnh ng-
13
ời ta đa vào hệ số hoạt độ f nh đã biết, điều này làm chính xác bằng việc so sánh
với chất điện ly mạnh vơid tính quy luật của dung dịch lý tởng. Hệ số hoạt độ f
giảm khi tăng nồng độ chất điện ly và nhiệt độ. Nếu có hỗn hợp một vài chất điện
ly thì hoạt độ của ion đã cho đợc xác định bằng ion chất điện ly mạnh, phụ thuộc
vào điện tích và nồng độ của tất cả các cation và anion trong dung dịch.
Nếu nh điện cực đợc nhúng chìm trong dung dịch điện ly thì dòng điện
bên ngoài không chảy qua điện cực ở trạng thái cân bằng. Các quá trình trên biên
giữa kim loại nguyên chất Me, không đợc nối với nguồn bên ngoài, và chất điện
ly, các cation của kim loại Me
n+

nằm trong đó, có thể biểu thị bằng mô hình sau:
Các nguyên tử kim loại Me, trong thành phần mạng lới tinh thể, có năng l-
ợng
à
W
, ion Me
n+
trong dung dịch điện ly có năng lợng
p
W
, khác với năng lợng
à
W
, nhờ các hiện tợng ion hoá và solvat hoá. Năng lợng của các ion Me
n+
trong
dung dịch tăng khi tăng nồng độ của chúng. Nếu trong trạng thái ban đầu
à
W
>
p
W
thì các nguyên tử có thể di chuyển ở dạng cation vào dung dịch, sau khi vợt
qua đợc hàng rào năng lợng bề mặt ngoài. Các phản ứng của quá trình này có đầy
đủ xác suất hữu hạn xác định.
Sau khi một số lợng lớn các nguyên tử tách ra từ bề mặt điện cực trong kim
loại xuất hiện sự d electron. Trong cùng thời gian này dung dịch gần điện cực đ-
ợc tích điện dơng do tăng số lợng cation Me
n+
và năng lợng

p
W
tăng lên. Vì vậy
xác suất dịch chuyển các nguyên tử trong dung dịch giảm. Nhng cùng với nó xác
suất quá trình ngợc lại- sự kết tủa tăng lên, có nghĩa là sự khử cation trên điện
cực. Sau một thời gian tốc độ cân bằng động học các quá trình khử và ôxi hoá đ-
ợc thiết lập. Nói cách khác, dòng điện ôxi hoá tạo thành bằng với dòng khử.
Chính vì vậy mà các cation không dịch chuyển vào sâu trong dung dịch do
tơng tác tĩnh điện với điện cực tích điện âm, lớp điện tích kép xuất hiện, một lớp
nằm ở bề mặt điện cực, còn lớp kia- áp sát lớp chúng nằm trong dung dịch điện
ly.
14
Lớp nằm trong dung dịch điện ly có phần bền chặt và phần khuếch tán.
Chiều dày phần bền chặt, đợc tạo ra do các cation solvathoa liền sát với điện cực,
hầu nh bằng bán kính của các cation này có số đo 10A
0
. Phần khuếch tán của lớp
bị sói mòn do chuyển động nhiệt của các cation trong dung dịch, chiều dày của
nó giảm cùng với sự tăng lên của nồng độ chất điện ly. Trong gia công điện hoá
có thể giả thiết rằng bên ngoài lớp kép chỉ tạo thành từ phần mịn.
Lớp điện tích kép tơng đơng nh tụ điện, điện dung riêng của nó bằng 20-60
2
/ cmk
à
, phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch.
Vì vậy khi cân bằng giữa điện cực, số d điện tích âm có trong đó và lớp
bên ngoài lớp kép, đợc tạo thành từ các cation Me
n+
, bớc nhảy điện thế xuất hiện
độ lớn của nó đợc xác định bằng các tham số phần bền chặt của lớp kép. Rõ ràng

bớc nhảy điện thế cân bằng
p

phụ thuộc vào rất nhiều giá trị ảnh hởng tới các
mức năng lợng cation trong dung dịch, đầu tiên là phụ thuộc vào nhiệt độ và
nồng độ của dung dịch. Vì đo bớc nhảy điện thế cân bằng trực tiếp là không thể
nên theo chất lợng của mẫu chuẩn để so sánh sử dụng điện cực tiêu chuẩn hidro
nh đã biết, điện thế cân bằng của nó với tất cả các nhiệt độ quy định bằng 0.
Điện thế cân bằng
p

có thể xác định xuất phát từ tính toán nhiệt động lực
học:
fC
nF
RT
p
ln
0
+=

,
ở đây
0

- điện thế tiêu chuẩn của kim loại Me đã cho;
R- hằng số khí không đổi
T- nhiệt độ đơn vị K
n- điện tích cation ;
F- số Paraday

C- nồng độ thể tích các cation trong dung dịch
Các cation từ dung dịch có thể kết tủa trên điện cực phụ thuộc vào nhiệt độ
và nồng độ. Khi gia công điện hoá chúng ta cũng đa ra các quá trình này trên
15
ranh giới điện cực- dung dịch, việc tách khí xảy ra trong kết quả của chúng.
Trong trờng hợp chung điện thế cân bằng trên điện cực:

[ ]
[ ]
b
ok
p
a
a
nF
RT
ln
0
.
+=

,
ở đây a
ok
và a
b
hoạt độ tơng ứng phần ôxi hoá và phần khử (a
ok
=fC
ok

;
a
b
=fC
b
).
Đối với khí hệ số hoạt độ bằng với hệ số bay hơi. Điện thế cân bằng với
phản ứng loại hidro theo sơ đồ 2H
+

H
2
-2e đợc tính toán theo mối tơng quan
p

(H/H
2
) =-0,058 pH. Với sự tăng lên của áp suất độ lớn
p

(H/H
2
) tăng lên vài lần.
Với các dung dịch trung tính khi pH=7 và T=293
0
K không tính ảnh hởng của áp
suất
p

(H/H

2
) = -0,41v.
1.2.3 Các quá trình điện cực.
Các quá trình xảy ra trên bề mặt điện cực khi điện thế khác với điện thế
cân bằng đợc gọi là quá trình điện cực. Sai lệch giữa điện thế điện cực và điện thế
cân bằng của nó đợc gọi là quá thế và ký hiệu là


.
Trong bất kỳ quá trình điện cực nào chúng ta phân biệt ba giai đoạn tuần tự
sau:
-Đa tới (hoặc mang đi) các phần tử phản ứng đến bề mặt ngoài của lớp kép
( giai đoạn thứ nhất).
-Riêng phản ứng điện hoá trong phần bền chặt của lớp kép (giai đoạn thứ
hai).
-Tạo thành sản phẩm mới từ các sản phẩm của phản ứng điện hoá, ví dụ
tạo thành hidro phân tử trên catot (giai đoạn thứ ba).
Tốc độ chung của phản ứng điện hoá đợc xác định bằng tốc độ của chính
giai đoạn chậm nhất. Giai đoạn thứ 3 thờng nhanh nhất và ảnh hởng của nó có
thể bỏ qua. Nếu tốc độ của giai đoạn đầu lớn nhất thì xuất hiện chế độ động học
khuếch tán. Khi đó các quá trình dịch chuyển ion nhờ khuếch tán hạn chế tốc độ
chung của phản ứng, sự khuếch tán là nguyên nhân duy nhất dịch chuyển ion gần
16
điện cực. Khi tốc độ phản ứng điện hoá trong lớp kép nhỏ nhất(giai đoạn 2) thì
trạng thái động học điện hoá xuất hiện. Khi so sánh tốc độ giai đoạn thứ 1 và thứ
2 thì xuất hiện chế độ động học chuyển vị.
Chúng ta hãy xem xét cụ thể hơn chế độ động học điện hoá. Trong trờng
hợp này sự quá điện áp trên cực đợc gọi là sự quá điện áp điện hoá.
Giả thiết rằng tốc độ giai đoạn đầu lớn có nghĩa là việc tách hoặc loại bỏ
các phần tử diễn ra rất nhanh. Khi đó các sản phẩm phản ứng không đợc tích luỹ

ở gần điện cực khi phản ứng ôxi hoá kim loại anot. Trong trờng hợp sự khử của
catot các phần tử ban đầu đi qua rất nhanh từ bề mặt của catot, có nghĩa là theo
thời gian phản ứng xảy ra trên các điện cực nồng độ của các chất tham gia phản
ứng trên catot cũng nh anot là không thay đổi.
Chúng ta phân biệt hai dạng quá trình điện cực: Sự khử, xảy ra khi các điện
thế trên các điện cực tơng ứng độ quá điện áp âm của phản ứng đã cho, và sự ôxi
hoá xảy ra khi điện thế tơng ứng với độ quá điện áp dơng.
Từ các phản ứng ôxi hoá đệ trình các mối quan tâm tới các phản ứng ôxi
hoá kim loại anot, tách ôxi và khí từ các anion chất điện ly, tạo thành các ôxit
kim loại, phản ứng với các khí tham gia(ví dụ N
2
hoặc O
2
), đợc đa vào trong chất
điện ly để loại trừ khí xâm thực. Các phản ứng khử đó có thể xảy ra trên catot :
tách hidro, kết tủa các cation chất điện ly và cation các phần tử, dịch chuyển
trong dung dịch nhờ phản các ứng anot.
Sự quá điện áp trên điện cực đợc tăng lên khi phản ứng điện cực xảy ra,
phần khuếch tán của lớp điện tích kép vẫn dầy do tác dụng của điện trờng lớp
kép. Nhờ vậy việc biến dạng của các phần tử ion solvathoa trong phần bền chặt
của lớp điện tích kép xảy ra, điện dung riêng tăng lên khi tăng lợng quá điện áp
trên các điện cực.
I.2.3.1.Giai đoạn điện hoá phản ứng điện cực.
ở trạng thái cân bằng độ quá điện áp bằng 0, khi đó nh đã nói ở trên dòng
điện ôxi hoá i
0
bằng dòng điện khử i
b
. trong điều kiện không cân bằng độ lớn của
17

các dòng điện này phụ thuộc số mũ vào độ quá điện áp và đợc xác định theo
công thức:
)exp(
10
RT
nF
Ki
x


=
a/cm
2
;
)exp(
21
RT
nF
CKi
x


=
a/cm
2
;
ở đây K
1
và K
2

không đổi;
C-nồng độ các cation

và

không đổi, bằng chính xác là 0.5.
Từ công thức đã cho ta thấy rằng khi
x


>0 dòng điện ôxi hoá tăng và
dòng điện khử giảm, khi
x


<0 dòng ôxi hoá giảm và dòng khử tăng.
Dòng điện tổng i
3
, đi qua điện cực là sai lệch các dòng điện ôxi hoá và
khử:
i
3
= i
0
-i
b
.
Khi độ quá điện áp theo giá trị tuyệt đối lớn 0,1-0,2 v hoặc là quá trình khử
hoặc là quá trình ôxi hoá chiếm u thế hơn. vì vậy khi
x

>0 có i
0
>>i
b
và
)exp(
103
RT
nF
Kii
x


==
khi
x


<0 i
b
>>i
0
và
)exp(
23
RT
nF
CKii

x
b


==
.
Nếu giới hạn các đẳng thức này, ngoài ra nhóm các thành phần riêng biệt
không phụ thuộc và phụ thuộc vào dòng điện thì có thể tơng ứng với sự oxi hóa
(quá trình anot) và sự khử (quá trình catot) bằng hệ phơng trình sau:
aa
iba lg
11
+=

;
kk
iba lg
22
+=

;
Đẳng thức (1) mang tên gọi phơng trình Tapela. Giá trị độ lớn a phụ thuộc
vào một loạt các tham số và đợc xác định bằng thực nghiệm. Hệ số không đổi b
đạt đợc độ chính xác từ mối tơng quan.
18
nF
RT
b
5,0
3,2

=
.
Khi nhiệt độ 293
0
K
n
b
116,0
=
.
Trong trờng hợp hoà tan anot sắt b=0,058 v; khi khử catot hidro b= 0,116
v. Từ phơng trình Tapela thấy rằng khi tăng mời lần dòng điện điện cực bớc nhảy
điện thế trong phần bền chặt của lớp kép trên điện cực sắt hoà tan tăng lên
0,058v, còn trên catot ở đó hidro đợc tách ra là 0,116 v.
Vì vậy khi dòng điện qua điện cực chỉ có một phản ứng điện hoá diễn ra
trên đó, bớc nhảy điện thế
3

xuất hiện trong phần bền chặt của lớp kép đợc xác
định nh tổng đại số điện áp cân bằng và độ quá điện áp điện hoá:
xp 33

+=
.
Trong tất cả các hệ thống, nhờ các ion dẫn điện sự điện phân diễn ra theo
định luật paraday: khối lợng các sản phẩm phản ứng, tạo thành trên các điện cực
tỉ lệ tuyến tính với dòng điện và thời gian dòng điện đi qua, có nghĩa là điện lợng
truyền qua hệ thống các chất điện ly khác nhau khi chảy qua một và một số điện
lợng khối lợng sản phẩn tạo thành trên các điện cực các chất (các sản phẩm phản
ứng điện hoá) tỉ lệ với đơng lợng hoá học của các chất đó.

Khối lợng các sản phẩm phản ứng, đợc tạo thành khi điện lợng chuyển qua
bằng một culông, đợc gọi là đơng lợng điện hoá
3

có số đo g/A.h. Khi chuyển
qua Q culông các chất đợc tách ra Q
3

gam trên mỗi điện cực. Đôi khi đơn vị của
đơng lợng điện hoá đợc sử dụng Cm
3
/A.h hoặc mm
2
/A.phút. (Trong đó A-Ampe,
h-giờ).
Từ định luật paraday thấy rằng đơng lợng điện hoá tỉ lệ với điện hoá học.
Khi chảy qua chất điện phân F culông điện trên các điện cực cần phải đợc hoà
tan hay tách ra F
3

gam chất để bằng khối lợng đơng lợng gam đơn vị của chất đã
cho. Vì vậy giá trị F cần phải có đơn vị số lợng điện thu đợc trên mỗi đơng lợng
gam đơn vị sản phẩm chất điện ly. Chúng ta hiểu F=96501
10
culông quốc tế
19
trên một đơng lợng gam. để tính toán thông thờng giá trị này đợc làm tròn đến
96500 K. giá trị F đợc gọi là paraday hoặc số Paraday.
Rõ ràng , nếu trên điện cực diễn ra chỉ một phản ứng điện hoá và sự tách
bỏ chất từ điện cực vào dung dịch hoặc ngợc lại xảy ra khi phản ứng này, thì số l-

ợng chất tham gia trong phản ứng trên một đơn vị bề mặt là:



dig
x

=
0
3
)(
;
I.2.3.2trạng thái các ion trong chất điện ly
Để xác định các lực tác dụng lên các ion, nằm giữa khoảng không các điện
cực, và xác định cơ chế dịch chuyển điện tích trong thể tích chất điện ly và ở lân
cận điện cực cần phải đặc biệt xem xét trạng thái ion trong chất điện ly trong các
điều kiện gia công điện hoá.
Các ion nguyên tử có thể nằm trong dung dịch nớc điện ly thành phần của
anot Mei
n+
, các anion và cation chất điện ly A
n-
và K
n+
các ion H
+
và OH
-
. Thời
gian làm việc của các máy gia công điện hoá bất kỳ thể tích chất điện ly cơ bản

nào trong luồng của lớp bên trong( ngoài phạm vi lớp kép) điện là trung hoà.
Sự dịch chuyển các ion trong dung dịch chất điện ly có thể đợc thực hiện
bằng khuếch tán, dịch chuyển, đối lu, do tác dụng của trờng điện từ.
Dòng khuếch tán.
Nếu nh tất cả các ion chỉ có các ion hạng i-go đợc phân bố trong dung dịch
không đều, thì sự khuếch tán xuất hiện dẫn tới làm đều nồng độ của chúng.
Chúng ta hãy xem xét quá trình khuếch tán ổn định giữa hai thiết diện
phẳng, nằm trên khoảng cách l
d
và nồng độ tơng ứng là C
1
và C
2
. Thêm vào
C
1
>C
2
. Trong trờng này mật độ khuếch tán i
di
đợc xác định theo công thức.
2
21
/ cma
l
CC
FDni
d
iidi

=
ở đây n
1
điện tích của ion loại i-go; F- số Paraday không đổi;
D
i
- hệ số khuếch tán các ion i đo bằng cm
2
/giay.
20
Dòng khuếch tán đợc tăng lên với sự lớn lên giá trị nồng độ và hệ số
khuếch tán, ngoài ra cả khi giảm giá trị l
d
. Hệ số khuếch tán của các ion tăng theo
hàm mũ với nhiệt độ và giảm với sự lớn lên của nồng độ. Khi nhiệt độ 20
0
C hệ
số khuếch tán với các ion H
+
và OH
-
gần bằng 10
-4
cm
2
/giay, với đa số các ion
khác độ lớn này nghiêng về dãy nhỏ hơn. Các giá trị này có thể tính theo đơng l-
ợng hoá học cho trớc.
Dòng dịch chuyển
Từ trờng tác dụng lên các ion nằm trong khe hở. Cờng độ trờng điện từ,

nếu sử dụng thì phân bố giữa các điện cực là tuyến tính, có thể đánh giá theo tỉ lệ

U
E =
;
ở đây U- hiệu điện thế giữa các điện cực và

- khe hở cục bộ giữa anot và catot.
Trong các điều kiện gia công điện hoá (U

10v và
1,0

mm) giá trị E áng chừng
bằng 10
3
v/cm.
Dòng điện dịch chuyển qua dọc chiều dài trờng điện từ hớng của nó phụ
thuộc vào dấu của điện tích ion. Dòng điện di động chung trong chất điện ly có
tổng các dòng điện di động i các ion của mọi dạng. Độ lớn của mỗi dòng điện i tỉ
lệ với nồng độ của ion tơng ứng. Thực tế toàn bộ dòng điện di động trong chiều
sâu khe hở đợc hình thành từ các dòng di động của các anion và cation chất điện
ly có nồng độ lớn.
Vì vậy trong gia công điện hoá độ lớn dòng di động đạt đợc mức độ chính
xác đợc xác định bằng độ dẫn điện riêng của chất điện ly.
Ei

à
=
.

Sự dịch chuyển đối lu các ion
Tất cả các ion chuyển động cùng với các phần t trung tính của chất lỏng
trong dòng chảy rối cũng nh trong dòng chảy tằng thuỷ động lực học. Dung môi
trong chiều sâu khe hở đợc trung tính, vì rằng các ion có dấu khác nhau tham gia
trong chuyển động này ở mức độ cân bằng nên dòng điện dịch chuyển đối lu
tổng bằng không. Trong chế độ chảy tầng các ion đợc mang theo bằng chất lỏng
21
trong hớng cơ sở dọc bề mặt các điện cực, ngoài ra trong chế độ chảy rối các ion
tham gia trong chuyển động xoáy.
Chuyển động của các ion trong trờng điện từ
Dòng điện làm việc tạo nên từ trờng trong khe hở không đều đợc định h-
ớng gần dọc bề mặt điện cực. Lực lorenzơ tơng tác nên ion chuyển động trong
dòng chất điện ly bằng tích vec tơ tốc độ chuyển động của ion trên sự cảm ứng
từ trong điểm đã biết. Có thể nói rằng lực lorenzơ đợc hớng ngợc lại hoặc tơng
thích tuyến tính với trờng điện từ qua điểm quan sát. Dấu của lực này và cả giá trị
của nó phụ thuộc vào vị trí điểm đã cho (khi không thay đổi các điều kiện khác).
Vì vậy lực lorenzơ tác dụng lên ion có thể hoặc tăng hoặc giảm mật độ riêng của
dòng điện dịch chuyển. Sự đánh giá chỉ ra rằng vai trò hiện tợng này không lớn
thậm chí đến phần giữa khe hở, ở đó tốc độ dịch chuyển đối lu các ion là lớn
nhất.
I.2.3.3 Giai đoạn khuếch tán các phản ứng điện cực.
Chúng ta hãy xem xét các quá trình dịch chuyển ion trong phạm vi lân cận
điện cực phản ứng điện hoá diễn ra trên đó, ở đây các ion có mặt đầu tiên trong
chất điện ly hoặc chuyển động của nó tham gia. Các lớp chất điện phân gần điện
cực đợc làm giầu khi hoà tan kim loại anot hoặc đợc làm nghèo khi khử hidro
catot, bằng các ion tham gia trong phản ứng. Gradien nồng độ tăng lên và do đó
sự khuếch tán gần điện cực xuất hiên. Vai trò dịch chuyển các ion gần điện cực
không lớn vì nồng độ của nó nhỏ theo so sánh với nồng độ các cation và anion
chất điện ly.
Trong các điều kiện gia công điện hoá trên khoảng cách tới điện cực l

d
nhỏ
hơn 10
-4
sự dịch chuyển các ion dễ dàng đợc khuếch đại, trong vùng này bắt đầu
chiếm u thế hơn chuyển vị.
Khi chất điện ly chảy qua gần điện cực điều kiện đầu tiên đợc xây dựng
nên để khuếch tán ổn định tới điện cực hoặc trên điện cực, vì rằng nồng độ các
ion phản ứng các lớp bên trong chất điện ly đợc duy trì không đổi. ở gần điện cực
trên khoảng cách vài l
d
, lớp đợc gọi là lớp khuếch tán biên xuất hiện, trong đó các
22
ion phản ứng dịch chuyển rpì điện cực hoặc tới điện cực cơ sở do khuếch tán. sự
làm đều nồng độ các ion phản ứng diễn ra trên phần trống của lớp này từ giá trị
ion gần điện cực C
3
đến giá trị nồng độ trong chiều sâu khe hở C
0
.
Chiều dầy của lớp khuếch tán giảm khi tăng tốc độ lắc chất điện ly. Trong
trạng thái ổn định khi i
3
=const, gradien nồng độ trong lớp khuếch tán khi trạng
thái chảy tầng tuyến tính, còn khi chế độ chảy rối hầu nh tuyến tính.
Nếu nh tốc độ khuếch tán nhỏ hơn tốc độ phản ứng điện hoá thì ở gần điện
cực khi dòng điện đi qua nồng độ các ion ban đầu phản ứng thay đổi, dẫn đến
xuất hiện độ quá điện áp nồng độ nh đã biết
k

, đợc xác định theo công thức.
0
3
lg
058,0
C
C
n
k
=

;
Trong trờng hợp chung độ lớn bớc nhảy điện áp trong lớp phần mịn bề mặt
điện cực trong sạch có tổng đại số của điện thế cân bằng, nồng độ và điện áp điện
hoá có nghĩa:
xkp 33

++=
;
Nếu nh
xk 3

>>
hoặc
kx

>>
3
tơng ứng chế độ khuếch tán hoặc động

học điện hoá xuất hiện. Khi
xk 3


, điện cực làm việc trong chế độ động học
chuyển vị.
Vai trò sự khuếch tán trong phản ứng điện cực hoà tan anot đợc chứa đựng
trong việc tách các phần tử sinh ra từ bề mặt điện cực. Khi phản ứng khử hidro
trên catot ngay cả không có các phần tử sinh ra nhờ khuếch tán cũng tới bề mặt
điện cực.
I.2.3.4 Các phản ứng điện cực hỗn hợp
Trong trờng hợp tổng quát một vài phản ứng điện cực đồng thời có thể xảy
ra trên một điện cực. Ví dụ, trong trờng hợp gia công điện hoá, trên anot ngoài
phản ứng ôxi hoá kim loại anot có thể diễn ra sự hình thành ôxit, tách ôxi và khí
khi ôxi hoá anion. Trên catot, ngoài việc tách hidro, có thể diễn ra kết tủa các
cation chất điện ly hoặc cation phân tử, dịch chuyển trong dung dịch tới anot.
23
Chúng ta giả thiết rằng trên điện cực ngoài phản ứng đầu tiên, có thể diễn
ra phản ứng thứ hai, phản ứng này có điện thế cân bằng riêng
)(
212 ppp


.
Do xảy ra phản ứng thứ nhất khi các điều kiện xác định điện thế điện cực
11313 kxp

++=
. Nếu điện thế
3

tơng ứng độ quá điện áp dơng , có nghĩa là
3

-
2p

>0 thì phản ứng thứ hai sẽ là phản ứng ôxihoa, nếu
3

-
2p

<0 thì phản ứng
thứ hai sẽ là phản ứng khử.
Các phản ứng, diễn ra đồng thời trên điện cực đợc gọi là phản ứng kết hợp.
Xảy ra phản ứng thứ hai làm giảm một phần dòng điện phản ứng thứ nhất trong
dòng điện chung i
3
. Trong trờng hợp phản ứng phối hợp ngời ta tính năng suất
phản ứng đầu tiên theo dòng điện A. Độ lớn của A thờng đợc biểu thị bằng %, đ-
ợc xác định theo tỉ lệ sau.
%100
3
1
i
i
A =
.
Năng suất theo dòng điện cũng đợc xác định bằng tỉ lệ này khi có ba hoặc

nhiều hơn các phản ứng kết hợp.
Trong trờng hợp phản ứng kết hợp khối lợng sản phẩm phản ứng trên một
đơn vị bề mặt điện cực tỉ lệ năng suất theo dòng điện A, có nghĩa là:

=


0
11
idAg
.
Một phần của dòng điện phản ứng và do đó năng suất theo dòng điện cũng
đợc thay đổi với sự thay đổi điện thế điện cực. Vì vậy với bất kỳ phản ứng kết
hợp nào giá trị A khi các chế độ động học thuỷ lực ổn định và các điều kiện khác
là hàm của mật độ dòng điện. Phơng trình (3) và (6) chỉ đợc so sánh trong trờng
hợp khi tất cả các nguyên tử kim loại anot dịch chuyển vào dung dịch chỉ ở dạng
ion, có nghĩa là không xảy ra sự lắng trong dung dịch các hạt và sự cuốn cơ học
các phần tử trung tính từ bề mặt anot.
I.2.3.5Các phản ứng catot.
Trong môi trờng axit sự khử hidro xảy ra theo sơ đồ sau
24



+
+
+
;
;
2

HHH
HeH
(7);
Khi T=25
0
C và P=1,0 kG/cm
2
điện thế cân bằng của phản ứng này với
dung dịch trung tính là
06,0=
p

pH=-0.42v.
Cơ chế tách hidro này chỉ có thể đợc bảo toàn khi dòng điện nhỏ trong
dung dung dịch kiềm yếu và trung tính , trong khi đó không yêu cầu quá trình
hãm do tốc độ khuếch tán các ion H
+
đến catot thấp vì nồng độ của ion H
+
nhỏ.
Quả thật nếu chiều dầy của lớp khuếch tán là 10
-5
cm, thì dòng điện khuếch tán
giới hạn với ion H
+
khi pH=7 có giá trị đợc biểu thị bằng ma/cm
2
.
Độ quá điện áp trên catot thờng lớn hơn nồng độ cơ bản phụ thuộc vào vật
liệu catot. Ví dụ với Cu trong axit

;lg115,08,0
3
i
x
+=

(8)
với sắt trong kiềm
;lg112,076,0
3
i
x
+=

(9)
với Ni tong kiềm
;lg100,064,0
3
i
x
+=

(10)
với vonfram trong axit
;lg04,023,0
3
i
x
+=

(11)
Vì vậy trong dung dịch trung tính khi dòng điện do đến 10 ma/cm
2
điện
thế điện cực
.7.0
3
v
xpk
=+=

Khi dòng điện và độ quá điện áp lớn có thể xảy ra phản ứng phân huỷ phân
tử nớc tạo thành hidro phân tử:
H
2
O +e

H+OH
-
.(12)
Biết rằng điện thế của phơng trình phản ứng (12) là -0,8v trong phơng
Tapela b=0,116v.
Các dòng điện giới hạn của phản ứng này lớn hơn nhiều lần so với phản
ứng (7), do nồng độ nớc trong chất điện ly cao. Nhờ sự đúng đắn của phơng trình
25