Модуль электроосаждение

Моделируйте и анализируйте процессы электроосаждения с помощью модуля Электроосаждение

Нанесение декоративного гальванического покрытия при условии вторичного распределения тока с полной кинетикой Батлера-Волмера для анода и катода. Показана толщина осажденного материала на передней и задней сторонах детали.\

Моделирование и имитация - малозатратные методы, позволяющие изучать, оптимизировать и контролировать процессы электроосаждения. Типовая имитация показывает распределение тока по поверхности электродов, а также толщину и состав осаждаемого слоя. Моделирование используется для изучения важных параметров, таких как геометрия ванн, состав электролита, кинетика реакций на электродах, рабочие значения тока и напряжения, а также влияние температуры. Имея информацию об этих параметрах, можно оптимизировать условия работы электрохимических ванн, размещение и конструкцию масок, а также обеспечить высокое качество поверхностей при минимальных потерях материалов и энергии.

Модуль Electrodeposition (Электроосаждение) подходит для различных сфер применения. Сюда относится осаждение металлов на деталях электрического и электронного оборудования; защита от коррозии и износа; нанесение декоративных покрытий; электроформовка деталей малой толщины и сложной формы; травление; электрообработка, электровосстановление и электрохимическое рафинирование. С помощью этого модуля можно учитывать все необходимые явления и моделировать их совместно. В частности, можно объединять уравнения, описывающие перенос и сохранение тока, перенос химических веществ, балансы зарядов и электрохимическую кинетику. Учет сразу несколько релевантных явлений позволяет получить точные оценки качества, формы и толщины отложенного слоя на поверхности электродов.

В модуле Electrodeposition имеются инструменты и физические интерфейсы для определения физических характеристик процессов. Заложенные формулы позволяют моделировать влияние первичного, вторичного и третичного распределения тока, часто являющихся отличными показателями качества поверхности и всего изделия в ходе процесса.

Модуль Electrodeposition позволяет учитывать влияние изменений геометрических параметров на электрохимические процессы путем моделирования подвижных границ по мере увеличения толщины осажденного слоя на катоде. Уменьшение или увеличение площади поверхности может значительно влиять на работу ванны, и модуль динамически учитывает эти изменения в процессе моделирования. Кроме того, в случаях, когда изменения осажденного металлического слоя на аноде невелики, можно выбрать физический интерфейс для контроля толщины этого слоя, а также оценки его влияния на сопротивление электрода, фактически не изменяя геометрию. Вместо этого вводится переменная толщины, которая также влияет на локальную электропроводимость электрода. Изменения толщины электрода можно рассчитывать автоматически по кинетическим уравнениям электрода, определяя стехиометрические коэффициенты, молярную массу и плотность осажденного или израсходованного металла для электродных реакций.

Описания переноса ионов в электролите и описания электронной проводимости электродов в сочетании с сохранением тока и заряда составляют основу модуля Electrodeposition. В интерфейсах первичного и вторичного распределения тока предполагается, что перенос ионов в электролите происходит путем миграции ионов, а влияние диффузии не учитывается. Это полезно, если перемешивание электролита позволяет практически полностью устранить перепады концентрации. Формулы вторичного распределения тока тоже можно использовать в случаях, когда градиенты концентрации имеются лишь вблизи поверхности электродов, при этом применяются аналитические выражения вариаций концентрации в граничном слое на поверхности электродов. В интерфейсах третичного распределения тока перенос ионов в электролите описывается с помощью диффузии, конвекции и миграции (уравнения Нернста - Планка). Модуль автоматически оценивает плотность тока путем сложения всех составляющих переноса ионов по плотности тока. Таким образом, плотность тока описывается диффузией и миграцией ионов, что необходимо при значительных вариациях концентрации электролита. Баланс тока на электродах полностью соответствует балансу тока в электролите на поверхностях электродов в силу кинетики электродных реакций. Прохождение тока через электроды описывается законом Ома. Модуль Electrodeposition содержит интерфейс для моделирования протекания тока через тонкие металлические конструкции и оболочки, например, для моделирования электролитического осаждения тонкого слоя металла в начале процесса. Это дает возможность моделировать тонкие электроосажденные слои на неэлектропроводных конструкциях, а также балансы тока в электролите с учетом омических потерь в электродах.

Модуль Electrodeposition позволяет моделировать перенос химических веществ путем диффузии, конвекции и миграции в растворах с низкой и высокой концентрацией. В модуле имеется интерфейс с уже заданными уравнениями Нернста - Планка, однако при использовании модуля поддержка миграции также добавляется в интерфейсы переноса химических веществ в растворах низкой и высокой концентрации, а также в пористых средах.

Модуль Electrodeposition ппредназначен для моделирования конвекции, проводимости и Джоулева нагрева. Кроме того, имеется специальный физический интерфейс для теплопередачи в пористых средах. Модуль учитывает влияние электрохимических процессов на тепловой баланс. В частности, он позволяет добавлять потери, вызванные перенапряжением активации, как источники тепла на границах электродов.

Ключевые особенности

• Интерфейсы первичного, вторичного и третичного распределения токов для баланса токов в электролите
• Формулы электрической нейтральности, поддерживающего электролита, или уравнения Пуассона для уравнений баланса зарядов
• Уравнения Нернста-Планка для разбавленных и концентрированных растворов
• Уравнение Нернста-Эйнштейна для связи подвижности и диффузности в электролите
• Закон Ома и сохранение тока в электродах
• Уравнение Нернста для равновесного потенциала и концентрационного перенапряжения

• Автоматически присоединенная стехиометрия и закон Фарадея для автоматического соединения материалов и баланса токов в электродных реакциях
• Учет кинетики электродов для активационного и концентрационного перенапряжений
• Электрокатализ для противоэлектродов, например, выделение кислорода
• Уравнения Батлера-Волмера и Тафеля для предварительно заданной кинетики
• Толщина электродов переменна на поверхности электродов, что влияет на локальную проводимость малых зарядов в геометрии электрода в процессе отложения

• Подвижные границы осажденных слоев на электродах и электрохимическое травление для значительных изменений в геометрии электродов
• Джоулев нагрев в силу активных потерь в электроде и электролите
• Нагрев в силу потерь при активации
• Оценки рассеивающей способности электролита
• Оценки числа Вагнера

Область применения

• Анодирование
• Оценка биполярного эффекта в металлических ячейках
• Хромирование
• Хромирование
• Нанесение покрытия электроосаждением
• Нанесение покрытия электроосаждением
• Электролитическое окрашивание
• Электроосаждение в горнодобывающей промышленности

• Электроосаждение в производстве печатных плат
• Гальванопластика
• Гальванопокрытие
• Электровыделение
• Травление
• Покрытие ровным слоем
• Функциональное гальванопокрытие
• Ячейки Хулла

• Методы электролитического осаждения тонкого слоя металла
• Обработка поверхности
• Износостойкие покрытия
• Электрохимическое производство
• Электрохимическая полировка
• Электрохимическая обработка
• Экранирование и маскировка