Простое зарядное устройство для никель-цинковых аккумуляторов на TP4056

Эксперимент по эксплуатации никель-цинковых аккумуляторов , начатый в прошлом году, привёл к поиску зарядного устройства. Первая зарядка была произведена вообще от блока питания. Соединив элементы последовательно в готовом китайском держателе , на них было подано напряжение 3,8 вольт согласно рекомендациям заряжать напряжением 1,9 вольт каждый. Окончание заряда отслеживалось по падению зарядного тока.

В дальнейшем мы придумали универсальное зарядное устройство на микроконтроллере, прототип которого описан . Им можно заряжать любые аккумуляторы, от привычных никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных до литиевых и даже свинцовых. Параллельно при этом ведётся подсчёт залитых миллиампер-часов, а для тестирования и восстановления есть режим разряда с аналогичным подсчётом. Это заметно упростило процесс, но как-то понадобилось заряжать ещё один комплект Ni-Zn, а собирать ещё одно универсальное зарядное устройство было лень, тем более, что требовался просто заряд без особого контроля и мониторнига.

Сразу закрались мысли, нельзя ли как-то переделать популярный китайский модуль зарядки лития на микросхеме TP4056 ? Разница в напряжении - 0,4 вольта. Но у TP4056 нет отдельного входа для слежения за напряжением, всё это находится внутри микросхемы. Поэтому подумалось, нельзя ли лишние доли вольта как-то погасить? Для подобных вещей часто используют диоды с их падением напряжения. Этот параметр также называется прямым напряжением диода и приводится в даташите в виде графика вольтамперной характеристики. Изучив эти графики, стало понятно, что нужным падением напряжения обладают лишь диоды Шоттки: на малых токах оно как раз находится в районе 0,4 вольт.

Для проверки мы выбрали диод 1N5818, подключив его последовательно с заряжаемыми аккумуляторами. В китайском модуле был заменён токозадающий резистор с 1,2 кОм на 2,55 кОм для тока в районе 500 мА. Идея частично сработала, но на малом токе - 50мА в конце зарядки - аккумулятор стоял слишком долго - более 2 часов, а до полного заряда не хватало всего 0,5В. Если ещё подержать, то, вероятно, через некоторое время аккумуляторы зарядятся полностью, и такой режим дозаряда даже скорее всего правильный. Напряжение на двух последовательно соединённых никель-цинковых аккумуляторах должно составлять 3,8 вольт, что соответствует 1,9 вольт на аккумулятор. После этого им следует дать "отлежаться", пока напряжение не опустится до 1,6 вольт, и можно пользоваться.

Полученное таким образом зарядное устройство является, по-видимому, самым простым и наиболее дешёвым вариантом с приличной функциональностью. Готовые зарядки для NiZn на Али, например, стоят соответственно самим аккумуляторам. А если применённый здесь модуль дополнить популярным USB-тестером, то получится ещё более функциональное зарядное устройство.

На модуле с

Откопал свой старенький Olympus Camedia C-500 Zoom , который я долго считал не рабочим, из-за одного глюка, если можно его так назвать... При включении фотоаппарата он быстро разряжался или вообще не включался. Но до недавнего времени, проверяя его на различных батарейках и аккумуляторах, я определил, что дело вовсе не в фотоаппарате, а низком напряжении в Ni-Mh аккумуляторах.

Olympus C-500 отлично работает на щелочных батарейках, а вот с аккумуляторами Ni-Cd и Ni-Mh он отказывает включаться, точнее, не со всеми аккумуляторами. Проверяя различия технических характеристик и сравнивая с эталонными (работающими аккумуляторами), было замечено, что у многих элементов питания сильно проседает напряжение при нагрузке, так как у Ni-Cd и Ni-Mh оно составляет 1,2 Вольт. И тут я задумался об их замене на альтернативные перезаряжаемые источники питания на NIZN аккумуляторы + отзыв от меня.

NIZN (NI-ZN) аккумуляторы - никель-цинковые аккумуляторы в отличии от Ni-Cd и Ni-Mh:

выдают 1,6 Вольт а не 1,2, что делает их идеальным решением для
NiZn имеет высокое напряжение и в конце разряда
небольшой ресурс (250-370 циклов заряд-разряд)
отдают 80-85 % от указанной энергии
для достижения MAX числа циклов рекомендуется заряжать на 80-90 %
маленькое внутреннее сопротивление (единицы миллиом) = большие зарядные и разрядные токи
штатная зарядка за 2 часа
заряжать до 1,8 Вольт и ждать пока упадет до 1,6 - НЕ ДО ЗАРЯЖАТЬ !

Имеют NIZN аккумуляторы память

Нет! У NIZN аккумуляторов отсутствует эффект памяти , который присутствовал в Ni-Cd, теперь не придется контролировать процесс заряда - разряда и до разряжать батареи если в потребителе (например фотоаппа)

NIZN аккумуляторы купить

Сегодня можно купить на китайских торговых площадках. На aliexpress есть неплохой проверенный продавец элементов питания под маркой PKCELL (оф. сайт производителя www.pkcell.net), который уже попал под тест-обзор на сайте mysku.ru пользователей Rimlyanin и Melafon :

Зарядка NIZN

Производитель PKCELL предлагает свое решение зарядного устройства для своих NIZN аккумуляторов, но я настаиваю обойтись без них, и прочитать несколько рекомендаций по зарядке NIZN без предлагаемого производителем зарядного устройства:

По максимальному напряжению. Если ваше зарядное устройство поддерживает, выставить значение ограничения по напряжению 1,9 Вольт. (Voltage Cut-Off).
Так же как в первом случае, установить зарядное устройство в режим Ni-CD/Ni-MH функции заряда CV (постоянное напряжение) . Установить напряжение отсечки 1,9 В на "банку".)
Ограничение по емкости заряда, тут все просто, выключить режим и указать рекомендуемую 80-90% емкости.
Можно заряжать используя режим для заряда LiFe аккумуляторов, но будьте внимательны - при этом режиме количество аккумуляторов Ni-Zn должно быть два на одну банку LiFe.
Зная постоянный ток заряда зарядного устройства, можно отслеживать процесс зарядки по времени.

Зарядное устройство для Ni-Zn можно собрать саму по очень простой схеме:

В схеме можно произвести замену, что сделает ее дешевле и проще:

Стабилитрон 2С107А заменить на резистор 240 Ом 0.125 Вт
Резистор k47 (470 Ом) оставить 0.125 Вт
конденсатор m1 (0,1 мкФ) убрать
Сопротивление 1.0E (1 Ом) замкнуть, тем самым исключив его из схемы

При этом напряжение на выходе составит 1,888 Вольт, что еще лучше. При полном заряде аккумулятора ток заряда будет стремиться к нулю.

Мне же удалось зарядить Ni-Zn с помощью китайской интеллектуальной зарядки BM110, не смотря на обещанные продавцом поддержку только Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов, в процессе заряда BM110 закончила заряд при достижении напряжения на NiZn аккумуляторе 1,9 вольт.

ОДНО НО, мы вставляем аккумуляторы и BM110 показывает Full , но стоит кнопкой MODE включить режим CHARGE и запустится процесс заряда учитывающий NiZn аккумулятор, который продлится до достижения напряжения 1,9 вольт.

Зарядное устройство BM110 было приобретено на Aliexpress у продавца Shenzhen City Boda International Trading Co.,Ltd. ссылка на товар BM110 Intelligent Digital Battery Charger Tester LCD Multifunction for 4 AA AAA Rechargeable AKKU +free shipping . (покупал за 31.29$, на сегодня цена товара 24.34$)

Разрядка пока не проверялась, но есть отзыв реального пользователя:

Лучше использовать специальную от хоббитов. Но при эксперименте BM110 зарядила NiZn полностью и потом разрядила, показав заявленную емкость. Правда, нет гарантий, что она не убьет их при долгой эксплуатации. Но как временную можно использовать.
- guru (пользователь форума forum.trackchecker.ru)

Важно знать

Не допускать напряжения разряда ниже 1,5 Вольт , дальше напряжение стремительно падает и 1.3 похоже предел, но доводить до этого не рекомендую. На эту тему есть хороший график разряда Ni-Zn аккумуляторов

Здесь представлен:

разряд 10 шт. Ni-Zn аккумуляторов PowerGenix (голубые графики)
разряд 10 шт. Ni-Mh аккумуляторов Eneloop (черные графики)

Приобретенные мною Ni-Zn аккумуляторы PKCELL показали 1,74 Вольт, продавцом поставляются в упаковке показанной выше или как в моем случае в прозрачный термоусаживающий пакет.

Реальная емкость приобретенных мною аккумуляторов PKCELL 1500 мА, по замерам заряд - разряд BM110:

На фото тот самый момент, когда разрядка на некоторых аккумуляторах уже закончилась, а другие вот вот начнут заряжаться или уже начали.

Возможно это сделано, что бы конкурировать с емкостью Ni-Mh аккумуляторов. Показатели неплохие, судя по информации из других источником, так как это нормальные показатели их емкости (см.

О СВЕТОДИОДЕ ЗАМОЛВИТЕ СЛОВО… О применении светодиодов в макетах и моделях.

Подробности Категория: Статьи на модельную тематику Опубликовано: 01 октября 2013 Создано: 01 октября 2013 Просмотров: 18402

Уже год как появились на одном многими используемом модельном сайте(магазине) никель-цинковые аккумуляторы.

По размерам - они с пальчиковые (или АА)

По напряжению - Номинальное - 1,6Вольт.

Что ни говори, но аккумуляторы - металлгидриды с их номинальными напряжениями в 1,2Вольта - уже не так интересно выглядят. Ведь иногда именно напряжения не хватает в том же фонарике или приемнике. А тут - даже несвежезаряженный аккумулятор будет иметь напряжение как свеженькая батарейка. Надо оговориться, что емкость у данного типа аккумуляторов все-таки меньше, чем никель-металлгидрида такого же габарита. Но думаю, что это зачастую не требуется, так как мы все обычно не разряжаем все равно аккумуляторы "до упора", а подразумевается, что мы прилежно следим за эксплуатацией акков и вовремя ставим их на зарядку.

Начнем с мер безопасности.

Что говорит нам инструкция о мерах безопасности:

Внимание! Нарушение следующих правил эксплуатации может привести к повреждению Ni -Zn аккумулятора , взрыву, пожару и серьезным травмам!

Запрещено бросать Ni -Zn аккумулятор в огонь или подвергать нагреву !

Запрещено подвергать Ni -Zn

Не замыкайте контакты Ni -Zn аккумулятора напрямую без нагрузки.

Не кладите Ni -Zn аккумулятор на высоту более 1,5 метра на случай падения. Не бросайте его с высоты более 1,5 метра .

Используйте специальные токоизолирующие контейнеры для транспортировки и хранения .

Используйте зарядное устройство для зарядки специально предназначенное для Ni -Zn аккумуляторов .

Не разбирайте Ni -Zn аккумуляторы. Это приведет к внешним или внутренним коротким замыканием поврежденных частей, что приведет к химической реакции и затем к выделению тепла , взрыву, пожару или выбросу электролита.

Уже довольно - таки страшно и напоминает литий-полимеры...

И продолжим:

Не допускать контакта Ni -Zn аккумуляторов с водой, морской водой или другими реагентами окисления , которые могут вызвать ржавение и тепловыделение. Если батареи заржавеет, то аварийный клапан сброса давления может не сработать и это приведет к взрыву .

Не перезаряжайте Ni -Zn аккумуляторы, то есть не оставляйте аккумуляторы Ni -Zn , в зарядном устройстве после окончания времени зарядки . Если Ni -Zn аккумуляторы заряжаются не полностью данным типом зарядного устройства, пожалуйста, прекратите зарядку . Продолжительная зарядка может привести к нагреву и взрыву .

Не соединяйте более 20 шт аккумуляторов последовательно . Это может привести к утечке электролита , короткому замыканию или нагреву .

Не разбирайте Ni -Zn аккумулятор , так как это может привести приведет к короткому замыканию , утечке электролита, нагреву, возгоранию и взрыву.

Не используйте Ni -Zn батарей при обнаружении утечки электролита или любом изменении цвета аккумулятора, его формы или других видимых изменениях . В противном случае он может на греться, воспламениться или взорваться.

Держите Ni -Zn аккумуляторы и электронное оборудование, использующее Ni -Zn аккумуляторы вдали от детей, чтобы избежать проглатывания аккумуляторов ребенком.

Используйте только новые Ni -Zn аккумуляторы, когда аккумулятор уже произвел большое количество циклов заряда-разряда - утилизируйте аккумулятор .

Ничего себе - веселенькие аккумуляторы... Эдакая баночка со смесью тротила и цианистого калия....

Так как же заряжать эти Ni -Zn аккумуляторы?

Инструкция нам четко говорит, что мы должны заряжать аккумуляторы данного типа специальным зарядным для этих Ni -Zn аккумуляторов. И модельный магазин предлагает купить эти зарядные.

Вот так выглядит это зарядное - как обычное для пальчиковых аккумуляторов.

Согласитесь, не особо хочется тратить еще как минимум 10 долларов на то, чтобы приобрести нонейм зарядку и заряжать ею, в то время как уже куплена какая-нибудь интеллектуальная (компьютерная) зарядка, например, Accucel-6 и деньги на нее уже потрачены. Но ведь в ней нет режима зарядки Ni-Zn-аккумуляторов!!! Что же делать?

Выход достаточно прост. Производителем указано напряжение окончания зарядки на банку - это 1,9В. И емкость каждой банки 1500мАч.

Теперь мы можем перейти к способам заряда:

Первый.

Если зарядка позволяет ограничить в каком-то режиме напряжение заряда (Voltage Cut-Off) - просто устанавливаем значение этого ограничения (Voltage Cut-Off) исходя из 1,9В на банку(для двух банок это 3,8В, для трех - 5,7В итд.) Далее - используя этот режим - заряжаем аккумуляторы током0,5С-1С(С - это емкость аккумулятора), т.е. 750-1500мА (миллиампер).

Второй.

Этим способом пользуюсь я. У меня в моей турниге Accucel-6 нет ограничения по напряжению заряда(или я его не нашел), поэтому я пользуюсь ограничением по емкости. В меню настроек (USER SET PROGRAM -->) есть пункт Capacity Cut-Off. У многих (и у меня так было) этот пункт выставлен в OFF. Надо его поставить в ON и выставить значение 1500mAh. А потом переходить в режим зарядки никель-металлгидридных (NiMh) или никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов и выставлять ток, как рекомендовано производителем - 0,5С-1С, т.е. это означает для данных аккумуляторов 750-1500мА (миллиампер). И в таком режиме заряжать. Некоторые пользователи на форумах поднимают установленную емкость в зарядных устройствах до 1900мАh, но это уже Вам принимать решение - как лучше распоряжаться своими аккумуляторами.

Третий.

Можно заряжать Ni-Zn-аккумуляторы используя режим для заряда LiFe аккумуляторов, но будьте внимательны - при этом режиме количество аккумуляторов Ni-Zn должно быть два на одну банку LiFe. Т.е, если в зарядном Вы выставляете 2 банки LiFe, то реально Вы должны подключить 4 последовательно соединенных Ni-Zn-аккумулятора, если в зарядном Вы выставляете 3 банки LiFe, то реально Вы должны подключить 6 последовательно соединенных Ni-Zn-аккумуляторов, если в зарядном Вы выставляете 1 банку LiFe, то реально Вы должны подключить 2 последовательно соединенных Ni-Zn-аккумулятора и т.д. И конечно же, мы (Вы) не можем использовать режимы балансировки данных аккумуляторов. Минус этого способа заряда - Voltage Cut-Off для каждой банки Ni-Zn-аккумулятора наступит при 1,8В, что меньше на 0,1В, чем стандартное значение отсечки для Ni-Zn-аккумуляторов, а следовательно - аккумуляторы не возьмут полный заряд.

Думаю, что если пару циклов заряда Вы пронаблюдаете за своими аккумуляторами и сделаете анализ происходящего - Вы сами определитесь - какой способ заряда использовать или какую же емкость ставить для аккумулятора, чтобы он взял полный заряд.

Внимание! Вся информация, описанная в данной статье - не является ни официальной инструкцией, ни руководством по эксплуатации. Она лишь выражает мнение автора. За любые действия и последствия, которые Вы произведете, почерпнув информацию из этой статьи - автор данной статьи ответственность не несет. Все свои дальнейшие действия Вы совершаете на свой страх и риск...

Приобретал я NiZn аккумуляторы (не по этой ссылке, правда). AA были заявлены как 2800 мВт*ч (просто элементы в зеленой оболочке с падписью как на матричном принтере напечатанной), AAA - 1150 мВт*ч (эти в нормальной оболочке, под брендом UltraCell). В реале элементы AA выдали 1400-1480 мА*ч (т.е., весьма похоже на элементы PowerGenix) или 2250 мВт*ч при разряде током 500 мА. AAA элементы выдали 560-580 мА*ч (или 900 мВт*ч) при разряде током 200 мА. Так что тут обычное китайское приукрашивание характеристик, но не более. Примерно 10-15% из них имели высокий саморазряд (продавцы без проблем высылали замену).

Насчет же зарядки Z4... она явно была сделана изначально под Li-ion, и только затем добавлены дополнительные напряжения для LeFePO4, NiZn, NiMH. Что касается ее схемотехники, то это стандартный блокинг-генератор, преобразующий 220 В в примерно 12 В, и импульсный преобразователь на MC34063 с 12 В в нужное напряжение (от 1,46 до 4,20 В в зависимости от положения переключателя). Никакого микропроцессора или специализированного контроллера заряда нет - это просто тупой стабилизатор напряжения с ограничением по току. Для указанной микросхемы свист, шипение и т.п. звуковые эффекты - вполне нормальное явление, они вызваны самим принципом работы микросхемы (частота преобразования не фиксирована, и ее изменение и слышно как свист и шипение). На безопасность не влияет. Гораздо больше внимания надо уделять тому, чтобы не включить одновременно сеть и внешний источник питания. Они никак не развязаны, т.е. предсказать результат будет сложно.

MC34063 выдает запрограммированное переключателем напряжение (1,46 В для NiMH, 1,86 В для NiZn, 3,63 В для LiFePO4 и 4,20 В для Li-ion), которое затем из одной точки подается на все 4 аккумулятора через резисторы по 0,3 Ом. Собственно, вся развязка аккумуляторов друг от друга - это эти резисторы (бывает и хуже - просто параллельное включение). Хочу заметить, что 1,46 В мало для зарядки NiMH, а 1,86 В - для зарядки NiZn. Чтобы нормально их заряжать этим ЗУ, надо его доработать напильником (впаять пару резисторов, которые приведут к тому, что напряжение поднимется до 1,49 В и 1,91 В соответственно). Для Li-ion ничего дорабатывать не надо.

Про 1200 мА - вранье, общий ток вряд ли превысит 500-600 мА на все аккумуляторы (это ограничение заложено в схеме токоограничения MC34063). В принципе, можно его немного сдвинуть (сама микросхема может до 750 мА выдавать без опасности перегрева), но потянет ли это преобразователь 220-12 - неизвестно.

Насчет индикаторов - на них можно не смотреть. Они отключаются тупо по напряжению (1,42 В для NiMH и 1,80 В для NiZn, и только для Li-ion при 4,20 В). 1,42 В и 1,80 В - это очень мало, фактически, аккумуляторы при этом заряжены, от силы, наполовину. Даже когда индикаторы погасли, аккумуляторы продолжают заряжаться как ни в чем не бывало. Для полной зарядки пары AA NiZn аккумуляторов надо часов 20 (после доработки время снижается примерно до 10 часов), более точно можно определить мультиметром (напряжение на аккумуляторе достигнет 1,85-1,86 В).

Итог: NiZn аккумуляторы достаточно интересны, хотя и могут оказаться неподходящими для определенной техники (не рекомендую использовать их в устройствах, работающих от 2 аккумуляторов - в них может стоять повышающий преобразователь, который не может выдать напряжение ниже, чем на входе, а 3,7 В может оказаться слишком много для микросхем, рассчитанных на 3,3 В). Зарядка же - конструктор для любителя. После доработки годится для зарядки нечетного количества NiZn аккумуляторов (нормальные ЗУ их, обычно, только парами заряжают).

Исследования свойств покрытия, полученного с помощью кислого электролита. Покрытие цинк-никель можно получить как с помощью щелочного, так и с помощью кислого электролита.

Щелочные процессы для нанесения сплава цинк-никель придают поверхности блеск, отличаются высокой рассеивающей и кроющей способностью даже при обработке деталей сложной конфигурации. Эти свойства делают щелочные электролиты цинкования экономически выгодными и удобными в использовании.

Катодный выход по току щелочных процессов обычно варьируется в пределах 40-60% для свежих растворов, по мере использования электролита этот показатель снижается в силу скопления в ванне продуктов органического распада, а также образования углекислого натрия. Как правило, никель вводится в раствор посредством запатентованных добавок, что удорожает стоимость процесса получения покрытия.

Катодный выход по тока кислотных процессов для осаждения сплава цинк-никель составляет около 95%. Никель, входящий в состав раствора для обработки, содержится в солях, широко доступных на отраслевом рынке. Корректировка электролита (с целью увеличения концентрация никеля) выполняется с помощью растворимых никелевых анодов либо никелевых солей. В связи с этим стоимость кислотного процесса оказывается гораздо более низкой, чем стоимость щелочного, с учетом потребления химикатов. Кроме того, кислотный электролит обеспечивает большую производительность благодаря более высокому выходу по току. И, как известно, кислые растворы для нанесения сплава цинк-никель идеально подходят для осаждения покрытия на изделия из чугунного литья под действием постоянного тока, например, для осаждения гальванического покрытия на тормозные скобы.

Процесс получения покрытия цинк-никель из кислого электролита отличается определенными сложностями, что делает его менее удобным для применения в промышленных условиях. Цинковые аноды растворяются в кислых хлористых электролитах, вызывая трудности с контролированием концентрации цинка в растворе.

Чтобы сделать возможным использование растворимых никелевых анодов, применяется двойное выпрямление тока. В последнее время появились запатентованные нерастворимые аноды, позволяющие избежать двойного выпрямления. При обеднении электролита цинком или никелем используются специальные соли. Применение этих мер увеличит стоимость процесса (по сравнению с методом, использующим растворимые аноды), однако в первом случае значительно упрощается процедура получения покрытия в целом, а общая ее общая стоимость составит половину стоимости щелочного процесса.

Распределение сплава при заданной плотности тока в кислом электролите зависит от типа проводящей соли и наличия в растворе комплексообразователя. Чтобы добиться состава сплава, необходимого в соответствии с требованиями автомобильной отрасли в отношении коррозионной стойкости, на обрабатываемые изделия необходимо нанести слой, на 12-15% состоящий из никеля, равномерно распределенного по поверхности детали. По мнению Болдвина и его коллег, сплав, в котором содержание никеля превышает 21%, не способен обеспечить катодную защиту стальной поверхности. Что касается внешнего вида, сплав цинк-никель с содержанием никеля более 21% образует при электрохимическом осаждении слой черного цвета.

ОПЫТЫ И ВЫВОДЫ

В ходе экспериментов были исследованы три различных щелочных процесса нанесения сплава цинк-никель, описанных в Таблице I. Все они широко используются на современных производственных предприятиях. Раствор I был приготовлен на основе хлористого аммония, раствор II, не содержащий комплексообразователя, - на основе хлористого калия. В основе раствора III также использовался хлористый калий, однако в электролит был также добавлен мягкий комплексообразователь.

Таблица I.

Результаты исследования кислых электролитов для осаждения сплава цинк-никель

	Электролит 1	Электролит 2	Электролит 3
Zn, г/л	32	55	36
Ni, г/л	25	29	30
NH4Cl , г/л	253	-	-
KCl, г/л	-	245	232
Гидроксид аммония, мл/л	60	-	-
Борная кислота, г/л	-	20	20
рН	5,7	5,4	5,5
Запатентованные добавки	60 мл/л	180 мл/л	25 мл/л
Комплексообразователь	-	-	200-350 мл/л

Катоды из малоуглеродистой стали, размерами 20 на 8 см, подвергли электрохимической обработке в 500-миллилитровой ячейке Тосея (также известной, как длинная ячейка Хула) при магнитном перемешивании. Продолжительность обработки составила 10 минут, плотность тока - 10 А. Содержание сплава было исследовано посредством рентгенографии с помощью спектрометра Seiko, модель SE 5120. Замеры делались в нескольких точках, расположенных на расстоянии 2 см друг от друга на участке высокой плотности тока.

Результаты исследований образца, обработанного в электролите 1 на основе хлористого аммония, приведены на рисунке 1. Как видно из таблицы, образец демонстрирует отклонение от нормы, типичное при осаждении цинка с элементами группы железа. При снижении плотности тока отмечается сокращение содержания никеля в осажденном слое. Повышение температуры раствора увеличивает содержание никеля в покрытии, но не изменяет характеристик покрытия.

Рисунок 1.
Электролит 1. Отношение распределения сплава к плотности тока.

С практической точки зрения, участки на катоде, начинающиеся от края высокой плотности и заканчивающиеся на расстоянии 10 см от него, являются индикатором плотности тока обрабатываемой поверхности. Это свойство позволяет наносить сплав с содержанием от 10 до 15 %, который обеспечивает необходимый уровень коррозионной стойкости и так называемую протекторную защиту стали.

Результаты исследований образца, обработанного в электролите 2, приведены в рисунке 2. Поведение раствора 2 при осаждении сплава отличается от поведения раствора 1. Электролит 2 характеризуется отклонением от нормы при любых плотностях тока, однако при минимальной плотности тока ему свойственно поведение, близкое к нормальному осаждению. При повышении температуры это свойство усиливается.

Таблица II. Зависимость состава сплава от плотности тока

		4,0 ASD	2,0 ASD	1,0 ASD	0,2 ASD
Электролит 1	% Ni	12,0	12,3	4,3	1,2
(хлористый аммоний)	Толщина слоя, µм	13,8	7,0	4,3	1,2

Электролит 2	% Ni	12,1	12,2	13,4	15,5
(хлорид калия с/без комплексообразователя)

Толщина слоя, µм14,38,23,81,1

Что касается практического применения, электролит 2 экономически не выгоден. Содержание никеля в слое, полученном при стандартной плотности тока, варьируется от 6 до 15%.

Несмотря на то, что этот раствор обеспечивает высокую коррозионную стойкость и протекторную защиту стали, он представляет собой определенные сложности с точки зрения соответствия требованиям к осажденным сплавам согласно стандартам автомобилестроения. Кроме того, при выполнении процесса необходимо поддерживать рабочую температуру раствора на уровне 33 ±2°C во избежание превышения 20%-ной концентрации никеля, которое негативно сказывается на внешнем виде осажденного слоя, равно как на его способности обеспечивать протекторную защиту стали.

На рисунке 3 отображены результаты испытаний образцов, обработанных в растворе 3. Характеристики полученного покрытия схожи с результатами испытаний покрытий, полученных с помощью электролита 2, однако склонность к стандартному поведению подавляется путем увеличения концентрации комплексообразователя. Чтобы получить покрытие, соответствующее требованием автопроизводителей, следует тщательно контролировать концентрацию никеля и комплексообразователя в растворе. Как показывает практический опыт, электролит 3 позволяет осадить в подвесочной линии слой с содержанием никеля, варьирующимся от 12 до 14%. Способность раствора осаждать сплавы с содержанием никеля от 12 до 14% без добавления черных высоколегированных сплавов при низких плотностях тока в барабанах зависит от конфигурации изделия, силы тока и перемешивания.

Рисунок 2. Электролит 2. Распределение сплава.

Для проведения рентгенографии образцы из малоуглеродистой стали были обработаны электрохимическим способом в стандартной ячейке Хула с перемешиванием «пропеллером» при 2 А в течение 10 минут. Составы сплавов в зависимости от плотности тока приведены в Таблице II. Химический состав и толщина осажденного сплава были определены с помощью рентгенографии с помощью дифрактомера D8 Discover, оснащенного детектором GADDS, производства компании «Bruker Analytical X-Ray Systems, Inc.».

Рисунок 4.

На Рис. 4 представлен результат рентгенографии образца, обработанного в электролите 1. Вне зависимости от плотности тока в сплаве зафиксированы фазы Ni 5 Zn 21. Изменения плотности тока никак не отражаются на фазах сплава, лишь незначительно меняя текстуру образуемого сплава. Качественный анализ рентгеновского снимка выявил единственно просматриваемую при 4 ASD ориентацию - ориентацию (330). При увеличении плотности тока появляется ориентация (600), которая продолжает рост даже при снижении плотности тока.

Рисунок 5.

Рис. 5 представляет собой результат рентгенографии сплава цинк-никель, осажденного из электролита 2. При любой плотности тока присутствует единственная фаза Ni 5 Zn 21. Изменения плотности тока значительно сказываются на текстуре поверхности. Качественный анализ снимка показал, что ориентация (600) является доминирующей, среди тех, которые удалось зафиксировать при 4 ASD. При снижении плотности тока усиливается ориентация (330). При 0,2 ASD ориентация 330 преобладает над ориентацией (600).

Слой, осажденный из раствора на основе калия, обладает характеристиками, противоположными характеристикам покрытия, полученного с помощью электролита на основе хлористого аммония.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Слой, полученный путем осаждения сплава цинк-никель из кислого электролита, имеет фазу Ni 5 Zn 21 при массовой доле никеля от 12 до 15%. Покрытия, осажденные из хлористого аммония, обладают кристаллической ориентацией по отношению к плотности тока, противоположной ориентации, зафиксированной у покрытий, полученных с помощью раствора на основе хлорида калия. Влияние этого фактора на такие свойства покрытия, как внутреннее напряжение и пластичность, а также возможность последующего осаждения, нуждается в дополнительном исследовании.

Растворы хлористого аммония для осаждения сплава цинк-никель позволяют получить покрытия, содержание никеля в которых при заданной плотности тока являются более предпочтительными для предприятия с экономической точки зрения. Кроме того, электролиты на основе хлористого аммония, подходят как для обработки в барабанах, так и для применения на подвесочной линии. В случаях, когда в силу каких-либо причин использование хлористого аммония запрещено, предприятие может эффективно заменить его раствором на основе хлорида калия, предлагаемого многими поставщиками.

Чтобы контролировать состав сплава на участках минимальной плотности тока, рекомендуется использовать мягкий комплексообразователь. Несмотря на то, что на отраслевом рынке имеется большое количество технологий на основе хлорида калия, не требующих использования комплексообразователя, они не нашли широкого применения на промышленных предприятиях в силу повышенного содержания никеля под воздействием минимальной плотности тока и необходимости поддерживать строго определенную температуру.