Д.ф.-м.н. Горобец Ю.И.¹, д.т.н. Горобец С.В.², Легенький Ю.А.³,
к.х.н. Лобода С.Н.³, Пименов Ю.Н.³

¹Институт магнетизма НАН Украины, Украина;, ² Киевский национальный технический университет «КПИ», Украина; ³Донецкий национальный университет, Украина

Получение и исследование магнитных покрытий с рельефной поверхностью на высокоградиентных элементах магнитных фильтров.

Магнитные устройства широко применяются для очистки и сепарации жидких и газообразных сред. При этом, в связи с повышением требований к качеству очистки и стремлению к экономической выгодности таких устройств, наиболее широко используются магнитные системы с высокоградиентными ферромагнитными насадками (ВГФН). Теоретическими исследованиями установлено, что эффективность работы ВГФН зависит от соотношения размеров ВГФН и размеров улавливаемой примеси. В ряде случаев для тонкой очистки требуется, чтобы ВГФН имели широкий спектр размеров магнитных элементов. Целью работы являлось получение методом электролитического осаждения никеля ферромагнитных покрытий с развитым рельефом поверхности на насадках магнитных фильтров и исследование улавливающей способности таких элементов.

Анализ существующих методик электролитического осаждения металлических покрытий показал необходимость модификации методик получения гладких покрывающих слоев в следующих направлениях: уменьшение концентрации ионов Ni²⁺ в электролите, увеличение плотности тока электролиза, подбор пассиваторов, которые способствуют неравномерному росту кристаллов осаждаемого никеля. С учетом этих направлений были проведены эксперименты по осаждению рельефных никелевых покрытий на стальные и никелевые основы цилиндрической формы. На основании экспериментальных исследований определен круг компонентов электролита, величины их концентраций и диапазон электрических параметров исследуемого процесса, которые обеспечивают получение никелевых покрытий с развитым рельефом поверхности. В результате проведенных исследований получены образцы рельефных покрытий с различными размерами неоднородностей и разной степенью упорядочения этих неоднородностей (рисунок 1а и 1б).

а б

Рисунок 1. Примеры рельефных никелевых покрытий, осажденных на ферромагнитных основах.

Микроскопические исследования показывают, что неоднородности представляют собой кластеры из сросшихся никелевых сферолитов. Размеры самих сферолитов и их кластеров зависят от режима осаждения. В наших экспериментах размеры кластеров варьируются в диапазоне от десятков до сотен микрометров.

Исследование улавливающих способностей ВГФН с рельефным никелевым покрытием проводились на установке, описанной в [2], которая позволяет визуализировать захват микрочастиц на магнитной насадке. На рисунке 2 представлен фрагмент фотографии одной из исследуемых ВГФН после выхода процесса улавливания в режим насыщения при малых скоростях потока модельной жидкости, когда кластеры захваченных частиц приобретают шарообразную форму. В качестве улавливаемой примеси использовались парамагнитные частицы оксида гольмия Ho₂O₃ с дисперсностью 3-5 мкм, внесенные в водный раствор полиэтиленоксида в концентрации 0.5 г/л. Вязкость модельной жидкости составляла 21 сСт. Величина внешнего магнитного поля H=2000 Э, его направление было перпендикулярно оси цилиндрической основы испытуемой ферромагнитной насадки. Поток жидкости был направлен перпендикулярно вектору напряженности магнитного поля.

Рисунок 2. Фрагмент фотографии исследуемой ВГФН с захваченными парамагнитными частицами.

Из микроскопических исследований видно, что при невысоких скоростях потока жидкости парамагнитные частицы примеси захватываются вершинами никелевых дендритов, расположенными на магнитных полюсах насадки. Результаты наблюдений показывают, что, хотя, при выходе процесса улавливания на насыщение, улавливающая способность ВГФН с рельефным покрытием не превышает улавливающую способность гладкого цилиндра, но на вершинах неоднородностей, осаждение частиц примеси начинается при гораздо меньших напряженностях магнитного поля, чем на гладком цилиндре. Следовательно, подобные магнитные насадки являются перспективными для улавливания и сепарации мелкодисперсных слабомагнитных частиц.

Литература:

1. Горобец С.В., Пименов Ю.М. Установка для исследования взаимодействия насадок магнитных фильтров с неферромагнитными частицами // Наука производству (Оборудование).– 1998.– №4(6).– С.28-31.