Электрохимическое полирование нержавеющей стали

Электрохимическая полировка металлов — описание процесса

Металлическому изделию можно придать блеск различными способами. Для этого не обязательно использовать специальные покрытия, можно воспользоваться методом полировки. Она может быть механической, например, с помощью наждачных кругов, химической — когда металл погружают в специальный раствор, а также электрохимической. В этом случае сочетается воздействие химических компонентов и электроразрядов, которые запускают определенные реакции или усиливают их. Электрохимическая полировка металлов может быть выполнена и в обычных домашних условиях, если собрать все необходимое оборудование.

Описание процесса

Во время электрохимического полирования обрабатываемая поверхность металла приобретает зеркальный блеск. Также уменьшаются имеющиеся шероховатости. Процесс происходит следующим образом:

  • Деталь считается анодом, то есть, электродом, несущим положительный заряд. Ее необходимо поместить в ванну со специальным составом.
  • Еще один важный компонент — катоды, которые необходимы для осуществления реакции.
  • В результате воздействия протекает реакция, и происходит растворение. Оно неравномерно, сначала удаляются самые заметные шероховатости, которые выступают над поверхностью больше всего. Одновременно происходит полировка — изделие приобретает зеркальный блеск.

Удаление заметных больших неровностей называется макрополированием, а сглаживание мелких дефектов — это микрополирование. Если эти процессы во время проведения обработки протекают одновременно и равномерно, то изделие приобретает блеск и гладкость. Возможно и такое, что блеск будет получен без сглаживания или наоборот. Два вида полирования не обязательно связаны.

Химическая полировка металла приводит к тому, что на поверхности обрабатываемой детали во время процесса образуется особая пленка. По составу она может быть оксидной или гидроксидной. Если она равномерно охватывает всю поверхность, это создает условия для микрополирования. При этом внешняя часть покрытия, располагающаяся на поверхности, непрерывно растворяется. Чтобы получить возможность провести микрополирование, необходимо обеспечить поддержание равновесия между непрерывным образованием покрытия и растворением, во время работы с деталью толщина слоя должна оставаться неизменной. Это позволит электронам обрабатываемого металла и применяемого состава в процессе взаимодействовать без опасности растворения металлического изделия в агрессивной среде.

Макрополирование тоже напрямую зависит от образующейся пленки. Она покрывает изделие неравномерно, на выступающих неровностях этот слой более тонкий, поэтому они быстрее растворяются, за счет воздействия тока.

СОВЕТ: эффективность общего воздействия полирующего состава можно повысить, если использовать для обработки электролиты, содержащие в своем составе соли слабо диссоциирующих кислот, которые увеличивают общее сопротивление покрытия.

Кроме этого играет роль механическое воздействие, заключающееся в перемешивании. Может уменьшаться толщина пленки или диффузный слой. Некоторые используемые электролиты выполняют свою функцию только при нагреве, также общее правило, которое действует для всех составов — при нагревании снижается нейтрализация, а скорость растворения пленки повышается. Плотность тока и уровень напряжения также входят в число факторов, оказывающих серьезное влияние на процесс. Например, если необходимо провести полировку медных изделий, то для нее подбирается состав с фосфорной кислотой и устанавливается предельный режим тока без образования кислорода. Именно поэтому важно точно соблюдать все необходимые параметры, чтобы добиться качественной полировки.

Оборудование и химикаты

Для работы с различными металлами необходимо подобрать соответствующие электролиты, которые помогут добиться нужного результата:

  • Чаще всего применяются составы на основе кислоты различного вида — серной, фосфорной или хромовой.
  • Глицерин может быть добавлен для увеличения общей вязкости, если это потребуется.
  • Сульфоуреид выступает в роли ингибитора травления.
  • Для очистки различных изделий после проведения процедуры могут применяться различные растворители или щелочные средства. Нередко используются составы с поверхностно-активными действующими веществами.

Пропорции создания хим состава

Полировка проводится в специальных ваннах. Важно помнить, что их составляющие относятся к токсичным веществам и опасны для здоровья, особенно если используется нагрев, поэтому обращаться со всеми компонентами необходимо с максимальной осторожностью, соблюдая положенную технику безопасности.

Изделия из цветных или черных металлов можно обрабатывать при помощи универсального состава, который окажет необходимое воздействие. Для этого следует добавить все компоненты, соблюдая пропорции. Ортофосфорная кислота составляет основу — 65%. Серной кислоты должно быть 15% и 14% обычной воды. Хромовый ангидрид занимает 6%.

Нержавеющую сталь можно полировать схожим составом, только воды в нем должно быть 13%, а еще следует добавить глицерин в соотношении 12%. Детали могут находиться в ванне до получаса, хотя штампованным изделиям требуется меньше времени для обработки.

Область применения

Химическая полировка металла используется, чтобы придать поверхности зеркальный блеск. Такое действие может быть направлено на придание деталям более привлекательного облика, если они находятся на виду и являются частью какой-то конструкции. Помимо эстетического назначения, полировка служит не только для красоты. С ее помощью можно избавить деталь от неровностей и шероховатостей, а также защитить от воздействия ржавчины, кислот и различных атмосферных явлений.

Преимущества и недостатки

Разные виды полировки имеют свои особенности, у электрохимической также есть плюсы и минусы:

  • Этот способ благоприятно влияет на все свойства стали, увеличивая устойчивость к воздействию коррозии, а также облегчая проведение вытяжки и штамповки. Именно поэтому полировку такого типа часто используются как в лабораторных исследованиях, так и непосредственно для проведения различных работ в промышленности.
  • Электрохимическая полировка является более дешевым и быстрым способом обработки металлических изделий. Если механический метод занял бы несколько часов, то с воздействием химикатов и электричества можно закончить дело за несколько минут, получив качественный результат.
  • Полировка с электрохимическим воздействием незаменима при работе со сложными деталями, которые имеют различные полости и отверстия.

Химическая полировка металлов кроме преимуществ, имеет некоторые недостатки. Практически каждый существующий металл требует для проведения работы с ним специального состава, поэтому для разных изделий необходимо делать индивидуальные растворы. Также важно правильно подобрать соотношение компонентов, температуру нагрева, плотность тока — от этого напрямую зависит качество полученного результата. Перед проведением такой обработки может потребоваться предварительное механическое шлифование. Кроме того, процедура требует повышенного расхода электроэнергии. Однако при определенных условиях достоинства метода вполне перевешивают его недостатки, позволяя проводить полировку.

Химическое и электрохимическое полирование

Химическое полирование

В процессе полирования рекомендуется перемешивать раствор или встряхивать детали в емкости. Это дает возможность устранять скопление пузырьков газов на отдельных участках деталей, так как пузырьки газов понижают качество полирования. Одним из главных преимуществ химического полирования является его простота. Для получения требуемого результата достаточно обрабатываемую деталь на несколько минут погрузить в соответствующий раствор, без применения электрического тока, без механического воздействия. Метод не требует сложного оборудования.

К недостаткам такого полирования относится сложность корректирования (поддержание точных соотношений всех элементов в растворе путем добавления израсходованного элемента) растворов и малый срок их службы. Применяемые растворы чрезвычайно опасны для здоровья человека, и в домашних условиях без соответствующей подготовки проводить такое полирование нельзя. Блеск поверхности получается меньше, чем при электрохимическом полировании. Химическому полированию подвергаются в основном латунные или алюминиевые детали сложной конфигурации и небольших размеров, которые не требуют зеркального блеска.

Электрохимическое полирование

Для осуществления электрохимического полирования обрабатываемую деталь, являющуюся анодом (т.е. электродом, соединенным с положительным полюсом источника тока), надо поместить в ванну с электролитом. Вторым электродом служат катоды, изготовленные из меди. На схеме показано протекание процесса электрохимического полирования. Благодаря специально подбираемому составу электролита и создаваемым условиям (образование пленки 2 повышенного сопротивления) растворение осуществляется неравномерно. В первую очередь растворяются наиболее выступающие точки 3 (выступы), вследствие чего шероховатость уменьшается, а затем исчезает, и поверхность детали становится гладкой и блестящей. Избирательное растворение торчащих элементов протекает с одновременным получением блеска.

Удаление крупных выступов 3 называется макро-полированием, а растворение микроскопически малых неровностей 4 — микро-полированием. Если макро- и микро-полирование протекает одновременно, то поверхность приобретает гладкость и блеск. В ряде случаев эти качества могут быть несвязанными друг с другом, т.е. блеск может достигаться без сглаживания, а сглаживание — без блеска.

Читать еще:  Специалист сварочного производства

В процессе электрохимического полирования на поверхности анода (полируемой детали) образуется окисная или гидроокисная пленка. Если эта пленка равномерно покрывает поверхность, то она создает условия, необходимые для протекания микро-полирования. Внешняя часть этой пленки непрерывно растворяется в электролите. Поэтому для успешного проведения процесса необходимо создания условий, в которых существовало бы равновесие между скоростями образования окисной пленки и скоростью ее химического растворения с тем, чтобы толщина пленки поддерживалась неизменной. Наличие пленки обусловливает возможность обмена электронами между полируемым металлом и ионами электролита без опасности местного разрушения металла агрессивным электролитом.

Макро-полирование также является процессом, зависящим от наличия прианодной пленки. Будучи более толстой в углублениях и более тонкой на выступах, эта пленка способствует их ускоренному растворению, так как на выступах создается более высокая плотность тока, а электрическое сопротивление над ними меньше, чем над углублениями.

Эффективность действия пленки увеличивается с повышением ее внутреннего сопротивления. Электролиты, содержащие соли слабодиссоциирующих кислот или комплексные соли, повышают сопротивление пленки.

Кроме действия прианодной пленки на течение процесса электрохимического полирования влияют и другие факторы, в частности механическое перемешивание электролита (или движение анода), благоприятствующие утончению пленки за счет ее растворения или уменьшения толщины диффузионного слоя. Электролиты некоторых составов функционируют нормально только при нагреве. Общим правилом является то, что повышение температуры снижает скорость нейтрализации и повышает скорость растворения прианодной пленки.

Существенными факторами, влияющими на течение процесса электрохимического полирования, являются также плотность тока и напряжение.

На рисунке показана типичная зависимость плотности тока от напряжения в ванне при электрохимическом полировании.

На участке АБ повышение плотности тока почти пропорционально увеличению напряжения. На участке БВ режим нестабилен, наблюдается колебание тока и напряжения. Предельный ток, соответствующий участку ВГ, характеризует процесс формирования на аноде пассивной пленки. При этом повышение напряжения в довольно широком интервале не сопровождается изменением плотности тока. По достижении напряжения, соответствующего точке поворота Г на кривой, начинается новый процесс — образование газообразного кислорода.

В зависимости от состава электролита и обрабатываемого металла полирование ведут при режимах соответствующих различным участкам кривой. Так, полирование меди в фосфорной кислоте ведут при режиме предельного тока, когда не происходит образования кислорода.

Рецепты ванн и режимы для химического и электрохимического полирования

Химическое полирование деталей из углеродистой стали. Химическое полирование деталей из углеродистой стали можно выполнять в различных растворах. Один из них (в вес. %): 15-25% ортофосфорной кислоты, 2-4% азотной кислоты, 2-5% соляной кислоты, 81-60% воды. Режим работы: рабочая температура 80° С, выдержка 1-10 мин. В данном растворе производят также полирование нержавеющей стали. Химическое полирование деталей из стали выполнят также в следующем растворе: 25 г щавелевой кислоты, 13 г пергидроли, 0,1 г серной кислоты, до 1 л воды. Режим работы: рабочая температура 20° С, выдержка 30-60 мин.

Химическое полирование деталей из нержавеющей стали. Химическое полирование деталей из нержавеющей стали марки Х18Н9Т выполняют в растворе следующего состава: 40 см3 азотной кислоты, 70 см3 соляной кислоты, 230 см3 серной кислоты, 10 г/л столярного клея, 6 г/л хлористого натрия, 6 г/л красителя кислотного черного. Режим работы: рабочая температура 65-70°С, выдержка 5-30 мин.

Химическое полирование деталей из алюминия и его сплавов. Для полирования мелких алюминиевых деталей используют следующий состав раствора: 60 см3 ортофосфорной кислоты, 200 см3 серной кислоты, 150 см3 азотной кислоты, 5 г мочевины. Режим работы: рабочая температура 100- 110° С, выдержка 15-20 с. Полирование деталей из алюминиево-магниевого сплава АМг производят в одном из растворов следующего состава: 500 или 300 см3 ортофосфорной кислоты, 300 или 450 см3 серной кислоты (аккумуляторной), 150 или 170 см3 азотной кислоты.

Химическое полирование деталей из меди и, ее сплавов. Химическое полирование деталей из меди и ее сплавов выполняют в следующем растворе: 800 см3 серной кислоты; 20 см3 азотной кислоты; 1 см3 соляной кислоты; 200 см3 пергидроли; 20-40 см3 хромового ангидрида. Режим работы: рабочая температура 20-40°С, выдержка до 1-2 мин. Может быть также использован раствор: 250-270 см3 серной кислоты, 250-270 см3 азотной кислоты, 10-12 см3 нитрита натрия. Режим работы: рабочая температура 30-40° С, выдержка 1-3 мин.

Химическое полирование деталей из никеля. Для химического полирования деталей из никеля используют раствор (в вес. %) 45-60% ортофосфорной кислоты, 15-25% серной кислоты, 8-15% азотной кислоты, 10-20% соды. Режим работы: рабочая температура 65-70° С, выдержка 0,5-1 мин.

Электролитическое полирование деталей из углеродистой стали. Наиболее популярным является так называемый универсальный электролит для полирования деталей из черных и цветных металлов. Его состав следующий (в вес. %): 65% ортофосфорной кислоты, 15% серной кислоты, 6% хромового ангидрида, 14% воды. Режим работы: рабочая температура 70-90° С, анодная плотность тока 40-80 а/дм2, напряжение 6-8 в, выдержка 5-10 мин.

Электролитическое полирование деталей из нержавеющей стали. Детали из нержавеющей стали (хромоникелевой и хромоникельмолибденовой) полируют в растворе (в вес. %): 65% ортофосфорной кислоты, 15% серной кислоты, 5% хромового ангидрида, 12% глицерина, 3% воды. Режим работы: рабочая температура 45-70°С, анодная плотность тока 6-7 а/дм2, напряжение 4,5-6в, выдержка 4- 30 мин (для штампованных деталей 4-6 мин, для деталей после сварки или термической обработки 10-12 мин, для литых отпескоструенных деталей из стали Х18Н9Т около 30 мин).

Электролитическое полирование деталей из алюминия и его сплавов. Для полирования деталей из алюминия и сплавов АМг и АМц хорошо зарекомендовал себя электролит, следующего состава (в вес. %): 65-70% ортофосфорной кислоты, 8-10% хромового ангидрида, 20-27% воды. Режим работы: рабочая температура 70-80° С, плотность тока в свежеприготовленном растворе 10-30 а/дм2, в растворе насыщенном солями 10-20 а/дм2. Выдержка 5 мин и более. Реверсирование при применении свежеприготовленного раствора tа-10 сек, tк — 2 сек; при применении раствора насыщенного солями, tа — 10 сек, tк — 5 сек. Для полирования деталей из дюралюминия Д16-Т рекомендуется следующий состав раствора (в вес. %): 40% серной кислоты, 45% ортофосфорной кислоты, 3% хромового ангидрида, 11% воды. Режим работы: рабочая температура 60-80° С, анодная плотность тока 30-40 а/дм2, напряжение 15-18 в, выдержка — несколько минут.

Электролитическое полирование деталей из никеля и никелевых покрытий. Для полирования деталей из никеля рекомендуется раствор: 1200 г/л серной кислоты, 120-150 г/л ортофосфорной кислоты, 15-20 г/л лимонной кислоты. Режим работы: рабочая температура 20-30° С, анодная плотность тока 30-50 а/дм2, выдержка до 1 мин. Для полирования применяют также 70%-ный раствор серной кислоты. Анодная плотность тока 40 а/дм2, температура 40°С, продолжительность процесса 30 сек.

Электролитическое полирование деталей из меди и ее сплавов. Для полирования этих деталей применяют следующий электролит: 1200 г/л ортофосфорной кислоты, 120 г/л хромового ангидрида. Режим работы: рабочая температура 20-30°С, анодная плотность тока 35-50 а/дм2, выдержка 0,5-2 мин. Применяют также однокомпонентный раствор ортофосфорной кислоты при температуре 18-25°С; анодная плотность тока для деталей из меди 1,6 а/дм2, для деталей из медных сплавов 0,8-1 а/дм2, выдержка 10-20 мин.

Литература:
Бартл Д. Мудрох О. Технология химической и электрохимической обработки поверхности металлов. — М., 1961.
Гарбер М.И. Декоративное шлифование и полирование. — М., 1964.
Жаке П. Электрохимическое и химическое полирование. — М., 1959
Масловский В.В. Дудко П.Д. Полирование металлов и сплавов. — М.,1974.
Пяндрина Т.Н. Электрохимическая обработка металлов. — М., 1961.
Тегарт А.С. Электролитическое и химическое полирование металлов. — М., 1957.
Щиголев П.В. Электрохимическое и химическое полирование металлов. — М., 1958.

При использовании материала этого сайта необходимо устанавливать активные ссылки, видимые для пользователей и поисковых роботов.

Читать еще:  Электро буровая установка своими руками

Полировка нержавеющей стали: механические, химические и электрохимические способы

Содержание статьи:

Нержавеющая сталь – востребованный в промышленности материал. Он используется для изготовления различного оборудования, элементов инженерных коммуникаций, бытовой техники, декоративных предметов и даже кухонной утвари. Чтобы повысить эстетические свойства поверхности нержавейки и устранить мелкие неровности, применяется полирование. Такой способ обработки не только совершенствует привлекательность и гигиеничность изделий, но и повышает его устойчивость к коррозии.

Механические способы полирования

Самым распространенным способом полировки, позволяющим достичь практически зеркального блеска металлического изделия, считается механическая обработка. Для ее осуществления используются специальные круги и ленты с абразивным напылением. На черновом этапе работ применяют крупнозернистые абразивы, тогда как на финишной стадии – мелкодисперсные порошки или пастообразные средства. Вращение кругов и взаимное трение способствует оплавлению поверхностного слоя, делая его абсолютно гладким. Методика востребована для полировки листов и прочих плоских изделий.

Для самостоятельной полировки нержавеющих поверхностей в бытовых условиях чаще всего используется угловая шлифовальная машины (в простонародье – болгарка), пневматический напильник или обычный токарный станок. Изделия сложной формы нередко приходится полировать вручную.

Химическая полировка и ее особенности

Еще один способ полировки нержавеющих изделий – травление, который предполагает удаление поверхностного слоя с помощью химически активных веществ. Среди основных достоинств данной методики стоит отметить:

  • оперативность выполнения (процесс происходит в течение пары минут);
  • отсутствие необходимости во вспомогательных средствах (электролиты, инструменты и т. д.);
  • возможность обработки деталей любой формы.

Впрочем, существуют и недостатки данного метода, а именно токсичность используемых веществ и невозможность получения зеркального блеска.

Для химической полировки используются:

  • растворы кислот на водной основе (процесс осуществляется в два захода – заготовка обрабатывается сперва серной, а затем нитратной кислотой);
  • расплавленная щелочь (не меняет структуру поверхности изделия, но удаляет оксидную пленку);
  • желеобразные вещества на кислотной основе (азотные, соляные) или хлоридов (опасны для организма), которые наносятся на обезжиренную поверхность металла, а затем удаляются под проточной водой.

Разновидности химических пастообразных полиролей

  • SAROX TS-K 2000 – состав предназначен для удаления с поверхности дефектов, в том числе и на сварных швах, а также обеспечения защиты от повышенных температур (время воздействия – 10 минут, может применяться для полировки вертикальных заготовок);
  • Avesta BlueOne – активные вещества позволяют удалить дефекты сварных швов, последствия коррозии, придать поверхности блеск, близкий к зеркальному (время воздействия – 45 минут, может использоваться только при температуре выше 50 градусов Цельсия);
  • Stain Clean (ESAB) – считается одним из наиболее действенных составов, не требует создания дополнительных условий для обеспечения качественной полировки метизов.

Полирование нержавейки электрохимическим способом

Воздействие электролитов на поверхность нержавеющего металла позволяет удалить дефекты и достичь практически идеального зеркального блеска. Процесс полировки осуществляется за счет растворения тончайшего поверхностного слоя изделия, которое помещается в электролитный раствор и подсоединяется к источнику тока (плюсовой полюс). В данном случае заготовка выступает в качестве анода, тогда как катодом служит специальная пластина, проводящая электрический ток. В процессе пропускания тока, поверхность анода частично растворяется, удаляя мелкие шероховатости и неровности. Чем выше температура электролитной ванны и плотность воздействия тока, тем более толстый слой металла снимается при полировке.

Данный метод чаще всего применяется для чистовых работ, позволяя получить деталь с идеально гладкой поверхностью. Часто обработка используется перед нанесением гальванического защитного слоя.

Электроплазменный способ полировки

Для полирования нержавейки, а также сплавов на основе титана или меди, используется УПП – устройство, предназначенное для полировки плазмой. Суть обработки заключается в создании вокруг заготовки плазменного облака под воздействием электрического тока. Такой процесс позволяет удалить тончайший поверхностный слой, обеспечивая:

  • зеркальный блеск детали;
  • отсутствие заусенцев на поверхности;
  • притупление острых кромок.

Полирование детали с помощью плазменной установки позволяет повысить качество поверхности на 2-3 класса.

Полирование в электролитах на основе фосфорной кислоты

Фосфорная кислота является основным компонентом большинства электролитов, применяемых для полирования стали в отечественной промышленности. За рубежом подобные электролиты также используются уже в течение многих лет. По-видимому, пройдет еще некоторое время, пока они будут заменены более экономичными и технически эффективными электролитами на другой основе. В настоящее время большинство публикуемых работ посвящено усовершенствованию фосфорнокислых электролитов.

70—80%-ный раствор Н3РO4 рекомендуется в литературе для полирования нержавеющей стали. Однако без специальных добавок такие растворы не дают достаточно хороших результатов. Несравненно лучшее качество полирования сталей различных марок достигается в двухкомпонентных фосфорносернокислых, фосфорнохромовокислых и трехкомпонентных фосфорносернохромовокислых электролитах.

Выбор того или иного электролита связан прежде всего с составом обрабатываемого сплава. Хромоникелевые и высокохромистые стали полируются в смеси кислот, не содержащей хромового ангидрида. По данным [83], увеличение содержания в стали хрома от 7,4% до 40,7% сказывается на качестве ее обработки в электролите, содержащем 60% Н3РO4, 20% H2SO4, 20% H2O (массовые доли). При потенциалах анода до начала перепассивации (1,2 В) сглаживание микрошероховатостей уменьшается с увеличением количества хрома в сплаве. При потенциалах выше 1,3 В повышение количества хрома приводит к увеличению съема металла и сглаживанию поверхности. Увеличение содержания хрома способствует также повышению отражательной способности поверхности. Это обстоятельство согласуется с высказанными нами выше предположениями о роли пассиватора в процессе повышения отражательной способности металла.

Нержавеющие стали по их полируемости могут быть разделены на две группы [38]. Аустенитные стали (Х18Н10Т, Х17Г9АНЧ) полируются в фосфорносернокислых растворах, в которых содержание воды не должно превышать 20% (в массовых долях). При содержании воды 30% выявляются границы зерен. Добавление в электролит хромового ангидрида не влияет на качество полирования. Электролит оптимального состава для обработки указанных сталей содержит (массовые доли, %): 70— 65 H3PO4; 20—15 H2SO4; 10—20 H2O. Режим электролиза: плотность тока 60—80 А/дм 2 , температура 60—80° С. При большей температуре плотность тока может быть уменьшена до 20—30 А/дм 2 .

Для сталей других классов: аустенитно-мартенситных (Х15Н5Д2Т), мартенситных (2X13) и мартенситно-ферритных (Х17Н9) лучшее качество полирования достигается при наличии в электролите ионов шестивалентного хрома. Оптимальный состав электролита (массовые доли, %): 45—40 Н3РO4; 25—27 H2SO4; 4—5 CrO3; 26—28 H2O. Содержание воды в растворе не должно превышать 30%, в противном случае может иметь место точечное травление металла. Режим электролиза: плотность тока 35— 60 А/дм 2 , температура 75—90° С.

Наибольшее повышение блеска при обработке нержавеющих сталей в обоих электролитах достигается в первые 3—5 мин. Увеличение продолжительности электролиза для сталей неаустенитного класса свыше 10 мин может привести к небольшому их травлению.

Качество полирования улучшается с повышением гомогенности сплава. Стали указанных классов могут быть расположены в следующий ряд в направлении повышения качества отделки поверхности: мартенситные, мартенситно-ферритные, аустенитно-мартенситные, аустенитные. Для полирования хромоникелевых нержавеющих и кислотоупорных сталей рекомендуются как трехкомпонентный, так и двухкомпонентный электролиты.

Практика работы с фосфорнохромовокислыми электролитами выявила некоторые их недостатки по сравнению с фосфорносерно-хромовокислыми. При обработке в двухкомпонентном электролите профилированных деталей на углубленных участках не всегда удается достигнуть высокого качества отделки поверхности. При электролизе происходит катодное восстановление ионов шестивалентного хрома, что приводит к ухудшению работы ванны. Окисление же трехвалентных ионов хрома в отсутствие в электролите серной кислоты, как будет показано далее, затруднено. Необходимо также учитывать, что фосфорнохромовокислый раствор, не содержащий H2SO4, агрессивно действует на свинец, который часто применяется в качестве материала для катодов и футеровки ванн.

При обработке в растворах фосфорной кислоты или ее смеси с серной кислотой углеродистых и низколегированных сталей не удается достигнуть высокого блеска поверхности. Для получения эффекта полирования эти сплавы обрабатывают в электролитах, содержащих ионы шестивалентного хрома.

В наших опытах было выявлено влияние концентрации фосфорной кислоты и добавления в электролит серной кислоты на шероховатость поверхности стали 45. Анодная обработка в 85 и 65%-ных растворах H3PO4 при температуре 70° С сопровождается пассивированием металла; на поляризационных кривых имеется участок предельного тока. Поверхность стали имеет темно-серый цвет, существенного сглаживания не происходит. Уменьшение концентрации фосфорной кислоты приводит к увеличению съема металла и повышению интенсивности сглаживания микрошероховатостей. Электролиз в 30 и 15%-ных растворах H3PO4 при плотности тока выше 25 А/дм 2 сопровождается явлениями периодической пассивности, которые выражаются в регулярных, противоположно направленных колебаниях тока и напряжения на ванне. С увеличением плотности тока амплитуда колебаний уменьшается. Наблюдения за внешним видом анода показывают, что период повышения тока и понижения потенциала связан с образованием на его поверхности темного рыхлого солевого слоя. Через некоторое время этот слой спадает, обнажая светлосерую поверхность металла, на которой начинается интенсивное выделение кислорода. Эти изменения сопровождаются скачкообразным повышением потенциала и уменьшением тока, что указывает на образование на аноде окисной пленки.

Читать еще:  Художественное литье из алюминия

В разбавленном растворе H3PO4 при режиме периодической анодной пассивности достигается более эффективное сглаживание микрошероховатостей, чем в фосфорносернохромовокислом электролите, но при большем съеме металла. При плотности тока 50—100 А/дм 2 , температуре электролита 70° С и продолжительности электролиза 10 мин класс шероховатости поверхности может быть повышен от 5 до 8-го. Введение в разбавленный раствор фосфорной кислоты некоторых органических соединений благоприятно сказывается на процессе сглаживания микрошероховатостей.

В смеси, содержащей 65% H3PO4 и 15% H2SO4 (в массовых долях), явления периодической пассивности наблюдаются в узком интервале потенциалов в зоне предельного тока и прекращаются с повышением плотности тока. Эффективность сглаживания в такой смеси поверхности стали меньше, чем при ее обработке в разбавленном растворе фосфорной кислоты.

Добавление хромового ангидрида в количестве более 3% к 30%-ному раствору H3PO4 приводит к прекращению периодических явлений, уменьшению съема металла и одновременно к ухудшению сглаживания. Положительное влияние хроматов на процесс полирования проявляется преимущественно в повышении отражательной способности поверхности металла.

Уменьшение соотношения H3PO4 : H2SO4 в трехкомпонентном растворе приводит к увеличению съема металла и улучшению рассеивающей способности ванны. Увеличение содержания в электролите H2SO4 повышает его электропроводность и снижает вязкость. При содержании H2SO4 свыше 15% возможно частичное выпадение в осадок хромового ангидрида в виде CrO3·SO3.

Проработка электролитов, содержащих различные количества кислот, показала, что относительно больший срок службы имеют растворы при соотношении H3PO4 : H2SO4 = 5÷6.

Полученные нами основные технологические характеристики процесса полирования углеродистой стали 20 и легированной 1Х18Н9Т (рис. 26) относятся к смесям фосфорной и серной кислот следующих составов (массовые доли, %):

Электрохимическое полирование ювелирных изделий

Электрохимполирование — это процесс получения на металлических изделиях полированной поверхности путем анодной обработки их в соответствующих электролитах.

Электролитическая полировка металлов является промышленным процессом в технических областях и ювелирном деле и имеет большие перспективы. Можно отметить следующие области применения этого процесса:

  • повышение качества поверхности металлических изделий в дополнение к механической полировке;
  • декоративная отделка поверхности металлических изделий;
  • полировка гальванических покрытий;
  • получение поверхностей с высоким коэффициентом отражения света;
  • снятие равномерного слоя тел вращения для доведения их до нужного размера;
  • снятие заусенцев с изделий после штамповки;
  • выявление в литых или обработанных изделиях различных дефектов, например шлаковых включений, трещин, пор, очагов коррозии и др.

Особенностью электрохимполировки является сглаживание поверхности металла за счет интенсивного растворения мельчайших выступов, шероховатостей и гребешков после механической обработки. При этом в микроуглублениях, канавках и впадинах сохраняется пассивность и малая растворимость металла. Поверхность деталей после электрополирования приобретает яркий блеск, но глубокие риски не сглаживаются.

Поэтому с целью повышения чистоты обработки на один-два класса электрополирование следует применять для деталей с чистотой отделки не менее 8-10-го классов. У поверхности с более грубой обработкой при той же продолжительности электрополирования наблюдается лишь появление блеска. Для получения качественной поверхности не только блестящей, но и полированной, предварительная механическая обработка не исключается.

Для того, чтобы поверхность полируемых изделий при прохождении электрического тока находилась в активном состоянии на одних участках и одновременно в пассивном состоянии на других, необходимо, прежде всего подобрать подходящий электролит.

В общих чертах можно следующим образом сформулировать требования, предъявляемые к электролитам, пригодным для полировки:

  • электролит должен обеспечить образование на анодах (полируемых изделиях) вязкой пленки с большим электросопротивлением; эта пленка должна задерживаться в углублениях и способствовать интенсивному растворению выступов;
  • электролит должен быть устойчивым во времени (как в процессе прохождения тока, так и в перерывы);
  • электролит не должен действовать разъедающе на полируемый металл (сплав) при отсутствии тока;
  • электролит должен иметь широкий рабочий интервал (отношение максимальной плотности тока к минимальной, при котором поверхность получается полированной);
  • плотность тока и напряжение не должно быть чрезмерно высоким.

Эффективность сглаживания микрорельефа при электрохимическом полировании зависит от режима электролиза: плотности тока, напряжения, температуры и времени, и исходной чистоты поверхности деталей. Режимы полировки выбираются в зависимости от состава электролита и обрабатываемого металла. Электрохимическому полированию следует подвергать детали, на поверхности которых нет глубоких рисок и раковин, так как для их выведения потребовалось бы растворить металл на большую толщину, что практически для драгметаллов недопустимо.

Декоративный вид электрополированной поверхности зависит от структуры металла и его предварительной обработки. Все эти обстоятельства следует учитывать при выборе процесса электрохимического полирования.

Малогабаритная установка электрохимической очистки и полировки золота и серебра для ювелирных, часовых и стоматологических мастерских состоит из:

  • ванны емкостью от 2 до 8 л / в зависимости размеров изделий/ из полипропилена или винипласта,
  • катода из титана, графита или нержавеющей стали /надо учесть,что размер катода должен быть в 2 раза больше поверхности изделия/,
  • выпрямителя с плавным регулированием напряжения 4 режимов – 10-20А, 20-30А, 30-40А, 45-60А в зависимости от загрузки ванны, работающего в импульсно-постоянном и переменном режимах,
  • температурного нагревателя, если процесс ведется при повышенной температуре. Обрабатываемая деталь будет являться анодом т.е. электродом, соединенным с положительным полюсом источника тока.

В настоящее время метод электрохимической полировки широко применяется для обработки золотых сплавов. Этим методом пользуются как для очистки поверхности золотых изделий после литья для снятия, так называемого “обогащенного слоя”, после пайки, так и для окончательной полировки изделий. Так как “обогащенный слой” имеет более высокую концентрацию драгметаллов, удалять его желательно не шлифованием и полированием, а путем “снятия” или электрохимполирования, когда одновременно происходит равномерное отслаивание зеленого налета и сглаживание поверхности изделия. После чего уже намного проще окончательно отполировать изделие и в результате регенерации рабочего раствора восстановить драгметалл, что является немаловажным фактором при работе с драгметаллами. Составы некоторых электролитов для электрохимической полировки изделий из золота представлены табл.1, а из серебра – табл.2

После проведения электрополировки большой партии изделий в электролитах накапливается достаточное количество драгметалла /0,01-0,05 г/л/, электрохимическим методом которое регенерируется, а осадок золота и серебра с катодов механически снимают и собирают в отходы. Контроль качества электрохимической полировки проводят по внешнему виду поверхности деталей. В ювелирном деле контролируют толщину снятого слоя / в среднем 1-2 мкм/. При декоративной отделке поверхность металла должна быть блестящей. После электрополировки литьевых изделий на поверхности изделий могут быть обнаружены трещины или раковины, которые не были замечены до проведения этих операций. Появление указанных дефектов не связано с процессом полирования. Они имелись на поверхности металла, но были скрыты в результате предшествующих операций, например: поры при литье, механического полирования, прокатки, вальцовки, при которых происходит некоторое “ размазывание” поверхностного слоя металла. В процессе анодной обработки происходит растворение внешнего слоя металла, результатом чего и является выявление скрытых ранее поверхностных дефектов. Нужно отметить, что в некоторых случаях при обработке изделий, работающих в условиях знакопеременных нагрузок /серьги, браслеты, цепи/, выявление скрытых дефектов при электрополировании можно отнести к положительным сторонам этого процесса.

Таблица 1. Составы электролитов и режимы электрохимической полировки изделий из золота типа ЗлСрМ

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector