Исследование влияния состава электролита и режима ЭПО на физико-механические свойства обработанных поверхностей металлов

3.1 Влияние состава электролита при электролитно­плазменной обработке на качество поверхности

На основе анализа литературных данных [36] и опубликованных по даннойтематике работ нами сформулированы основные требования, которымдолжны удовлетворять рабочие растворы для электролитно-плазменной обработки:

- электропроводность раствора не ниже 0,02 Ом^-1 см^-1;

- соль, используемая для приготовления электролита, должна обладать возможностью разлагаться либо возгоняться при температурах, не превышающих (300...400)° С;

- быть нетоксичным;

- иметь низкую стоимость.

Как следует из анализа [37, 38], в качестве рабочих растворов для полирования металлических поверхностей можно использовать галогенсодержащие водные растворы или растворы солей, имеющие кислотный остаток (NH₄CI, NH₄NO₃, NH₄I, NH₄F, NaCl, Na₂СО_з, Na₂S0₄, (NH₄)₂SO₄).

Наиболее распространены водные растворы хлористого натрия, достоинства которого – в низкой стоимости и длительной работоспособности. Последнее объясняется тем, что хлористый натрий непрерывно восстанавливается в растворе [37]. Исходя из этих данных, основными компонентами электролита, разработанного для подготовки поверхностей из углеродистых сталей, были NaF, NaCl и NH₄CI. Помимо этого в раствор добавлялись различные органические и поверхностно-активные вещества (ПАВ) с целью изучения их влияния на физико­-механические свойства.

В качестве исследуемого материала использовалась конструкционная сталь марки 08кп. В соответствии с поставленной в диссертационной работе задачей было исследовано влияние состава электролита на микротвердость, шероховатость и отражательную способность обрабатываемых поверхностей [39,40].

Процесс обработки проводился при следующем режиме:

- рабочее напряжение – 275 В;

- время обработки – 5 мин.;

- температура электролита – (60...90)° С

- плотность тока – (1,5...4,0) А/см².

Добавление в электролит ПАВ типа ОС-20 или ОП-10 не дало положительныхизменений в характеристики качества обрабатываемой поверхности, поэтому цифровые значения здесь не представлены. При добавлениив раствор технического глицерина и ацетона получены данные по увеличениюотражательной способности (60%), микротвердость уменьшиласьпо сравнению с необработанной поверхностью, но находиласьв пределах (1000... 1100) МПа при любых концентрациях NaCl врастворе.Как показал анализ результатов проведенных экспериментов, необходимопостоянно контролировать концентрацию данных веществ в электролите ипроводить своевременную корректировку, поскольку, как былозамечено, при проведении ЭПО, под действием высоких температур происходитиспарение и выгорание данных веществ, что приводит к ухудшениюкачества обрабатываемых поверхностей. Результаты экспериментовсведены в табл. 4.1 и показаны на рис. 4.1.

Таблица 4.1 Зависимость микротвердости, отражательной способности и шероховатости поверхности стали от состава электролита

Рис.4.1– Влияние состава электролита на микротвердость поверхностей

Из представленных данных видно, что на качество полирования сталей наибольшее влияние на все свойства оказывают NaCl и NH₄С1. Анализ результатов показывает, что электролитно-плазменная обработка стали в этих электролитах позволяет улучшить отражательную способность на порядок и выше: с 7 % до 80 %. Максимальная величина отражательной способности получена при обработке в растворе NaCl с добавлением 1-2 г/л NH₄CI (рис. 4.1, а).

Из табличных данных и зависимостей, представленных на рис.4.1,б видно, что с увеличением NaCl в растворе уменьшается шероховатость поверхности (R_a = 0,25). Минимальные величины шероховатости дает обработка в растворе NaCl без добавок, либо с добавлением глицерина, но при этом несколько снижается блеск поверхности по сравнению с обработкой в растворах, содержащих (1... 2) г/л NH₄CI.

Микротвердость поверхностного слоя стали после ЭПО уменьшается на (30...40) %. Менее заметно понижение микротвердости при добавлении в электролит технического глицерина и 3 г/л NH₄CI, но при этом ухудшаются показатели шероховатости и отражательной способности.

Таким образом, из приведенных данных видно, что используя различные составы электролита и добавки, можно в значительной степени варьировать свойствами обрабатываемой поверхности. Для обработки углеродистой стали 08кп оптимальным по составу является электролит на основе NaCl и NH₄CI.