Электрохимическое полирование

При электрохимическом полировании происходит сглаживание поверхности и усиление ее блеска. Обрабатываемые изделия, погруженные в электролит необходимого состава, подключаются к положительному полюсу источника питания (аноду) [7].

Сглаживание микрошероховатостей поверхности при анодном полировании связано с наличием на металле пассивирующей пленки, если эти шероховатости минимальны и находятся на уровне субмикрорельефа. Сглаживание шероховатостей определяется количеством электричества, пропущенного через электролит и, следовательно, количественными изменениями в прианодном слое. В ходе электролиза происходит также уменьшение высоты микровыступов и округление их вершин с переходом к волнообразному микрорельефу. В этом случае сглаживание шероховатостей вызывается неравномерностью вторичного распределения тока по микрорельефу поверхности и концентрационными изменениями в прианодном слое электролита. Эффективность влияния процесса на свойства металлов и сплавов связана с их составом, степенью деформации, толщиной обрабатываемой детали.

Электрохимическое полирование медных сплавов приводит к повышению их усталостной прочности, это особенно заметно для нейзильбера, При одинаковом классе шероховатости коэффициент трения у электрохимически отполированных стальных образцов в 2,5...4 раза ниже, чем механически полированных, при этом соответственно изменяется и износостойкость [8].

Электрохимическое полирование увеличивает стойкость металлов (особенно нержавеющей хромоникелевой стали) к коррозии. Улучшаются также магнитные свойства электротехнической стали и пермаллоя за счет снижения коэрцетивной силы и потерь на перемагничивание, т. к. удаляется наклеп и дефектные поверхностные слои. Электрохимическое полирование используют также для повышения качества магнитных головок с сердечником из сендаста, для восстановления их магнитных свойств, нарушенных предварительным механическим полированием [9].

Электрохимическое полирование применяют для обработки труб, пружин, турбинных лопаток, инструмента, ряда деталей, работающих в условиях трения и знакопеременных нагрузок, для декоративной отделки ювелирных изделий. При применении электрохимического полирования для снижения шероховатости необходимо учитывать, что на деталях не должно быть глубоких рисок, забоин, раковин, так как они не устраняются при электрохимической обработке. Наиболее значительный блеск поверхности достигается на небольших деталях, причем плоские поверхности полируются хуже, чем цилиндрические [5].

Электрохимическое полирование проводится в обычных гальванических ваннах с обязательным плотным контактом подвесного приспособления с деталями и электродной штангой. Ленты, проволоку, трубы обрабатывают при непрерывном их протягивании с подачей тока на обрабатываемое изделие по биполярной схеме. При стационарном расположении деталей в электролитной ванне наиболее долговечны приспособления из титана, которые не разрушаются в электролитах. Для надежного электрического контакта приспособления с деталью рекомендуется образующуюся на них при анодной обработке оксидную пленку периодически удалять в разбавленной серной кислоте.

При осуществлении процесса электрохимического полирования в электролитах, содержащих органические соединения надо строго следить за температурой электролита, так как ее превышение приводит к разложению органических компонентов.

При определении режима полирования стали, как и многих других металлов, учитывают, что повышение плотности тока приводит к снижению выхода металла по току и интенсифицирует процесс сглаживания микрошероховатостей. Увеличение продолжительности процесса приводит к пропорциональному возрастанию съема металла. Процесс электрохимического полирования характеризуется высокой скоростью сглаживания в первые минуты электролиза, затем она резко снижается.

Основой промышленных электролитов для полирования служат ортофосфорная, серная или хлорная кислоты. В хлорно-кислых электролитах обрабатываются алюминий, цинк, свинец, титан. Однако, водные смеси хлорной кислоты с уксусным ангидридом характеризуются повышенной пожароопасностью, требуют при приготовлении и эксплуатации точного соблюдения температурного режима и используются поэтому весьма ограниченно [8].

В трехкомпонентных фосфорно-серно-хромовокислых электролитах обрабатывают стали различных марок, в фосфорно-сернокислых – нержавеющие стали аустенитного класса – 12Х18Н9Т, Х17Т9АНЧ. Для полирования нержавеющих сталей аустенитного класса используют следующие электролиты и режимы обработки:

– ортофосфорная кислота – (70...65) % (масс), серная кислота – (25...27) %, вода – (10...20) % при плотности тока (60...80) А/дм², температуре – (60...80)° С, напряжении – (10...15) В в течение (5... 10) мин;

– хлорная кислота (пл. 1,6 г/см³) – 50 мл, уксусная кислота (ледяная) – 1000 мл при плотности тока – (40...80) А/дм², температуре – (18.. 25) °С, напряжении – (45...60) В в течение (0,2... 1) мин.

Стали аустенитно-мартенситного, мартенситного и мартенситно­ферритного классов полируют в растворе:

– ортофосфорная кислота – (45...40) % (масс), серная кислота – (25.. 27) %, хромовый ангидрид – (4.5) %, вода – (26-28)%. Обработка ведется при плотности тока (35...60) А/дм², температуре электролита – (65-80)° С, напряжении – (10-15) В в течение (5...10) мин.

Для высокоуглеродистых и низколегированных сталей применяется следующий раствор: ортофосфорная кислота – ортофосфорная кислота – 60% (масс.), серная кислота – 20%, сульфоуреид – (1,0...1,7) г/л, вода – 20%, обработку ведут при плотности тока – (100...300) А/дм², напряжении – (18...20) В в течение – (5... 10) мин. [8].

Для повышения стойкости к коррозии рекомендуется после электрохимического полирования обрабатывать стальные детали в течение (15...20) минут при (60...70)° С в 10 % растворе NaOH. После проведения электрохимического полирования перед последующим нанесением гальванопокрытия необходимо для улучшения адгезии произвести активирование детали в (3...5) % растворе НСl [8].

Полирование меди и ее сплавов производят в растворах фосфорной кислоты с добавками хромового ангидрида или органических соединений. По мере накопления в растворе меди она частично оседает на катоде и выпадает в осадок. Введение в электролит органических соединений, например, алифатических спиртов, повышает интенсивность блеска и предотвращает травление металла. Электрохимическое полирование меди и ее сплавов проводят в электролитах следующего состава (г/л):

- ортофосфорная кислота – 700... 1300, бутиловый спирт – 80... 100 при плотности тока – (15...50) А/дм², температуре – (18...30)° С, напряжении – (8... 15) В в течение (2... 10) мин;

- фосфорная кислота – 900... 1300, амидосульфаниловая или тиоугольная кислота – 3...6 при плотности тока (15...50) А/дм², температуре – (18...40) °С, напряжении – (8...12) В в течение (2...10) мин.

В процессе электрохимического полирования на поверхности образуется тонкая оксидная пленка, недостаточная для предохранения полированной поверхности от коррозии. Поэтому детали после полирования кратковременно анодируют, в результате чего коэффициент отражения света уменьшается.

Для повышения стойкости к коррозии медные сплавы после электрохимического полирования обрабатывают в течение (1...2) мин в растворе, содержащем (70... 100) г/л К₂Сr₂О₇ и (1,5...3,0) г/л H₂SO₄ [10].

В качестве катодов для различных электролитов используют свинец, алюминий, сталь 12Х18Н9Т.

Из вышеизложенного следует, что электрохимическое полирование широко используется в промышленности в виду своей универсальности, возможности одновременной обработки достаточно большого количества изделий, относительной простоте используемого технологического оборудования и приспособлений, высокого качества обрабатываемых поверхностей. Однако электрохимическое полирование имеет и ряд недостатков: многооперационность процесса; применение многокомпонентных и агрессивных растворов, требующих постоянной корректировки и точного поддержания технологических режимов; необходимость дополнительной обработки в специальных растворах для предотвращения коррозии обработанных поверхностей