Остання редакція: 2016-06-16
Тези доповіді
Для фінішної обробки поверхні виробів в промисловості широко застосовуються механічні, хімічні та електрохімічні методи полірування. Полірування механічними методами тонкостінних виробів, а також виробів складної форми проблематично. Полірування хімічними і електрохімічними методами засноване на застосуванні концентрованих багатокомпонентних електролітів на базі агресивних і високотоксичних (сірчаної, ортофосфорної, соляної та ін.) кислот. Висока токсичність електролітів, корозія технологічного обладнання, шкідливі умови праці для обслуговуючого персоналу вимагають великих витрат на забезпечення екологічної безпеки людей і навколишнього середовища, а також утилізацію відходів [1].
В даний час електрохімічне полірування застосовується в наступних випадках:
- як фінішної операції при обробці виробів з корозійностійких сталей, алюмінієвих і мідних сплавів, срібла, золота і гальванічних покриттів, для декоративного оздоблення поверхні, підвищення корозійної стійкості, втомної міцності і зниження коефіцієнта тертя;
- для підготовки поверхні деталей перед нанесенням захисно-декоративних гальванічних покриттів, тощо.
Широка область застосування електрохімічне полірування обумовлена тим, що при обробці відбувається регламентоване по товщині видалення металу і формування поверхневого шару, вільного від дефектів, властивих механічній обробці. Основні переваги методу електрохімічне полірування аналогічні перевагам методу хімічного полірування. Однак електрохімічне полірування має низку істотних недоліків:
- в якості електролітів використовуються розчини концентрованих кислот з добавками шкідливих і токсичних речовин, що призводить до значних витрат на спеціальну вентиляцію і знешкодження шкідливих викидів в навколишнє середовище;
- складність коригування розчинів і їх регенерації;
- складність досягнення заданої точності обробки, обумовлена впливом нестабільності ряду факторів (напруги на електродах, температури, складу і ступеня зашламованості електроліту);
- відсутність надійних способів очищення електролітів від продуктів розчинення в іонному стані.
Електрохімічне полірування являє собою процес анодного розчинення металу на межі розділу «метал-електроліт» при значних щільності зовнішнього анодного струму. Велика кількість факторів, що впливають на процес анодного розчинення металу, зумовило різноманітність гіпотез, що пояснюють механізм електрохімічне полірування.
Дифузійні гіпотези, засновані на переважаючою ролі в'язкої плівки продуктів розчинення в механізмі згладжування поверхні, згідно з якими поверхню анода при електрохімічному поліруванні покривається тонкою плівкою розчину, насиченого продуктами анодного розчинення [2]. При цьому передбачається, що товщина плівки над виступами нерівностей поверхні менша, ніж в западинах, як і електричний опір розчину електроліту в цих областях. Це повинно приводити до збільшення густини струму на виступах і до більш інтенсивного їх розчиненню. Головним фактором, що впливає на швидкість анодного розчинення, є наявність продуктів, що мають значний електричний опір. Передбачається, що максимальна швидкість дифузії спостерігається на виступах, що призводить до їх згладжування.
Пасивні плівки можливо руйнувати за рахунок їх електричного пробою внаслідок крайньої неоднорідності електричного поля і зміни поверхневого натягу плівок на виступах профілю поверхні, але іноді анодне розчинення металу не в усіх випадках супроводжується утворенням на поверхні оксидної плівки. Можливість розчинення металу обумовлено «осциляторним» механізмом, що забезпечує безперервне чергування окислювально-відновних реакцій на поверхні металу. Спочатку виділяється на поверхні анода атомарний кисень окисляє виступи поверхні металу. На виступах утворюється оксидна плівка, яка різко знижує силу струму і починає переважати процес хімічного розчинення плівки, внаслідок якого оголюється металева поверхня. Після цього процес повторюється.
Перераховані вище уявлення про механізм електрохімічного полірування не отримали достатніх експериментальних підтверджень і не відображають характерних особливостей процесу електрохімічного полірування. В'язкий при анодний шар продуктів розчинення відрізняється як за хімічним складом, по так і електричного опору від основної маси електроліту і може досягати значної товщини. При електрохімічному поліруванні в'язкий прианодний шар відіграє велику роль в згладжуванні нерівностей профілю поверхні. Однак згладжування субнерівностей профілю можна пояснити тільки різницею опорів проходженню струму від електроліту до виступів і западин або швидкостей дифузії від цих ділянок профілю поверхні через несуттєвого відмінності в розмірах виступів і западин [3-5].
Для успішного протікання процесу електрохімічного полірування необхідно створювати умови, при яких поглиблення на поверхні анода знаходяться в пасивному, а виступи в активному стані й розчинялися. При цьому густина електричного струму повинна бути середньої величини. Передбачається, що потенціал, необхідній для виділення кисню, досягається раніше в западинах профілю. При виділенні кисню на поверхні западин утворюється тонка пасивуюча плівка, що зменшує розчинення металу. На виступах пасивування плівки відбувається з меншою швидкістю та відповідно виступи розчиняються швидше.
Порівняно менша ступінь пасивації виступів профілю пояснюється більш інтенсивним розчиненням оксидної плівки внаслідок її більшої недосконалості і переважаючої дифузії іонів металу і електроліту. В умовах електрохімічного полірування підвищення відбиваючої здатності поверхні [1] пов'язано із запобіганням травлення металу за рахунок утворення на його поверхні пасивуються плівки оксидного типу.
Поверхнево-активні речовини, з одного боку, є основою для формування в'язкої плівки шляхом взаємодії з продуктами анодного розчинення, а, з іншого боку, адсорбуються переважно в западинах поверхні і на межах кристалітів. Це призводить до виникнення більшого стрибка потенціалу в западинах при накладанні анодного струму і обумовлює їх більш глибоке пасивування, в результаті створюються сприятливі умови для переважного розчинення виступів поверхні.
Таким чином, анодний процес при різних напругах обробки має чисельні області практичного застосування. Обробка в електрогідродинамічному режимі дозволяє виконувати полірування заготовок, виготовлених з різних металів та сплавів, з одночасним притупленням гострих кромок, видаленням оксидних плівок, мінеральних та органічних забруднювачів. Але недостатня вивченість механізму електричної провідності, тісно корелюючого з механізмами видалення металу та формування топографії, та суперечливість наявних експериментальних даних стримують розробку нових високоефективних технологій електроімпульсної обробки, що забезпечують формування поверхні деталей з заданим комплексом механічних властивостей, точності, геометричних параметрів якості та експлуатаційних характеристик.