УДК 621.375.826:621

Блощицин М.С. ¹ к.т.н., доц., Гой Р.С.¹, Хорошуля М.В.¹, Скляр А.В.¹, Холявко М.О.¹, Свічкар І.В.¹

¹Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна

полірування мідних сплавів електролітною плазмою

Процеси на активному аноді в електролітичному осередку залежно від прикладеної напруги (при певних параметрах електричного ланцюга) можна підрозділити на п'ять режимів [1]: 1) низьковольтного електролізу (класична електрохімія) - 0÷20 В; 2) комутаційний (переривник Венельта) - 20÷80 В; 3) режим нагріву - 80÷270 В; 4) електрогідродинамічний - 270 - 330 В; 5) режим контактних електричних розрядів - понад 330 В. Кожен з цих режимів в тому або іншому ступені можна використати для обробки та полірування металевих виробів. Низьковольтний електроліз призводить до анодного розчинення поверхні металів і сплавів під дією електричного струму. Закономірності обробки підкоряються законам Фарадея. Вихід по струму в цьому режимі залежно від виду металу або сплаву змінюється від 15-20% (для вольфраму) до 95-98% (для міді).

У комутаційному режимі спостерігається інтенсивне розчинення активного електроду під дією імпульсних електричних розрядів і інтенсивних хімічних реакцій, що протікають в парогазовій оболонці [2]. При дії електролітної плазми на поверхню активного електроду в режимі нагріву і електрогідродинамічному режимі специфічна ерозія анода може бути значною [3]. При цьому існують вузькі області напруги з максимальною швидкістю розчинення, де умовний вихід по струму збільшується в 5-10 разів в порівнянні з низьковольтним електролізним режимом. Якщо в електрохімії розрізняють нерозчинні (інертні: з платини, графіту, іридію) і розчинні (активні) електроди, то при утворенні оболонки з електролітною плазмою це розмежування не діє. Особливості дії електролітної плазми на поверхню активного електроду дозволяють обробляти метали в таких електролітах, в яких при звичайному електролізі вони не розчиняються і вихід по струму дуже малий.

Слід мати на увазі, що електрофізичні і електрохімічні процеси, що протікають в парогазовій оболонці між металевим анодом і електролітним катодом, не завжди супроводжуються електричною ерозією і електрохімічним розчиненням. В деяких випадках [5], залежно від матеріалу анода і складу електроліту, ці процеси призводять до утворення покриттів різної товщини на аноді як в режимі нагріву, так і в електрогідродинамічному режимі. Зокрема, цей ефект знайшов широке застосування для мікродугового оксидування (МДО) деталей з алюмінію, титану і інших металів [6, 7] у електрогідродинамічному режимі. Представляє інтерес вивчення можливості здійснення синхронного полірування в електролітній плазмі металевого анода в електрогідродинамічному режимі.

При реалізації способу поліровки в електролітній плазмі використовують в основному водні розчини солей, при необхідності (залежно від матеріалу активного електроду) - водні розчини кислот і лугів. У разі полірування виробів з міді або мідних сплавів [9] використовують водний розчин амонійних солей, що містять фтористий амоній і амоній лимоннокислий одно-, двух-, тризаміщений і інші склади при температурі електроліту 60-90⁰С.

У режимі нагрівання і електрогідродинамічному режимі електричний струм у прианодній області протікає від анода до електролітного катода через складну систему. Коли поверхневий шар на аноді відсутній, існує перехід: метал-газ-електроліт. Коли ж поверхневий шар суцільний і твердий і може бути провідником або напівпровідником, перехід буде наступним: метал-напівпровідник-газ-електроліт або метал-газ-електроліт. Провідність в цих випадках змінюється від електронної до змішаної: електронною і іонною і далі до іонної. При цьому разом із стаціонарними електричними розрядами, що протікають між поверхневим шаром і електролітом, відбувається те, що розпиляло електроліту з утворенням мікрокрапель, що електризувалися. Останні зменшують величину парогазового шару, що може привести до виникнення і протікання імпульсних розрядів. Ці розряди можуть також виникати і безпосередньо між анодом і електролітом на ділянках, де товщина оболонки стає досить малою. З огляду на те, що режим нагріву в електролітній плазмі використовується в основному для термічної і хіміко-термічної обробки сталевих деталей, синхронне утворення поверхневого шару в цьому режимі на катоді не представляє особливого інтересу.

У результаті електролітно-плазмового полірування з поверхні видаляється кілька мікрометрів найбільш багатого сторонніми включеннями і загазованого шару металу, зникає спрямована анізотропія, придбана в процесі механічної обробки. Видаляється з поверхні в процесі обробки тонкий шар металу перетворюється в нерозчинний гідроксид і може бути легко відділений і утилізовано. Після електролітно-плазмового полірування обробки виробів досить однієї промивної ванни з теплою водою, яка не містить важких металів і інших речовин в концентраціях, що перевищують гранично допустиму. Відпрацьований електроліт також легко утилізується, причому цей процес не вимагає наявності спеціального обладнання, тоді як для промивання деталей, оброблених хімічними і електрохімічними методами в розчинах кислот, необхідно кілька промивних ванн (з наступною нейтралізацією цих кислотних розчинів).

Метод електролітно-плазмового полірування легко піддається механізації і автоматизації в умовах будь-якого виробництва при практично необмеженій ресурсі роботи обладнання. Електролітно-плазмового полірування дозволяє обробляти тонкостінні і складні по геометрії поверхні на порівняно простому обладнанні. Повна автоматизація процесу дозволяє включити його в єдину технологічну лінію при виготовленні виробів і використовувати робочий персонал невисокої кваліфікації. Електролітно-плазмового полірування є багатостадійним технологічним процесом, при якому одночасно відбувається очищення поверхні практично від усіх видів забруднень. Таким чином, електролітно-плазмового полірування можна віднести до перспективних, екологічно чистих технологій обробки.

Список використаних джерел:

1. Дураджи В.Н. Особенности установления электрогидродинамического режима, используемого для полирования металлов в электролитной плазме. / Дураджи В.Н. // Металлообработка. – 2013. – №3. – С. 35–40.

2. Лазаренко Б.Р. Коммутация тока на границе металл-электролит / Лазаренко Б.Р., Фурсов С.П., Факторович А.А., Галанина Е.К., Дураджи В.Н. // Кишинев: Штиинца, 1971. 74 с.

3. Дураджи В.Н. Исследование эрозии анода при воздействии на него электролитной плазмы / Дураджи В.Н., Брянцев И.В., Товарков А.К.// ЭОМ. 1978, (5), 13–17.

4. Куликов И.С. Особенности электроимпульсного полирования металлов в электролитной плазме / Куликов И.С., Ващенко С.В., Василевский В.И.// Вести АН Белоруссии. Серия физико-технических наук. 1995, (4), 18–21.

5. Дураджи В.Н. Нагрев металлов в электролитной плазме / Дураджи В.Н., Парсаданян А.С.// Кишинев: Штиинца, 1988. 216 с.

6. Николаев А.В. Новое явление в электролизе / Николаев А.В., Марков Г.А., Пещевицкий Б.И.// Известия СО АН СССР. Сер. хим. наук. 1977, (5), 32–33.

7. Снежко Л.А. Импульсный режим для получения силикатных покрытий в искровом разряде / Снежко Л.А., Бескровный Ю.М., Невкрытый В.И., Черненко В.И.// Защита металлов. 1980, 16(3), 365–367.

8. Горбатков С.А. Управление технологическим процессом электролитно-плазменного удаления покрытия / Горбатков С.А., Парфенов Е.В., Невьянцева Р.Р.// Вестник УГАТУ. 2003, 4(1), 145–152.

9. Куликов И.С. Электролитно-плазменная обработка материалов / Куликов И.С., Ващенко С.В., Каменев А.Я. // Минск: Беларуская навука, 2010. 232 с.