Электрохимические и химические методы декоративной обработки алюминия и его сплавов (стр. 3 )

При работе с порошками и пудрой сульфата меди (II) следует соблюдать осторожность и не допускать их пыления, необходимо использовать маску или респиратор, а после работы вымыть лицо. Острая токсическая доза при вдыхании — 11 мг/кг. При попадании сульфата меди через дыхательные пути в виде аэрозоли нужно вывести пострадавшего на свежий воздух, прополоскать рот водой и промыть крылья носа.

Хранить вещество следует в сухом прохладном месте, в плотно закрытой жесткой пластиковой или стеклянной упаковке, отдельно от лекарств, пищевых продуктов и кормов для животных, в недоступном для детей и животных месте.

2.2.5. Меди нитрат

Безводный нитрат меди (II) при нормальных условиях — твёрдое кристаллическое вещество белого цвета, хорошо растворимое в воде (124,7 г/100 г H2O при 20 °C; 207,7 г/100 г H2O при 80 °C), этаноле, метаноле, этилацетате, ацетонитриле.

При кристаллизации из водных растворов образует ряд кристаллогидратов: нона-, гекса - и тригидраты. Также известны кристаллогидраты, содержащие 1,5 и 2,5 молекулы H2O.

При контакте с кожей и слизистыми оболочками вызывает раздражение, при попадании в глаза — сильное раздражение с риском помутнения роговицы. Представляет опасность для окружающей среды.

2.3. Методика приготовления раствора для зеркального химического полирования технически чистого алюминия

Пусть необходимо приготовить 10 л (10000 мл) раствора для полировки в соответствии с таблицей 2.

Конкретизируем концентрацию компонентов раствора: H3PO4 экстракционная 28,0 мас.%; H3PO4 30 мас.%; HNO3 5,0 мас.%; H2SO4 15 мас.%; CuSO4·5H2O (в пересчете на Cu2+) 0,10 мас.%; вода – остальное.

Для приготовления раствора будут использоваться следующие реагенты: кислота ортофосфорная H3PO4 экстракционная упаренная осветленная ТУ 2143-002-34179766-97 73%-ная; кислота ортофосфорная H3PO4 термическая ГОСТ 10678 85%-ная; кислота азотная HNO3 концентрированная 98%-ная ГОСТ 857; кислота серная H2SO4 контактная техническая 1-го сорта ГОСТ 2184 92%-ная; купорос медный CuSO4·5H2O марки А первого сорта ГОСТ 19347 с содержанием медного купороса в пересчете на медь 24,94%. Концентрация CuSO4·5H2O в растворе полировки должна быть 0,39 мас.%.

Пусть необходимо приготовить 10 л (10000 мл) раствора в соответствии с табл. 2. Для этого в емкость более 10 л налить 5260 мл воды, растворить в ней 39 г CuSO4·5H2O, а затем последоватетельно, небольшими порциями, при тщательном перемешивании перелить следующие кислоты:

В случае применения других кислот добавляемые объемы будут другими.

3. Совершенствование процесса электрохимического полирования алюминия с помощью электролитной плазмы

[«Совершенствование с помощью электролитной плазмы». , , . Институт проблем энергетики НАН Беларуси, г. Минск].

Важнейшим фактором устойчивого развития является широкое внедрение новых технологических процессов, позволяющих снизить потребление энергии и имеющих более высокие экологические и экономические показатели. К таким процессам можно отнести полировку металлов и сплавов с помощью электролитной плазмы.

В отличие от традиционной электрохимической полировки, в плазменно-электролитной технологии используются экологически безопасные водные растворы, например, солей аммония низкой концентрации (3-6%), которые в несколько раз дешевле токсичных кислотных компонентов. Длительность полировки составляет 2-5 мин, а снятия заусенцев 5-20 с. Для утилизации отработанных электролитов не требуются специальные очистные сооружения. Данный метод позволяет производить обработку изделий по трем основным направлениям:

полирование сложнопрофильных поверхностей ответственных деталей; зачистка заусенцев и скругление острых углов; декоративное полирование металлоизделий.

3.1. Принцип работы установки

плазменно-электролитной обработки металлов

В основе работы установок плазменно-электролитной обработки металлов лежит принцип использования импульсных электрических разрядов, которые происходят вдоль всей поверхности изделия, погруженного в электролит. Совместное воздействие на поверхность детали химически активной среды и электрических разрядов создает эффект полирования изделий. В технологии плазменно-электролитной полировки обрабатываемая деталь является анодом, к которому подводится положительный потенциал, а к рабочей ванне подается отрицательный. После превышения некоторых критических величин плотностей тока и напряжения вокруг металлического анода образуется облако плазмы, оттесняющей электролит от поверхности металла. Происходящие при этом явления не укладываются в рамки классической электрохимии, так как вблизи анода возникает многофазная система металл-плазма-газ-электролит, в которой носителями зарядов служат не только ионы, но и электроны.

Исследованиями установлено, что устойчивость и сплошность ПГО, являясь необходимым условием осуществления процесса сглаживания микронеровностей, определяются совокупностью различных параметров: электрическими характеристиками цепи, тепловыми условиями на обрабатываемой поверхности, молекулярными свойствами электролита и гидродинамическими параметрами жидкости в приэлектродной области.

3.2. Технологические особенности

плазменно-электролитной обработки металлов

К важнейшим условиям формирования ПГО следует отнести величину тепловой нагрузки на обрабатываемой поверхности, чтобы обеспечить режим пленочного кипения. Вследствие этого температурные условия в приэлектродной зоне и в электролите играют существенную роль в процессе полировки металлов и сплавов, причем высокого качества поверхности можно достичь только в определенном диапазоне температур электролита. Эксперименты показали, что при уменьшении температуры электролита ниже 70˚С снижается качество полировки. Например, на поверхности низкоуглеродистой стали образуются темные пятна и появляются разводы. К тем же результатам приводит увеличение температуры электролита выше 90˚С. Кроме того, некоторые электролиты, содержащие соли аммония, соляную кислоту и другие вещества при нагревании свыше 85˚С разлагаются, образуя летучие продукты. Это приводит к необходимости частой корректировки раствора.

Важнейшим параметром, определяющим качество полировки, является рабочее напряжение. Экспериментально установлено, что существует минимальное значение напряжения для каждого металла, ниже которого качество полировки начинает заметно ухудшаться. Были определены минимальные пороговые значения напряжений для полировки различных металлов: нержавеющих сталей – 220 В; меди и медных сплавов – 260 В; алюминиевых сплавов – 270 … 290 В.
Проблема выбора подходящего состава и концентрации электролита, а также рабочих параметров процесса является очень важной и сложной, особенно при полировке многофазных сплавов, таких как углеродистые стали, чугуны, титановые и алюминиевые сплавы, поскольку природа эффекта полирования во многом еще не выяснена. В настоящее время в качестве электролитов применяют монорастворы, или двойные растворы. Тройные и более смеси пока мало изучены. Также используются добавки веществ, радикально влияющие на основные свойства электролита: кинематическую вязкость, коэффициент поверхностного натяжения и электропроводность. Эти вещества меняют условия возникновения пленочного кипения и смещают вольт-амперные границы существования пароплазменной оболочки, в которой полировка собственно и имеет место. При других электрических режимах возникает либо бурное кипение, либо нагрев изделия. Причем в диапазоне параметров, где, например, нержавеющая сталь полируется, то медь ускоренно окисляется, а титан будет нагреваться. По результатам исследований разработаны составы электролитов для полировки низкоуглеродистых, малолегированных сталей, медных сплавов, латуней, хрома.

3.3. Энергетические показатели

плазменно-электролитного способа обработки металлов

С целью снижения расхода электроэнергии изучена возможность экранирования поверхностей различными электроизоляционными материалами и показана эффективность применения экранов из фторопласта. Проведена оптимизация технологии полировки с учетом габаритов и формы изделия, наличия отверстий и полостей, расположения на подвеске, исходного состояния поверхности, состава материала и электролита, позволяющая получать высокое качество поверхности при минимальных энергетических затратах.

Энергосберегающий эффект от оснащения установок новым источником питания и применения двухстадийного режима полировки может составить от 40 до 60% потребляемой электроэнергии по сравнению с используемыми стандартными источниками питания. Для повышения устойчивости пароплазменной подушки в электролит добавляют вещества, влияющие на электропроводность раствора и изменяющие коэффициент поверхностного натяжения, краевой угол смачивания и вязкость. Весьма интересным является вопрос о синергическом действии электролитов, когда, будучи смешанными, два слабо действующих электролита взаимно усиливают эффект полировки.

3.4. Электрофизическая модель процесса

плазменно-электролитного полирования

Для объяснения эффекта полировки в литературе принята электрофизическая модель процесса, т. е. предполагается, что сглаживание шероховатостей осуществляется вследствие микроразрядов на выступах поверхности. Что же касается электрохимических процессов, то они считаются менее существенными. Однако, практика полировки различных металлов показала, что процесс весьма чувствителен к составу электролита. Причем, для каждого металла для получения эффекта полировки необходимо подобрать отдельный (специальный) электролит. Разработаны составы растворов для полировки низкоуглеродистых, малолегированных сталей, медных сплавов, латуней, хрома.