Электрохимические и химические методы декоративной обработки алюминия и его сплавов (стр. 4 )

В этом случае целесообразно перейти на более низкое напряжение, либо продолжить заключительную обработку в ванне с электролитом другого состава, обеспечивающем тонкое выглаживание поверхности при меньшей плотности тока. При подборе соответствующих составов электролита можно достичь высокого качества полировки за время 90 … 120 секунд. Так, например, на меди и медных сплавах возможно достичь высокого качества полировки за время 60 … 90 секунд.

В настоящее время очевидно, что полировать при напряжении 200 … 220В можно, однако, для этого необходимо повышать концентрацию соли в электролите, а также использовать поверхностно-активные вещества. Интересно, что при резком снижении напряжения плотность тока увеличивается незначительно.

Показано, что для экономии электроэнергии целесообразно использовать двухстадийную технологию полировки, причем, на первой стадии энергосберегающими методами проводят сглаживание грубого рельефа поверхности. После этого применяют финишную энергосберегающую кратковременную импульсную электролитную полировку.

3.5. Сущность двухстадийного метода

импульсной электролитной полировки

На основе проведенных исследований разработан энергосберегающий двухстадийный метод импульсной электролитной полировки, включающий очистку и обезжиривание поверхности на первой стадии и полировку на второй стадии. Обе процесса протекают последовательно и непрерывно в одной и той же ванне, но при разных значениях напряжения. Для реализации данного метода применяется источник питания со ступенчатым переключателем напряжений. 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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Проведенные исследования позволили отработать режимы полировки для широкого класса металлов на установке с новым источником питания со сниженным расходом электроэнергии. Новый источник питания имеет переключатель напряжения с позициями 220 В; 260 В; 320 В, что позволяет выполнять ступенчатую регулировку выходного напряжения в процессе обработки и генерировать напряжение, оптимальное для каждого вида материала. Установлено, что плотность тока в процессе полировки в рассматриваемом диапазоне напряжений (220 … 320 В) практически не изменяется.

Установлено, что процесс полировки носит ярко выраженный электрофизический и электрохимический характер. 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.

Освоение в отечественном производстве энергосберегающей экологически чистой технологии полировки металлов в растворах солей низкой концентрации позволит сэкономить энергетические, материальные и трудовые ресурсы, а также дополнительно решить существенную социальную задачу по значительному улучшению условий труда рабочих и созданию более благоприятной экологической обстановки на предприятиях и в регионе.

4. Электролит для плазменно-электролитного полирования

алюминия и его сплавов

4.1. Принципы плазменно-электролитного полирования

При полировании изделий плазменно-электролитным методом при напряжениях 250 … 350 В вблизи поверхности изделия, являющегося анодом, протекают различные физические и электрохимические процесс, включающие нагрев электролита до 80 … 90˚С, образование парогазовой оболочки вблизи поверхности изделия, разрядные явления в оболочке, протекание электрохимических реакций.

Достижение эффекта полирования возможно при обеспечении необходимых электрохимических условий и режимов протекания физико-химических процессов на обрабатываемой поверхности. Эффект полирования наблюдается только при наличии равенства скоростей окисления и травления образующегося окисла.

Слишком малые добавки глицерина (менее 0,5%) недостаточно изменяют коэффициент поверхностного натяжения раствора, оставляя углубления и полости неиспользованными.

4.2. Аналоги электролита для плазменно-электролитного полирования

алюминия и его сплавов

4.2.1. Электролит с хромовым ангидридом для полирования алюминия

В [ «Обезжиривание, травление и полирование металлов». – Л.: Машиностроение, 1977] содержится описание электролита на основе кислот для электрохимического полирования алюминия, в состав которого входит фосфорная кислота H3PO4 40 … 50 мас.%, серная кислота H2SO4 35 … 40 мас.%, хромовый ангидрид CrO3 5 … 6 мас.%, вода 10 … 14 мас.%. Высокий блеск поверхности металла достигается при температуре 65 … 75˚С и анодной плотности тока от 15 до 70 А/дм2. Предпочтительно вести электролиз при плотности тока 25 … 50 А/дм2 в течение 5 … 10 минут.

Близкий по составу электролит приведен в [ «Справочник по гальваностегии». «Тухнiка», 1976].

При электролизе происходит катодное восстановление шестивалентных ионов хрома до трехвалентных, уменьшение концентрации в растворе кислот и переход в раствор алюминия. В отличие от процесса полирования стали накопление трехвалентных ионов хрома оказывает менее отрицательное влияние на качество полирования алюминия. Однако сопутствующие этому значительное повышение вязкости и снижение электропроводности раствора все же оказывают отрицательное влияние. Поэтому периодически необходимо проводить корректирование электролита анодным окислением трехвалентных ионов хрома. Кислоты добавляют с учетом данных анализа раствора, воду – для поддержания плотности в пределах 1,65 … 1,70 г/см3. Нормальная эксплуатация ванны возможна до накопления в растворе 30 … 35 г/л алюминия. После этого 1/3 …1/2 объема электролита заменяют свежеприготовленным.

Для достижения заданной плотности тока требуется более высокое напряжение на клеммах ванны. Повышение температуры оказывает на приведенные выше параметры обратное влияние. Как при понижении, так и при повышении температуры электролита за пределы допустимых значений качество полировки может значительно ухудшиться. Положительные результаты дает применение в процессе полирования реверсирования постоянного тока. При продолжительности цикла 10 сек., анодного периода 9 сек. и катодного периода 1 сек. достигается хороший блеск и сглаживание микрошероховатостей поверхности. Одновременно за счет катодного периода поляризации металла уменьшается его растворение и, соответственно, увеличивается срок службы электролита.

Однако этот электролит является агрессивным, токсичным и дорогостоящим, вызывает коррозию ванны и оснастки.

4.2.2. Электролит с органической добавкой

для полирования алюминия и его сплавов

Продукт конденсации глицерина и уротропина представляет собой смесь продуктов окисления глицерина и уротропина при их последующей конденсации и полимеризации. Продукты полимеризации состоят из смеси цепочек полимеров различной длины. Продукт конденсации глицерина и уротропина может быть легко синтезирован.

Способ синтеза. В отдельном реакторе растворяют 400 … 450 г уротропина в 250 … 300 г воды, затем добавляют к полученному раствору 650 … 700 г глицерина. Полученный раствор перемешивают, нагревают до кипения при 98 … 200˚С и выдерживают при этой температуре в течение 1,0 … 1,5 час.

Электролит полирования готовят следующим образом. Сначала в подогретой до 80 … 90˚С воде растворяют необходимое количество тринатрийфосфата и соды кальцинированной. После их растворения вводят необходимое количество продукта конденсации глицерина и уротропина. Раствор после растворения продукта конденсации приобретает коричневатую окраску. Корректировку продуктом конденсации глицерина с уротропином производят из расчета 1 г на 120 А·час/л пропускаемого через ванну электричества.

Пример 1. Изделие из алюминиевого сплава марки Д16 обрабатывают в электролите, состав которого приведен в таблице 4.2.2.2.

при плотности тока 3 А/дм2, напряжении 24 В, температуре 75˚С. Продолжительность обработки составляет 10 минут. После проведения обработки на поверхности изделия получают серую пленку с радужными переливами. Имеющиеся мелкие заусенцы вокруг выполненных в теле изделия отверстий с острыми кромками после проведения обработки снимаются. Коррозионная стойкость при нанесении на поверхность изделия капли раствора состава K2Cr2O7 30 г/л, HCl 250 г/л составляет до исчезновения пленки 60 сек. Изменение высоты микронеровностей от Ra = 1,6 до Ra = 1,50. Весовые потери металла составляют 0,027%.

Пример 2. Изделие из алюминиевого сплава АК8 обрабатывают в электролите, состав которого приведен в таблице 4.2.2.3.

при температуре электролита 85˚С, плотности тока 2 А/дм2, в течение 8 мин и напряжении 12 В. После полировки на поверхности изделия получают светло-серую пленку с радужными переливами. Имеющиеся мелкие заусенцы на острых кромках и углах детали снимаются. Коррозионная стойкость полученной пленки при нанесении на поверхность изделия капли раствора состава K2Cr2O7 30 г/л, HCl 250 г/л составляет до момента ее снятия 55 сек. Изменение высоты микронеровностей от Ra = 1,28 до Ra = 1,20, весовые потери металла 0,0712%.