Применение электрохимической обработки материалов в машиностроении.

Электрохимическими способами обработки материалов условно принято называть группу новых методов электротехнологии, которые применяются для удаления материала с обрабатываемых поверхностей, его переноса, формообразования деталей или структурных преобразований, осуществляемых с помощью электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки.

В большинстве новых методов используется преимущественно процесс анодного растворения, т. е. перехода металла, помещаемого в электролизер в качестве анода, из металлического состояния в различные неметаллические соединения. При этом вначале металл анода переходит из металлического состояния в ионное путем отдачи металлом электронов:

Мe⁰+nе→Меⁿ⁺,

где n - число единичных зарядов.

Затем происходит образование различных металлических соединений, состав которых определяется химическим составом электролита или продуктов электролиза. В растворах кислот

Meⁿ⁺+nR^-→Me(R)_n,

где R - кислотный остаток (анион), например С1^-, SO₄^2- и т. д.

При растворении железа в соляной кислоте

Fe²⁺+2Cl-→FeCl₂

В нейтральных и щелочных растворах

Меⁿ⁺+nОН^-→ Ме (ОН)_n .

Например,

Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂

Анодное растворение в нейтральных электролитах сопровождается образованием гидратов оксида металла Ме(ОН)n, которые практически не растворяются в электролите, выпадают в осадок, пассивируют растворяемую поверхность и забивают межэлектродный промежуток. Для удаления из зоны обработки выпавшего осадка электролиту придается большая скорость движения в межэлектродном промежутке, что позволяет выполнять обработку при повышенных плотностях тока (до сотен ампер на квадратный сантиметр), поскольку при этом происходит интенсивное охлаждение электролита.

При электрохимической обработке металлов в кислых растворах, когда продукты реакции достаточно хорошо растворимы в электролите, плотности тока относительно невелики (2…3 А/см²) и обработка производится в стационарном либо медленно переме­шиваемом электролите.

По этим признакам операции электрохимической обработки подразделяют на две группы:

- электрохимическая обработка при невысокой плотности тока в стационарном электролите;

- электрохимическая обработка при высокой плотности тока в протечном электролите.

На рис. 9.3 показана схема электрохимической обработки в стационарном электролите для наиболее типичной операции - электролитического шлифования или полирования.

При прохождении электрического тока через электролит 3 и электроды 8 и 5 происходит растворение поверхности анода в электролите и образование продуктов растворения 6. Они задерживаются в углублениях поверхности анода и изолируют ее от прохождения тока по всей поверхности, сосредоточивая силовые линии тока 7 на незащищенных участках поверхности анода. Выступы растворяются быстрее впадин, в результате чего происходит сглаживание поверхности изделия - ее полирование.

 

 

Рис. 9.3. Схема электрохимической обработки в стационарном электролите:

1-источник питания; 2-регулятор тока; 3-электролит; 4-ванна; 5-обрабатываемое изделие; 6-продукты растворения; 7-линии тока; 8-электрод.

 

Принципиальная схема процесса электрохимической обработки в проточном электролите (рис. 9.4) работает следующим образом. Обрабатываемую деталь 1 устанавливают относительно электрода-инструмента 2 с зазором, через который прокачивается электролит. Деталь подключена к положительному полюсу и является анодом, а электрод-инструмент - катодом.

 

Рис. 9.4. Схема электрохимической обработки в проточном электролите проточном электролите.

 

При прохождении электрического тока по цепи электрод - инструмент - электролит - анод последний под действием происходящих электрохимических процессов растворяется, при этом на нем осуществляется копирование формы электрода-инструмента.

Электрохимическим способом могут проводиться следующие операции:

- очистка поверхности металла анодным травлением от оксида ржавчины, жировых пленок и других загрязнений. Ее производят путем анодного растворения поверхности изделия.

- заострение и затачивание режущего инструмента, изготовление игл из цилиндрических прутков. Это выполняется за счет создания на режущем лезвии и острие повышенных плотностей тока.

- профилирование металлических заготовок. При этом способе обрабатываемое изделие помещено внутрь катода. Анодное растворение происходит интенсивнее в участках, более близких к катоду.

- гравирование и маркирование по металлам. На изделие, которое является анодом, наносят слой воска, лака или другого изолирующего вещества. Анодное растворение происходит в тех местах, где металл обнажен.

- изготовление сеток (аналогично электрохимическому гравированию). Сетку-рисунок наносят изолирующим составом на поверхность анода. Она предохраняет металл от растворения. Обнаженные участки внутри лаковой сетки растворяются.

- изготовление листового металла малой толщины путем анодного растворения.

9.10. Нанесение металлопокрытий и анодирование. Процесс нанесения металлопокрытий на поверхность изделий методом электролиза называется гальванотехникой. В свою очередь, гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.

Гальваностегия — электрохимическое нанесение металлов на металлические изделия с целью повышения их механической прочности, антикоррозионных свойств и декоративных качеств.

Гальванопластика — электрохимический процесс нанесения металлов на шаблоны, применяемые при изготовлении штампов различных изделий (музыкальные пластинки-диски, типографские клише, статуи и т. д.). При нанесении металлов шаблоны (из воска, гипса, дерева и т. п.) предварительно покрывают слоем графита для придания их поверхностям электропроводности.

Анодирование - процесс получения оксидных антикоррозионных покрытий на поверхности металлических изделий путем их анодной обработки в соответствующих растворах. Оно широко применяется для защиты от коррозии изделий из алюминия, маг­ния и их сплавов. При анодировании на поверхности алюминия образуется двойной оксидный слой: верхний - толстый пористый слой и нижний - тонкий плотный. Алюминиевая оксидная пленка обладает хорошими антикоррозионными и электроизолирующими свойствами.

Для обеспечения достаточной прочности сцепления металлопокрытия с основным металлом поверхность последнего подвергается специальной очистке различными методами: механическим (шлифование, полирование), электрохимическим (обезжиривание, травление), а также ультразвуковой обработке.

Ванны для металлопокрытий изготовляют из стали и изнутри футеруют пластмассами. По бортам ванн на изоляторах монтируют анодные и катодные шины, присоединяемые к источнику питания постоянного тока. На катодные шины подвешивают изделия, на анодные - пластины металла, которым покрывается изделие. Находящийся в ванне электролит подогревается установленным на дне ванны змеевиком, по которому циркулирует горячая вода. Иногда ванны изготовляются с двойной стенкой - паропроводящей рубашкой.

Ванны могут быть включены в цепь последовательно, если для процесса электролиза требуется одинаковый ток. В этом случае контроль за работой ванн осуществляется с помощью одного амперметра. Если же ванны работают с переменной нагрузкой, то каждая из них подключается к источнику питания параллельно и каждая снабжается амперметром.

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 124; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!