Файл: Де Барр, А. Е.pdf

и нитрата дает равномерную поверхность, без углублений и высту­ пов на границах зерен.

Считают, что при повышенной плотности тока, например более 100 А с м - 2 , на многих металлах и сплавах можно получить бле­ стящую поверхность. На практике не всегда возможно достичь такие высокие плотности тока на всей поверхности детали, по­ этому обработка отдельных участков происходит при плотностях тока меньше этой величины; на таких участках высота микроне­ ровностей будет больше.

Для обработки хромоникелевых сплавов типа нимоник 90 можно использовать соляную кислоту или смесь раствора соли и серной кислоты. При этом получается равномерная и блестящая поверхность. Солевой электролит, дающий менее удовлетворитель­ ную шероховатость поверхности, может быть улучшен путем до­ бавления сульфата или нитрата натрия.

Титан. Детали из титана особенно трудно обрабатываются электрохимическим методом, так как на их поверхности обра­ зуется вязкая окисная пленка, которая препятствует растворению металла. Считают, что разрушение пленки в результате точечной коррозии происходит примерно при 12 В в растворах хлорида и при более низких напряжениях в растворах бромида и иода. Для обработки титановых сплавов необходимо применять относи­ тельно высокие напряжения, например 40 В, но при этом может происходить ценообразование, повышающее шероховатость по­ верхности.

Практический опыт обработки титана невелик. Электролит^ используемый в США, представляет собой раствор плавиковой, соляной и азотной кислот, концентрация каждой из которых составляет примерно 10% по объему. Такой раствор используют в лабораториях, но для широкого применения он непригоден. Электролит на основе хлорида натрия и соляной кислоты обеспе­ чивает получение удовлетворительной шероховатости поверх­ ности, но на участках с низкой плотностью тока наблюдается то­ чечная коррозия.

Кобальт-хром-вольфрамовые сплавы (стеллиты). Эти сплавы износостойки при повышенных температурах, и их часто исполь­ зуют для изготовления штампов. В настоящее время гравюры штампов обрабатывают электроискровым методом, но электро­ химическая обработка не только производительнее, но и обеспе­ чивает качество поверхности, не требующее ручной доводки. Ко­ бальт-хром-вольфрамовые сплавы обычно поставляются в форме отливок, и, следовательно, структура их дендритная. По этой причине было невозможно подобрать электролит, который обеспе­ чивает ровную блестящую поверхность, но электролит на основе нейтральных солей дает практически приемлемую шероховатость поверхности.

Вольфрамокобальтовый сплав также используют для изго­ товления штампов (его получают путем прессования и спекания

смеси порошков карбида вольфрама и кобальта), а также для металлорежущего инструмента. Так как карбид вольфрама с ко­ бальтом образуют механическую смесь, карбид и кобальт следует удалять с одинаковой скоростью для обеспечения удовлетвори­ тельной шероховатости поверхности. Следовательно, необходимо применять электролиты, состоящие, по крайней мере, из двух компонентов соответственно для растворения карбида вольфрама и кобальта.

Сильные щелочные электролиты растворяют карбид вольфрама при соответствующем потенциале; обычно используют каустиче­ скую соду или карбонат натрия, который менее опасен в обращении. Кобальт растворяется при наличии «амина», например триэтаноламина, или в присутствии более сложной молекулы, например радикала партрата (соли или эфиры винной кислоты). Для полу­ чения шероховатости порядка 0,25 мкм рекомендуются следующие составы растворов: 197 г - л - 1 триэтаноламина, 50 г-л ~г каустиче­ ской соды, 100 г л - 1 хлорида натрия или 168 г - л - 1 виннокислого натрия, 60 г - л - 1 каустической соды, 50 г - л'- 1 хлорида натрия. Счи­ тают, что многокомпонентные электролиты способствуют равно­ мерному растворению различных компонентов сплава, например при обработке твердосплавной пластинки, припоя и державки инструмента.

Молибден в катионной форме не образует устойчивых солей, но окись молибдена растворяется в щелочах и образует молибдаты. Для обработки этого металла обычно используют щелочные растворы, типовой электролит содержит 150 г л - 1 каустической соды. Попытки использовать электролиты на основе нейтральных солей привели к образованию черного осадка, возможно М о 2 0 3 , содержащего трехвалентный молибден, который может осаждаться на катоде. Однако в щелочных электролитах валентность металла, вероятно, равна шести.

4. БЕЗВОДНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ

Электролиты для электрохимической обработки обычно пред­ ставляют водные растворы неорганических веществ, но электро­ литические процессы возможны и в других жидкостях. Напри­ мер, электроосаждение может происходить в любой органической жидкой среде или расплавленных солях, но эти среды позволяют осаждать только такие металлы, как алюминий и титан. Прин­ ципиальной особенностью электрохимической обработки является удаление металла анода без значительного осаждения металла на катоде, и обычно для этого используют водные растворы электро­ литов. Тем не менее остановимся на применении и безводных электролитов. Существует три типа безводных электролитов: 1) растворы в безводных растворителях как неорганических, например жидкий аммоний, так и органических, например спирт; 2) расплавленные соли, например хлорид натрия; 3) газообразные

электролиты или жидкости, которые могут быть превращены в пары в результате изменения окружающей температуры или давления.

менее вода растворяет многие вещества, и эти растворы электропроводны в зависимости как от концентрации и степени ионизации

талла в раствор с меньшими затратами энергии. Другие раство­

рактеристики некоторых растворителей, которые в отдельных случаях могут заменить воду.

За исключением синильной кислоты, диэлектрические по­ стоянные всех жидкостей значительно ниже, чем диэлектрическая постоянная воды, и поэтому степень ионизации растворенного вещества должна быть меньше, чем воды.

Растворитель, подобный жидкому аммонию, имеет гораздо более низкую вязкость, чем вода, и поэтому электропроводность электролита часто выше, когда растворителем является жидкий аммоний, а не вода. Как электропроводность, так и степень ио-

низации веществ, растворенных в органических растворителях, значительно ниже, чем при растворении в воде. В этих раствори­ телях также возможны анодные электродные реакции, и при ис­ следованиях электролиза в жидком аммонии и других электро­ литах, приготовленных на органических растворителях, были за­ регистрированы 100%-ные выходы по току. Тем не менее оче­ видно, что нет значительного преимущества в использовании этих растворителей при электрохимической обработке. В дополнение к обычным затруднениям прокачки возникают проблемы токсич­ ности и воспламеняемости растворителей, и более того, возможное применение аммония и двуокиси серы в жидкой форме потребует значительного изменения температур и давлений, необходимых для электрохимической обработки.

Расплавленные соли. В твердом состоянии многие соли иони­ зированы, и, следовательно, в расплавленном состоянии они проявляют свойства электролитов. Вязкость расплавленных солей обычно такая же, как и водных растворов, но электропровод­ ность, например, расплавленного хлорида натрия в 20—30 раз больше, чем растворенного в воде при температуре 20° С.

Электролиз расплавленных солей является неотъемлемой частью получения таких металлов, как алюминий. Характерной особенностью электролиза расплавов является то, что при опре­ деленных плотностях тока электролит больше не смачивает по­ верхность анода и между анодом и расплавом образуется слой газа. Тогда может возникнуть искрение, что ухудшает поверхность анода. Обычно в расплавах солей используют угольные аноды; искрение будет неблагоприятно влиять на любую попытку осу­ ществить электрохимическую обработку в расплавленных солях. При электролизе расплавов перенапряжение осаждения металла на катоде очень низкое, так что осаждение может быть значитель­ ным, необходимы чистота расплавов и поддержание нужной температуры окружающей среды. Хотя соли, подобно хлориду натрия, плавятся при высоких температурах, порядка 800° С, эвтектические смеси могут иметь более низкую температуру плав­ ления, например 250° С. Однако точность электрохимической обработки при этих температурах, вероятно, низка, и в детали могут происходить нежелательные прижоги. Выбор материала

и хотя расплавленные электролиты имеют некоторые теоретиче­ ские преимущества, их практическое применение при электро­ химической обработке затруднено.

температурах сжатые водяные пары смогут растворять такие твердые вещества, как соли щелочных металлов. Когда плот­ ность растворов достигает 0,2—0,3 г - с м - 3 , сверхкритические