Файл: Де Барр, А. Е.pdf

переходят в раствор и могут осаждаться на катоде. Эти изменения означают, что электролит имеет определенный срок службы, который может быть ограничен вследствие необходимости: 1) под­ держивать постоянную электропроводность для ускорения про­ цесса и обеспечения точности обработки; 2) предотвращать оса­

Кислотные электролиты. Когда металл переходит в раствор, его ионы сразу же получают возможность мигрировать через зазор к катоду под действием градиента потенциала. Однако быстрый поток электролита, параллельный зазору, отклоняет ионы от их нормальных путей, и расчет показывает, что линейная скорость потока порядка 6,6 м сек"1 достаточна, чтобы предотвратить осаждение ионов металла, удаленных с плоской детали длиной 25,4 мм, на катод таких же размеров, находящийся на расстоянии 0,25 мм. Однако, несмотря на то, что в таких условиях у ионов металла не будет возможности для осаждения на катоде, эти нежелательные условия хотя и редко, но возникают, так как раствор обычно циркулирует, и таким образом ионы повторно поступают в зазор. Более того, зазор не всегда имеет ровную и правильную форму, поэтому высокие скорости потока не всегда предотвращают нежелательное катодное осаждение.

Хотя ионы металла могут разрядиться и осадиться на катоде почти сразу же в начале обработки, неблагоприятные последствия этого не проявляются мгновенно. Так, в экспериментах с 0,2%-ной углеродистой сталью при использовании разбавленной соляной кислоты обработка шла стабильно до тех пор, пока содержание шлама не достигло примерно 6 г - л - 1 . Более высокая загрязнен­ ность вызвала ухудшение качества поверхности металла и изме­ нение межэлектродного зазора, т. е. разницу размеров попереч­ ного сечения полости и катода (рис. 6.1). Эти неблагоприятные

ких нитей или нитеобразных кристаллов, осажденных на катоде, даже если загрязнение никелем составляет только 2,5 г л - 1 . В соответствии с накопленным опытом в США считается, что обработка железа и сплавов на основе никеля в серной кислоте удовлетворительна только в том случае, если концентрация шлама ниже 2,6 г л - 1 .

Загрязнение железом 5 г л - 1 в 6%-ном водном растворе серной кислоты нейтрализует только 15% присутствующей кис­ лоты, поэтому когда этот электролит отработал, потребуется большое количество нейтрализатора. Более того, низкий коэффи­ циент использования электролита заставляет применять очень большие рабочие резервуары. Например, при растворении 16,3 см3

электролита. При указанной плотности тока такое количество металла удаляется за 7,5 мин, и, следовательно, расход элек­ тролита составляет 225 л - ч - 1 .

Существуют различные способы увеличения эффективного срока службы кислотных электролитов. Самым простым является использование электролита до тех пор, пока загрязнение не до­ стигнет уровня, выше которого происходит значительное осажде­ ние. Осажденный первоначально тонкий слой может составить

Загрязнение железа

Рис. 6.1. Влияние повторного использования 2%-ного раствора соляной кислоты на обработку стали, содержа­ щей 0,2С

исходную базу для дальнейшего осаждения и при замененном рас­ творе.

Во'время электролиза водных растворов на катоде выделяется водород, а при использовании кислотных электролитов возникает процесс катодного разряда между ионами металла, удаленными с^детали, и ионами водорода. Если бы процесс заключался только в разряде водорода, то осаждения металла на катоде могло бы не произойти. Чтобы достичь этого, нужно поддерживать высокий уровень кислотности электролита, например, путем периодиче­ ского добавления минеральных кислот.

Если нужно поддержать разряд ионов водорода, чтобы свести до минимума возможность осаждения металла, необходимо пони­ зить перенапряжение водорода.

: Если обычный катод сделать анодом на короткое время, то можно удалить любой нежелательный осажденный металл. Этот метод имеет два недостатка: удлиняется общее время обработки и может быть изменена форма катода. Несмотря на эти недостатки, опыт показывает, что реверсивный ток, наложенный при низком потенциале, может удалять осадок с катода без анодного раство­ рения самого .электрода.

Электролиты нейтрального типа. В этих электролитах кон­ центрация ионов металла регулируется химическими соединениями типа гидроокиси, следовательно, металл на катоде не должен осаждаться. Тем не менее в момент образования гидроокиси, вероятно, находятся в тонкодисперсной и, возможно, коллоидной форме, они могут осаждаться как на положительно заряженной поверхности детали, так и на катоде.

Следовательно, растворы нейтрального типа имеют значитель­ ное преимущество по сравнению с кислотными растворами. Однако накопление гидроокисей рано или поздно будет влиять на процесс обработки. Поэтому возникает необходимость в удалении шлама до прохождения его через зазор.

Срок службы электролита зависит от конкретных условий, например скорости прокачки. Одни специалисты утверждают, что нейтральные электролиты могут достигать пастообразной кон­ систенции, прежде чем их заменять, в то время как другие считают, что допустимо загрязнение железом до 1%. Для обработки спла­ вов на основе железа были рассчитаны сравнительные данные для кислотного и солевого электролитов с добавлением лимонной кислоты. Первый электролит работал удовлетворительно при содержании железа до 2,6 г - л - 1 , а из комплексного электролита железо оседало на катод-инструмент при содержании его в элек­ тролите только 1 г - л - 1 . Следовательно, нейтральные растворы, свободные от добавления примесей, меньше подвергаются загряз­ нению тяжелыми металлами, чем кислотные или электролиты нейтрального типа, состоящие из нескольких компонентов.

Г л а в а 7

ПЕРЕРАБОТКА ИСПОЛЬЗОВАННЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

I . ОЧИСТКА ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Очистка электролитов необходима для удаления частиц, по­ павших в них случайно или образовавшихся в процессе обработки. К таким частицам относятся интерметаллическне соединения, находящиеся в металле анода и переходящие в электролит при его растворении, а также гидроокиси металла. Эти частицы могут задерживаться в зазоре и даже перекрывать его. Если частицы электропроводные, то возможны короткие замыкания между ано­ дом и катодом. Следовательно, необходимо защитить зазор от попадания в него твердых частиц. Так как обычно величина зазора составляет 0,25 мм, то можно использовать фильтр, задержива­ ющий все частицы, имеющие несколько меньшие размеры. Опыт показал, что набор керамических фильтров, установленных в си­ стеме подачи электролита между насосом и рабочим зазором, удовлетворяет этим условиям и не требует частой очистки. Средний диаметр отверстий таких фильтров, которые нашли широкое применение при экспериментальных работах, составляет 5 мкм.

Преимущество таких фильтров заключается в том, что они обеспечивают циркуляцию какой-то части или всей гидроокиси, содержащейся в электролите нейтрального типа. Обычно при электрохимической обработке образующаяся гидроокись металла циркулирует с электролитом, однако зазор должен иметь необ­ ходимую защиту. Фильтры должны задерживать крупные твердые частицы и в то же время обеспечивать прохождение через них частиц гидроокиси. Так как наличие этих частиц в циркулиру­ ющем электролите может повлиять на точность обработки, полная очистка загрязненного электролита в некоторых случаях очень важна.

Однако фильтры, необходимые для задержания гидроокиси тяжелых металлов, которые выпадают в осадок при использова­ нии электролитов нейтрального типа, должны обеспечивать более тонкую очистку по сравнению с теми, которые применяют для задержания крупных частиц. Для нерастворимой гидроокиси металла, образующейся в быстроциркулирующем электролите, времени для коагуляции недостаточно и, следовательно, величина ее частиц мала. Поэтому гидроокиси обычно занимают большой объем и быстро закупоривают поры фильтров. По этой причине 92

давление при прохождении электролита через фильтр и расход электролита значительно уменьшаются.

Фильтрация под давлением. Применяют как периодические, так и непрерывные методы фильтрования электролита под давле­ нием. При первом методе электролит используют в течение опреде­ ленного периода времени, а затем фильтруют. Следовательно, скорость фильтрования, которая должна быть как можно выше, в этом случае не зависит непосредственно от скорости электро­ химической обработки.

Примером периодического фильтрования может служить очистка в течение 8 ч 1800 л электролита, загрязненного при обра­ ботке на токе 1000 А за такой же период времени. При этом воз­ можны скорости фильтрации в диапазоне 0,05—0,075 л - ч _ 1 - с м ~ 2 , зависящие от характера и количества присутствующих в электро­ лите твердых частиц. Исходя из этого выбирают соответствующую площадь фильтра из расчета 0,4 м2 на 100 А мощности станка. Количество твердых частиц в электролите, подвергаемом периоди­ ческой очистке, может быть сравнительно большим, и поэтому более уместным ограничивающим фактором является пропускная способность фильтра с учетом его засоренности уже задержанными частицами. Потребность в частом сливе электролита увеличивает простои оборудования, даже если используют автоматическое сливное оборудование; в любом случае нужна запасная установка для фильтрования

Процесс непрерывного фильтрования характеризуется высо-. кими скоростями очистки электролита, соответствующими ско-' ростям образования продуктов анодного растворения. Характерны скорости порядка 3600 л - ч - 1 на 1000 А рабочего тока. Скорость непрерывного фильтрования может быть гораздо выше, чем перио­ дического, вследствие того, что в этом случае содержание шлама в электролите меньше. Площади для оборудования непрерывного фильтрования, например, с фильтрами активной площадью 4,5 м2 на 1000 А рабочего тока гораздо больше, чем для оборудования периодического фильтрования.

Вспомогательные агенты обычно значительно улучшают степень фильтрации циркулирующей жидкости. Эти агенты включают активное вещество, способное связывать частицы шлама, и содер­ жат либо двуокись кремния, либо целлюлозу. Их можно приме­ нять как фильтрующий слой в дополнение к сетке и как контроли­ руемые добавки к циркулирующей жидкости.

Разделение центрифугированием возможно с помощью гидро­ циклона, состоящего из полого конического ротора, в который под давлением вводят суспензию. Быстрое вращение ротора с суспензией образует два вихря: наружный вихрь с осевой со­ ставляющей потока, направленной к верху сосуда, и внутренний вихрь с противоположным направлением движения радиального потока. Более тяжелые твердые частицы перемещаются наруж­ ным вихрем к отверстию в верхней части циклона и удаляются

разница незначительна, и сначала сомневались в необходимости применения центрифуг в производстве. В настоящее время многие установки оснащены центрифугами для очистки элек­ тролита.

Успешно используют центрифуги с механизированной вы­ грузкой шлама. Когда пространство для шлама в роторе запол­

и цикл повторяют. Последовательность операций можно контро­ лировать автоматическим устройством. Работа центрифуги по

ходимо знать мощность и характер работы электрохимического станка. Скорость образования осадка при очистке электролитов нейтрального типа при отстаивании и центрифугировании пока­ зана на рис. 7.2.

Другие методы очистки. Существует метод удаления частиц путем подачи охлаждающей жидкости на поверхность переме­ щающейся бесконечной фильтрующей ленты, например бумаги. Когда поры филвтрующей ленты забиваются и уровень раствора несколько повышается, рулон поворачивается и фильтрование происходит через новый чистый участок бумаги. Очиститель та­ кого типа, изготовленный из нержавеющей стали, имеет произ­ водительность 900 л - ч - 1 , и его применяют для очистки электроли­ тов при электрохимическом сверлении.

В некоторых случаях процесс очистки основывается на ис­ пользовании особых свойств осаждаемых твердых веществ. Напри­ мер, когда обрабатываются сплавы, из которых железо переходит