Файл: Де Барр, А. Е.pdf

Электролиты для электрохимической обработки представляют собой водные растворы неорганических соединений. Большинство из применяемых электролитов вызывают коррозию металлов, так что в отличие от обычных станков электрохимические станки должны быть спроектированы с учетом стойкости их элементов против коррозии. Следовательно, в конструкции станков, где только возможно, необходимо использовать неметаллические ма­ териалы, например пластики. Однако, когда первостепенное зна­ чение приобретает прочность или жесткость, необходимо использо­ вать металлы с защитой их пластиками или краской в виде покры­ тий. Опыт эксплуатации станков показывает, что для таких эле­ ментов, как зажимы детали и подвижные части поршневых, плун­ жерных или ротационных насосов, неметаллические покрытия применять нельзя; поэтому нужно знать антикоррозионные свой­ ства применяемых металлов.

В приложении IV приведены данные о стойкости различных металлов против коррозии в кислотных, нейтральных и щелочных электролитах. Табл. IV. 1 в этом приложении, составленная по материалам каталогов, показывает, что материалов, стойких про­ тив двух кислотных растворов, очень мало, в то время как диапа­ зон материалов, пригодных для использования в нейтральных и щелочных растворах, гораздо шире, а сплавы, в частности хастеллой или его эквивалент лангаллой 5R, устойчивы против всех агрессивных сред. Результаты экспериментов, изложенные в табл. IV.2 (приложение IV), подтверждают хорошие эксплуата­ ционные качества сплава лангаллой 5R и титана в кислотном элек­ тролите.

Восемь неметаллов, включенных в табл. IV.2, стойки против коррозии, но многие из них оказывается поглощают электролит. Плексиглас и жесткий поливинилхлорид, которые не были иссле­ дованы, также могут быть использованы для изготовления электро­ химических станков. Там, где прочность имеет меньшее значение, можно рекомендовать полиэтилен и полипропилен. Чистые термо­ пласты, которые содержат реактивные наполнители, прочны и обладают большей жесткостью, чем только что рассмотренные тер­ мопластические материалы. Другие термопласты на основе поли­ эфира и эпоксидных смол, армированные стеклом, также могут находиться в контакте с растворами.

Табл. 10.1 служит руководством по материалам, которые можно использовать для покрытия" металлов, подвергающихся корро­ зионному воздействию электролитов при электрохимической обра­ ботке. Кроме того, покрытия должны быть стойкими против исти­ рания и случайных повреждений. Важна и электрическая изоля­ ция, так как должно обеспечиваться сопротивление изоляции до 30 в без пробоя.

Органические покрытия для защиты металлов от коррозии при электрохимической обработке

Кроме материалов, перечисленных в табл. 10.1, в качестве удов­ летворительной защиты можно применять и другие, но для этого нужны предварительные исследования. Тот, кто применяет покры­ тия для защиты металлов, должен иметь подробную информацию о методах нанесения покрытий, оптимальной толщине и их надеж­ ности. Хорошо подготовленная поверхность является одним из основных факторов, определяющих срок службы покрытия. До нанесения покрытия поверхность металла тщательно очищают с помощью дробеструйной обработки или химического травления. Жидкие покрытия можно наносить кисточкой, распылением или

тами — электростатическим или пламенным распылением. Тол­ щина покрытия зависит от применяемого материала и должна быть такой, чтобы к поверхности металла не было доступа электро­ лита. Во многих производственных процессах коррозия сводится к минимуму, но когда в электролиты для электрохимической обра­ ботки добавляют ингибиторы, то они могут оказывать вредное влияние на обработку. Например, добавление азотнокислого натрия в рассол хотя и уменьшает коррозию низкоуглеродистой стали, но снижает производительность обработки стальных дета­ лей. Другим ингибитором, добавляемым в солевые растворы, является хромат натрия; но при обработке стали хромат, вероятно,

быстро расходуется на окисление образующихся ионов железа. Опыт с применением ингибиторов на органической основе для кис­ лотных электролитов показывает отсутствие стабильности электро­ химической обработки на высоких плотностях тока.

Учитывая эти общие замечания, рассмотрим три основных элемента электрохимического станка, которые наиболее подвер­ жены коррозии:

1) рабочие поверхности, близко расположенные к катоду и об­ рабатываемой детали (рабочая камера н базовые поверхности де­ тали и приспособления);

2) конструктивные элементы станка, удаленные от рабочей камеры, например станина, державка инструмента и т. д.;

3) вспомогательное оборудование, в которое входит насос для подачи электролита и трубопроводы (рабочая камера и базовые поверхности детали и приспособления).

Когда электролит протекает по поверхности детали, как, на­ пример, при формообразовании лопаток, то его поток необходимо ограничить до размеров рабочего зазора. В этом случае направля­ ющие для потока и фактически вся рабочая камера могут быть из­ готовлены из блоков акрилового пластика или плексигласа. Этот материал не реагирует с растворами кислоты и щелочи, и рабочая камера может быть достаточно жесткой, чтобы выдержать давление электролита. Этот же материал может быть использован тогда, когда электролит подводится перпендикулярно поверхности детали и отводится через полый электрод, как при прошивке отверстий с ре­ версированием потока. При обработке без реверсирования потока электролит подается через полый электрод и при выходе из зазора находится под атмосферным давлением. В этом случае ограждение является только предохранением от разбрызгивания и конструк­ ция его может быть не жесткой; например, лист из полиэтилена окажется вполне удовлетворительным. В некоторых случаях рабо­ чую камеру желательно изготовлять из металла. Для этих целей можно использовать низкоуглеродистые стали при условии, что внутренние стенки будут надежно защищены. Покрытия из смолы должны быть надежными, и в этом случае можно рекомендовать нерастворяющиеся эпоксидные смолы. Чтобы довести до минимума коррозию рабочей камеры, когда станок не работает, желательно в конце обработки промывать ее водой. Электроды иногда проекти­ руют таким образом, чтобы уплотняющие кольца под давлением электролита прижимались к поверхности детали и инструменту, обеспечивая полную герметизацию рабочей зоны, без применения дополнительных ограждений.

Материал, используемый для изготовления зажимов детали во время обработки, подвергается анодному травлению, и поэтому лучше использовать титан вследствие его анодной пассивности. Образцы, в которых прошивались глубокие отверстия, были за­ жаты в титановый блок: через это приспособление к образцам под­ водился ток и в процессе обработки поверхность титана не подвер138

галась травлению. Другим примером могут служить титановые патроны, применяемые при электрохимической заточке.

Такие элементы, как головки болтов, могут быть защищены органическими покрытиями, например, полиэтиленом или эпоксид­ ными смолами.

В присутствии электролита на разнородных металлах, находя­ щихся в контакте, особенно когда станок не работает, может наблю­ даться сильная биметаллическая коррозия. Поэтому важно, чтобы контактирующие металлы не очень отличались по своим электро­ химическим потенциалам. Например, металлы, находящиеся в кон­ такте, должны быть подобраны таким образом, чтобы напря­ жение образующегося гальванического элемента не превышало 0,25 В.

Конструктивные элементы станка. Рабочая камера, в которой находятся инструмент и деталь, содержит значительный объем электролита, способного вступить в контакт с элементами станка, благодаря неизбежному разбрызгиванию его и осаждению на неза­ щищенные поверхности. Коррозия может быть значительной из-за свободного доступа воздуха к поверхности металла, а также спо­ собности осевшей жидкости к испарению, что, в свою очередь, повышает концентрацию коррозионной среды.

Элементы станка, находящиеся в непосредственной близости от рабочей камеры, могут быть изготовлены из коррозионностойкого материала, например, нержавеющей стали, но их, вероятно, лучше делать из чугуна или низкоуглеродистой стали и защищать краской или пластмассовым покрытием. Защитные покрытия на большие поверхности наносятся щеткой или распылением. В ка­ честве примера можно привести хлоркаучук, который на подготов­ ленную поверхность металла наносят в следующем порядке: грун­ товка, нижнее и верхнее (последнее) покрытия. Толщина всего покрытия приблизительно равна 0,25 мм. Эпоксидные и полиуретановые покрытия также оказываются удовлетворительными. Необходимо часто мыть стенки, так как немногие покрытия обес­ печивают полную защиту в течение длительного времени. Направ­ ляющие станков, например электрохимического токарного и про­ шивочного, покрывают смазкой, которая защищает открытые по­ верхности, и ее защитные свойства могут быть повышены добавле­ нием ингибиторов.

Дополнительным методом защиты базовых поверхностей в ра­ бочей камере станка является наложение небольшого электриче­ ского потенциала в таком направлении, что вся конструкция при­ обретает более положительный потенциал, тем самым уменьшая возможность возникновения коррозии. Этот метод, известный под названием катодной защиты, широко используют для защиты длинных трубопроводов, проложенных под землей; он заключается в сдвиге потенциала защищаемой конструкции по сравнению со вспомогательным анодом с получением отрицательных значений с помощью внешней э. д. с.

Вспомогательное оборудование. Насос электрохимического станка может быть центробежного типа; рабочее колесо и кожух могут быть изготовлены из графита, керамики или нержавеющей стали, но покрытие металла не исключается, так как покрытия устойчивы к сильной турбулентности. Поршневые плунжерные или ротационные насосы необходимо изготовлять с повышенной точностью для получения удовлетворительных характеристик; их обычно не защищают покрытиями, так что в этом случае нужно использовать коррозионностойкие материалы. Довольно стойким считается сплав ланголлой 5R, но даже низкая скорость коррозии его в кислотных растворах может быть достаточно большой, чтобы сильно повлиять на работоспособность определенных типов насо­ сов, например поршневых.

Когда используют нейтральные растворы, можно применять такие материалы, как нержавеющая сталь, монель, орудийные стали и определенные типы алюминиевой бронзы. Насосы, изго­ товленные из титана, могут непрерывно пассивироваться анодным потенциалом, и небольшой центробежный насос с анодным потен­ циалом проработал вполне удовлетворительно в горячем 50%-ном водном растворе серной кислоты. Незащищенный титан корроди­ рует в этой среде со скоростью примерно 25,4 мм-год"1 , цо нало­ жение небольшого положительного потенциала уменьшает кор­ розию до 0,002 мм - год - 1 . Расход энергии при этом составляет только 3 Вт на 100 м2 погруженного титана.

Резервуары для электролита изготовляют из пластических материалов, например полиэфира или эпоксидных смол, армиро­ ванных стекол или даже из полиэтилена, в тех случаях, когда не важна прочность. Более высокую прочность, однако, обеспечивают стальные или бетонные резервуары, облицованные поливинилхлоридом или смолой.

Трубопроводы, выдерживающие максимальные давления 0,6 кгс-см"2 , изготовляли из жесткого поливинилхлорида, нотам, где требуется эластичность, оказался пригодным пластифициро­ ванный поливинилхлорид, армированный нейлоновыми кольцами. Эти материалы также можно с успехом использовать при работе под высокими давлениями при условии применения жестких соеди­ нений; для очень высоких давлений рекомендуется, например, стальной трубопровод, облицованный синтетической смолой.

Клапаны изготовляют из поливинилхлорида, но для более вы­ сокой прочности предпочитают металлы. Титан или ланголлой 5R пригодны для кислотных электролитов, а нержавеющая сталь, монель и некоторые медные сплавы — для солевых растворов. Можно использовать также обычные металлы, но при условии, что изнутри они должны быть покрыты стеклом или хлорированным полиэфиром, известным под названием «пентон».

Фильтры для очистки кислотных электролитов целесообразнееизготовлять из керамических материалов, а для солевых растворов из коррозионностойких фиброматериалов, например стеклоткани.