При электрохимической обработке растворение анода происходит за счет его окисления и перехода в ионное состояние с образованием гидратов окислов металлов, которые удаляются потоком электролита. На катоде происходит процесс восстановления с выделением газообразного водорода.
Упрощенную схему анодного растворения в общем виде можно представить следующим образом.
Процесс происходит в среде электролита. Электролиты — это водные растворы кислот, щелочей и солей, обладающих ионной проводимостью. Чаще всего используются электролиты на основе нейтральных солей, таких как NaNO3, Na2SO4, NaСl, NaClO4, KNO3 и др., так как они более безопасны и менее агрессивны чем растворы кислот и щелочей.
Рисунок.7 Электрохимическая размерная обработка
При растворении в воде, например, азотнокислого натрия NaNO3 происходит диссоциация на катионы Na+ и анионы NO3-, которые обладают ионной проводимостью. При подключении источника постоянного тока в электрическую цепь (источник постоянного тока – электрод – электролит – второй электрод) происходит отвод электронов с поверхности положительного электрода (анода), устраняются электрические силы, удерживающие ионы металла, которые начинают переходить в раствор. Для железа можно записать
Fe — 2e Fe+2.
Образующийся ион железа связывается с гидроксид-ионом (OH)-, образуя гидрат закиси железа Fe(OH)2, затем кислородом окружающей среды происходит дальнейшее окисление двухвалентного железа до трехвалентного с образованием гидрата окиси железа Fe(OH)3, который не растворяется в воде и выпадает в осадок, называемый шламом.
Fe+2 + 2OH- Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + O2 + 2Н2О 4Fe(OH)3
На катоде происходит выделение водорода, образовавшегося в результате электролиза воды
Н2О + е Н(г) + ОН-
Молекулы воды разряжаются на катоде, образуя атомы водорода, которые в виде газа уходят из раствора
Н + Н Н2
Кроме основных реакций при определенных условиях на аноде может выделяться газообразный кислород.
2ОН — 2е Н2О + 1/2О2
В процессах ЭХРО электролит, протекающий через МЭЗ, уносит гидроокислы металлов Ме(ОН)n, которые образуются при поступлении в раствор ионов Ме+n с поверхности растворяемого анода и накоплении в растворе ионов ОН- за счет разряда молекул Н2О.
Электрический ток в электролитах
... происходит, если вместо медных взяты цинковые электроды, а электролитом служит раствор цинкового купороса ZnSO4. Цинк также будет переноситься с анода на катод. Таким образом, разница между электрическим током в металлах и жидких проводниках заключается в ...
Для каждого из металлов выпадение осадка гидроксида Ме(ОН)n происходит при определенных значении активности ионов Ме+n и ОН- в электролите.
Количество превращенных веществ при электролизе
mр = Э I t, где
mр – теоретически рассчитанная масса выхода
Э — электрохимический эквивалент (определяется для каждого металла и опубликован в
I – сила тока проходящего через электроды.
t – время прохождения тока.
Электрическая энергия расходуется не только на растворение, но и на побочные реакции. Например, на нагрев электролита, на электрическое сопротивление токоподводов и т.д. Поэтому фактическое растворение анода определяется коэффициентом выхода по току.
A = mф : mр 100%
mф- фактический выход вещества в реакции
mр – теоретический выход вещества в реакции
Скорость электродного процесса определяется скоростью наиболее замедленной стадией процесса, вызывающей электродную поляризацию. Поляризация – отклонение потенциала электрода от его равновесного значения при прохождении тока через этот электрод. В зависимости от потенциала поляризации металла, а также ряда других параметров процесса, возможны различные механизмы растворения металла. Электродная поляризация может достигать больших значений за счет анодной пассивации металла. Переход металла в пассивное состояние определяется как явление, которое характеризуется резким торможением процесса анодного окисления.
Натрий азотнокислый представляет собой белый порошок, допускается иногда с сероватым или желтоватым оттенком; гигроскопичен, хорошо растворим в воде. Для приготовления электролита лучше использовать натрий азотнокислый технический, выпускаемый по ГОСТ 828-77.
Для электрохимической обработки стальных деталей применяется 15-18%-ный раствор натрия азотнокислого NaNO3.
Образующийся при ЭХРО шлам с увеличением его концентрации в электролите изменяет его вязкость и электропроводность, влияющие на качественные показатели процесса, поэтому требует периодической его замены. На основе опыта эксплуатации станков для ЭХРО пригодность электролита для продолжения работы определяется следующим образом: если в емкости с электролитом шлам занимает 2/3 его объема после отстоя в течение 24 часов, то необходима его замена или очистка от шлама. Шлам из электролита может удаляться с использованием центрифуг или пресс-фильтров.
Очищенный электролит можно использовать, проведя его корректировку до необходимой концентрации. Если такой возможности очистки электролита нет, особенно при его малых объемах, то возможен слив электролита в гальванические стоки предприятия, подвергающиеся нейтрализации и очистке.
4. Основные операции, выполняемые электрохимическим способом
4.1. Очистка поверхности металлов анодным травлением от окислов, ржавчины, жировых пленок и других загрязнении.
При анодном растворении поверхности изделия вместе с металлом удаляются все загрязнения на ней (окислы, ржавчина, жировые пленки).
Очищенная поверхность обычно шероховата. Электролит — растворы кислот или солей. Операция применима для различных металлов и сплавов.
Производство алюминия, цветных металлов
... 80-х годов прошлого столетия химические способы производства алюминия были вытеснены электролитическим. Основоположниками электролитического способа производства алюминия являются Поль Эру во Франции и ... способа получения алюминия, в частности были исследованы двойные системы фторид алюминия - фторид натрия, криолит - глинозем, явления растворимости алюминия в электролите, анодный эффект, ...
4.2. Заострение и затачивание режущего инструмента; изготовление игл из цилиндрических прутков.
Создавая на режущем лезвии или острие повышенную плотность тока и соответственно располагая это лезвие относительно катода, (рис. 8) значительно интенсифицируют анодное растворение этих участков, утончая и заостряя их. Характер заострения зависит от первоначального угла заточки и расположения изделия относительно катодов. Электролитом служат растворы кислот.
Рис. 8. Принципиальная схема обработки в стационарном электролите электрохимического заострения: 1 — ванна; 2 — электролит; 3 — катод; 4 — механизм подачи; 5 — подвод тока; 6 — заостряемый стержень
4.3. Катодное снятие окалины с поверхности стальных изделий в расплавах солей.
Металлический натрий, выделяющийся на поверхности катода при электролизе
4.4. Глянцевание и полирование металлических поверхностей.
При анодном растворении металла в соответствующем
Рис. 9. Принципиальная схема обработки погружением в растворы:
1 — изолирующий корпус (кожух); 2 — выход охлаждающей (взгревающей) жидкости; 3 — внутренняя ванна (облицовка); 4 — нагреватели (электроспираль, трубчатый змеевик); 5 — отсос паров к газов; 6 — подача воздуха; 7 — электроды; 8 — заготовка; 9 — вход охлаждающей (нагревающей) жидкости; 10 — выход перемешивающего газа (воздуха); 11 — рабочая жидкость (электролит)
4.5. Гравирование и маркирование по металлам.
Анодное растворение поверхности изделия
Рис. 10. Электрохимическое профилирование:
1 — катод; 2 — анод-изделие
4.6. Изготовление листового металла малой толщины.
Контролируя по времени и току процесс анодного растворения листового металла, доводят толщину последнего до нескольких микронов. Электролит — растворы кислот. Операция применяется для чистых однородных металлов.
4.7. Электрохимическое прошивание отверстий проводится по принципиальным схемам.
В зависимости от формы и размера отверстий несколько различаются типы инструмента и характер подач (рис. 11).
Отверстия круглой формы можно получать как при использовании неподвижного инструмента (имеющего только движение подачи), так и вращающегося. Вращение повышает точность обработки и улучшает условия подачи электролита.
Рис. 11. Принципиальные схемы электрохимического прошивания отверстий в проточном электролите (а, в, г, д — инструменты с различной шириной рабочего торцового пояска; б — обработка трепанирующим
Накатывание поверхностей. Применяемый инструмент. Правка и рихтовка ...
... обработке сталей, 1,5-2 мм/об при обработке бронзы, 2-2,5 мм/об при обработке латуни и алюминия. Плашки представляют собой инструменты призматической формы с развернутыми витками резьбы на рабочей поверхности. ... пластической деформации заготовки. При этом резьбонакатный инструмент вдавливается в заготовку, формируя впадины резьбы, а вытесненный металл образует ее вершины. Накатка резьбы производят ...
1 — заготовка-анод; 2 — инструмент-катод; 3 — изоляция; 4 — подача электрода и электролита; 5 — зазор
На схемах рис. 9 показаны некоторые варианты конструкций трубчатых инструментов для электрохимического прошивания круглых отверстий. Отмечается, что наилучшие результаты получены при использовании инструмента с цилиндрическим пояском (рис. 9, а) — с увеличением ширины пояска боковой зазор 6 и чистота боковых поверхностей возрастают, но увеличивается конусность отверстия. Оптимальное значение ширины пояска составляет 1—1,2 мм Da = 150 а/см 2 , магнитный сплав ЮНД-4, подача инструмента 2,5 мм/мин.
При обработке некруглых отверстий применяются
Величина 5 колеблется в зависимости от конкретных условий.
Прямоугольное отверстие и инструмент для этого, показанные на рис. 10, соответствуют случаю прошивания отверстия в стали 38ХМЮА при подаче 1 мм/мин и d = 0,375 мм.
Для предотвращения потерь энергии и обеспечения заданной точности боковые поверхности трубчатых инструментов-катодов при
4.8. Электрохимическая обработка поверхностей вращения,
производящаяся конформным электродом-инструментом, но без физического контакта с обрабатываемой поверхностью осуществляется по различным схемам рис. 12, характеризующимся наличием относительного перемещения заготовки и катода и прокачкой электролита в зазоре между ними. Чаще вращательное движение сообщается заготовке.
Рис. 12. Электрохимическая обработка тел вращения по различным схемам:
- а, б — обточка с продольной подачей коническим и цилиндрическим инструментом;
- в, ж — обточка с поперечной подачей;
- д, е — расточка с продольной подачей;
- г — расточка с поперечной подачей;
- 1 — деталь;
- 2 — инструмент
Плотность тока при рассматриваемой операции можно доводить до 100 а!см 2 , получая точность обработки 0,01 — 0,05 мм .
4.9. Электрохимическое разрезание заготовок или деталей
проводится по принципиальной схеме рис. 13, причем инструмент — тонкий металлический диск — не имеет физического контакта с разрезаемой поверхностью, а находится от нее на расстоянии бокового зазора 6, заполненного движущимся электролитом.
Рис. 13. Обработка тонким диском (а, б, в, г различные варианты расположения):1 — вращающийся диск; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — направление подачи; 4 — зазор
При электрохимическом разрезании на станке ЭЗ-23 магнитных и твердых сплавов и скорости диска Vp = 40 м/сек достигается производительность соответственно 3 и 1 мм/мин. Износ диска отсутствует.
5. Преимущества электрохимической обработки
- отсутствие износа электрода — инструмента;
- не зависят от физико-механических свойств обрабатываемых материалов;
- электрохимическая обработка является финишной операцией при обработке закаленных или термообработанных до требуемой твердости сталей и сплавов и не требует последующей механической и термической обработки;
- отсутствие изменения структуры поверхностного слоя;
- отсутствие температурного воздействия на обрабатываемую поверхность, что позволяет сохранить исходную структуру обрабатываемого материала и его фазовый состав;
- отсутствие механического контакта инструмента с заготовкой исключает деформацию обрабатываемого материала и позволяет производить обработку с высокой производительностью и точностью деталей точных механизмов и приборов из высокопрочных сталей и сплавов, малогабаритных деталей где требуется высокая точность и качество обработанной поверхности;
- отсутствие заусенцев на обработанной поверхности детали;
- в отличие от механических способов обработки металлов и сплавов (резание, фрезерование, шлифование) электрод-инструменты могут быть изготовлены из любых токопроводящих материалов, имеющих невысокие физико-механические свойства (медь, бронза и другие материалы), в том числе, полученные методом гальванопластики;
- электрохимическая;
- метод электрохимической обработки обеспечивает в десятки раз большую производительность, чем электроэрозионная обработка, при более высоких показателях по точности.
- Обработка осуществляется на низких (менее 12В) напряжениях с использованием водных электролитов (водных растворов нейтральных минеральных солей малой концентрации), что позволяет повысить электробезопасность труда операторов и исключить возможность возникновения пожара в зоне обработки.
