Полирование с применением переменного тока
Электрохимическое полирование стали с применением переменного тока промышленной частоты было впервые предложено Тайямой и другими японскими исследователями [83], которые разработали электролиты и режимы для полирования стали различных марок. Экономическая эффективность этого способа обусловлена возможностью более рационально использовать объем ванны за счет одновременной обработки деталей на двух (при питании однофазным током) или трех (при питании трехфазным током) штангах. За счет исключения выпрямителей повышается коэффициент полезного использования тока. Полирование часто идет при более низком напряжении, чем при питании ванны постоянным током.
Механизм полирования металлов в случае применения переменного тока отличается тем, что частичная активация поверхности происходит не под влиянием одного из компонентов электролита или не только при его участии, а под влиянием периодической катодной поляризации металла. При этом не должна полностью происходить депассивация металла, так как она повлечет за собой процесс травления. Катодная поляризация служит весьма сильным фактором депассивации и это, по-видимому, является причиной того, что обычные электролиты почти не используются для полирования с применением переменного тока, так как в них происходит травление металла.
Основой большинства электролитов, рекомендуемых для полирования стали переменным током, являются концентрированные растворы фосфорной кислоты, которые, как известно, характеризуются большой вязкостью. Обращает на себя внимание наличие в этих электролитах добавок органических соединений. Полирование стали переменным током в растворе фосфорной кислоты, содержащем органические соединения, ведут при более низкой температуре, чем при использовании постоянного тока. Понижение температуры электролита уменьшает растворимость пассивирующей пленки.
Можно предполагать, что образующийся с участием органических соединений на поверхности анода адсорбционный слой является дополнительным препятствием к депассивации металла в период катодной поляризации. Повышенная вязкость исходного раствора, еще больше возрастающая в прианодном слое за счет образования комплексных соединений металла с органическим компонентом, затрудняет диффузию активирующих составляющих из массы электролита к аноду, что также способствует замедлению процесса депассивации металла в катодный период. Исходя из этих представлений, можно объяснить отмечаемую в литературе повышенную чувствительность процесса полирования с применением переменного тока к структуре обрабатываемого металла. Сплавы, имеющие гомогенную структуру, по-видимому, будут лучше полироваться с применением переменного тока, чем сплавы с неоднородной кристаллографической структурой, более склонные к депассивации.
Для полирования углеродистых сталей предложены следующие электролиты и режимы работы [83]:
| 1. | Фосфорная кислота (плотность 1,7 г/мл) | 1000 мл |
| Щавелевая кислота | 30 г | |
| Желатина | 40 г | |
| Плотность тока 20—120 А/дм2. Температура до 60° С. | ||
| 2. | Фосфорная кислота (плотность 1,7 г/мл) | 1000 мл |
| Щавелевая кислота | 40 г | |
| Винная кислота | 15 г | |
| Желатина | 10 г | |
| Плотность тока 8 А/дм2. Температура комнатная. | ||
| 3. | Фосфорная кислота (плотность 1,7 г/мл) | 1000 мл |
| Желатина | 1 г | |
| Плотность тока 10—20 А/дм2. Температура комнатная. | ||
| 4. | Фосфорная кислота (плотность 1,7 г/мл) | 1000 мл |
| Уксусный ангидрид | 150 мл | |
| Желатина | 10—20 г | |
| Плотность тока 8 А/дм2. Температура 18—20° С. | ||
| 5. | Фосфорная кислота (плотность 1,7 г/мл) | 1000 мл |
| Серная кислота (плотность 1,84 г/мл) | 50 мл | |
| Глицерин | 400 мл | |
| Плотность тока 60—150 А/дм2. Температура до 50° С. | ||
| 6. | Фосфорная кислота (уд. вес 1,5) | 1000 мл |
| Едкое кали | 10 г | |
| Молочный казеин | 30 г | |
| Плотность тока 4—8 А/дм2. | ||
Напряжение на ванне при электролизе переменным током, в зависимости от применяемого электролита, составляет 5—20 В.
Для приготовления электролита 1 к фосфорной кислоте прибавляют желатину и после выдерживания в течение суток вводят щавелевую кислоту. При полировании в этом электролите плотность тока увеличивают с повышением содержания в стали углерода. Одновременно сужается область плотностей тока, при которых можно достигнуть блеска поверхности металла. При обработке стали, содержащей 1,54% углерода, не удается получить хорошего качества полирования.
Для приготовления электролита 4 уксусный ангидрид постепенно вводят в фосфорную кислоту, полученную смесь выдерживают в течение суток, после чего добавляют в нее желатину. В этом электролите рекомендуется полировать стали мартенситного класса.
Электролит 3 рекомендован для обработки пружинной стали, электролит 5 — для полирования сталей, содержащих 0,11—0,75% углерода, а электролит 6 — для полирования нержавеющих аустенитных сталей.
Кроме перечисленных, в литературе имеются указания на ряд других электролитов для полирования стали с использованием переменного тока.
По данным [5], блестящую поверхность стали марки СтЗ можно получить, обрабатывая ее переменным током в растворе, содержащем 70—90% массовых долей H3PO4 в течение 5 мин при температуре 20° С и плотности тока 50 А/дм2. В опытах [57] эффект полирования стали ШХ15 достигался только в растворе, содержащем 90% массовых долей H3PO4 в узком диапазоне плотностей тока от 20 до 35 А/дм2. По технологическим характеристикам и качеству обработки поверхности металла процесс полирования стали переменным током в фосфорной кислоте уступает процессу полирования постоянным током в известных промышленных электролитах. Не будь этого, по-видимому, процесс полирования переменным током как более производительный широко использовался бы в промышленности.
Качество полирования и технологические характеристики электролита заметно улучшаются при сочетании фосфорной кислоты с другими компонентами, в том числе органическими соединениями. Для полирования стали предложена смесь фосфорной и серной кислот с добавками ингибиторов кислотной коррозии 1. В наших опытах обработка углеродистой стали в смеси фосфорной и серной кислот с добавкой 10% моноэтаноламина при температуре 18—25° С и плотности тока 20—50 А/дм2 приводила к получению светлой, блестящей поверхности без видимых следов травления. Производственная эксплуатация этого электролита затрудняется вследствие его малой стабильности, вызванной накоплением продуктов анодного окисления моноэтаноламина.
Полирование с применением переменного тока в электролитах, содержащих добавки ингибиторов коррозии или других органических соединений, представляет интерес прежде всего в тех случаях, когда не преследуют цель декоративной отделки поверхности деталей. Как уже было сказано, блеск поверхности металла, достигаемый полированием, будет выше, если при электролизе используют постоянный ток. В других случаях, когда, например, требуется удалить поверхностный нагартованный слой металла или провести подготовку поверхности перед другими технологическими операциями, применение переменного тока может оказаться целесообразным.
1 Авт. свид. № 186822.