Способ электрохимической размерной обработки

 

СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ,согласно котором одновременно осуществляют очистку электролита перед подачей его в межэлектродшдй зазор, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения качества и производительности обработки металлов, образующиз в про цессе обработки растворимые в среде электролита продукты анодного раство рения, путем стабилизации их концент рации, электролит подвергают электро лизу при токе, определяемом по формуле (p23iZi/4i, ЯГ fffИг 7 /У ютмвст ttvmef/fftf , Jt/ev f Pvnf - величина тока при электролизе , А , л величина рабочего тока электрохимической размерной обработки, А , эффективные валентности 2 соответственно осаждения и растворения.металла на электроде , n - выходы металла по току со .ответственно для йроцессов осаждения и растворения. Способ по п.1, о т л и ч а юс я тем, что плотность катодтока электролиза определяют -С, 4 плотность тока осаждения/ предельно допустимая концентрация растворенного вещества коэффициент, завися)ф1й от природы обрабатываенюго металла, типа электролита и гидродинамических условий

(1В (И) СОЮЗ СОВЕТСКИ)(CRIWINI

РЕСПУБЛИК

3 (5В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОИ ЕТЕНИЙ И ОтНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ где

З2

11 ин 4 2 (.=1(Сер где

С„рплотность тока осаждения, предельно допустимая кон(21) 3307445/25-08 (22) 26. 06. 81 (4e) 30 ° 03.83. Бюл. М 12 (72) A.И.Дикусар, Г.С.Доменте, В.И.Петренко и Ю.Н.Петров (71) Институт прикладной физики

AH Молдавской ССР (53) 621.9.047(088.8). (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 28384, кл. В 23 Р 1/04, 1928.

2. Авторское свидетельство СССР

М 422562, кл. В 23 Р 1/04, 1972 ° (54)(57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОИ

PA3NEPH0Q OBPABOTKH,ñîãëàñHî которому одновременно осуществляют очистку электролита перед подачей .его в межэлектродный зазор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьпаения качества и производительности обработки металлов, образующих в процессе обработки растворимые в среде электролита продукты анодньго растворения, путем стабилизации их концентрации, электролит подвергают электролизу при токе, определяемом по формуле

„Юломноевта меюеФмваа ливю rt/лба

Фж/ величина тока при электролизе А, величина рабочего, тока электрохимической размерной обработки, A эффективные валентности соответственно осаждения и растворения. металла на электроде, выходы металла по току соответственно для процессов осаждения и растворения.

2. Способпоп1, отличаюшийся тем, что плотность катодного тока электролиза определяют по формуле центрация растворенного ве- Я щества, коэффициент, зависящий от природы обрабатываемого металла, типа электролита и гидродинамических условий.

1007887

Изобретение относится к электрофизической и электрохимической размерной обработке металлов, образующих растворимые соединения например, комплексные в среде электролита.

Известен способ анодного протравливания металлов в среде электролита, при котором электролит подвер гается многократной циркуляции до определенного насыщения солью раство- ; ренного металла. С целью продле- " 1О ния срока службы электролита в таких случаях его подвергают очистке от шлама и тяжелой фазы посредством пропускания к межэлектродному промежутку через центрифугу (1) . 15

НедостатКом данного с. особа является невозможность очистки от раство- римых продуктов, в результате чего снижается качество обработки. вследствие осаждения растворенных продук- gg тов обработки на электроде-инструменте и изменения его формы. При этом способе снижается также производительность из-за перерывов в работе.

Известен также способ электрохимической размерной обработки металлов в среде электролита, основанный на электрохимическом растворенни материала заготовки в зоне обработки, в котором электролит пропускают к межэлектродному промежутку через электростатическое поле высокой на пряженности {125 10 В/м) (2) .

В результате этого продукты анодного растворения концентрируются на поверхности электролита, в то время как ниже расположенный объем имеет высокую степень очистки.

Недостаток известного способанепригодность для обработки металлов, образующих растворимые (в том числе, 40 комплексные) соединения в растворе электролита, например, меди или никеля в растворе азотнокислого аммония,что не позволяет достичь высокой пройзводительности и качества обра- 45 ботанной поверхности вследствие образования осадка на катоде-инструменте и изменения его формы при превышении определенной, предельно допустимой концентрации металла в растворе электролита.

Цель изобретения — повышение качества и производительности обработ- . ки металлов, образующих в процессе обработки растворимые в среде электролита продукты анодного растворения путем стабилизации их концентрации.

Поставленная цель достигается тем, что s процессе электрохимичес- 60 кой размерной обработки, включающем протЬкающую одновременно с обработкой очистку электролита перед подачей

егоs межэлектродный зазор, очистку электролита производят, подвергая 5 электролит электролизу при токе, определяемом из соотношения и эцэ„ 4

1 2 2

"э р

4 =K Сдрпш плотность тока осаждения предельно допустимая концентрация растворенного вещества, коэффициент, зависящий от природы обрабатываемого металла, типа электролита и гидродинамических усл8вий. где

На фиг.1 представлены результаты кулонометрических измерений» на фиг.2 - зависимости выхода по току меди от концентрации меди в растворе электролита и гидродинамических условий.

Проведенные кулонометрические измерения, результаты которых суммированы на фиг.1, показывающей влияние плотности катодного тока на выход по току меди (в расчете на

Р д =2) при осаждении в растворе азотнокислого аммония в зависимости от проработки электролита (кривая 1 содержание меди 2,4 г/л, кривая 2 содержание меди 0,8 г/л), свидетельствуют о том, что имеется ярко выраженный максимум значений .выхода по току меди, зависящий от концентрации меди в растворе (степени проработки электролита при условии отсутствия катодного осаждения, выраженный в величине пропущенного заряда на литр электролита); при низких плотностях тока происходит не осаждение меди, а ее растворение с поверхности при пропускании катодного тока, при высоких плотностях тока выход по току меди приближается к нулю, максимальные значения выхода по току не превышают значений 62% (в расчете íà П =2) .

Анализ,,представленных зависимостей и их сопоставление с результатами поляризационных измерений позволяют заключить, что максимум значений выгде 3, — величина тока при электролизе, Л; величина рабочего тока электрохимической размерной обработки, А;

П „ ИПЭ„. — эффективные валентности осаждения растворения металла, 2 „ И Р вЂ” выход металла по току соответственно для процессов осаждения и растворения.

Кроме того, плотность катодного тока выбирают из соотношения

1007887

Концентрация меди в электролите, г/л

1,8

2,4

20-60

5-20

0,6

0,8

2-6

0,2

0,27 хода по току меди находится приблизительно в области второго предельного тока восстановления меди (до металла), а поскольку эта величина зависит от концентрации меди в растворе (проработки электролита), что показывает кривая 1 на фиг.2; и гидродинамических условий (от частоты вращения дискового электрода, кривая 2 на фиг.2), эти факторы будут

Проработка электролита, A ч/л

Данные значения плотности тока получены из условия достижения максимального выхода по току катодного 25 осаждения меди (60%) при скорости протока электролита 0,1-1 м/с.

Нри ЭХРО меди и ее сплавов в электролитах на основе аммонийных солей эффективность извлечения меди практически не зависит от анионного состава и концентрации электролита.

Пример. Проводят электрохимическую размерную обработку внутренней поверхности труб (из сплавов меди) при следующих услбвиях: рабочийз5 ток 200 А; площадь обрабатываемой поверхности 10 см, скорость протока электролита 6 м/с> межэлектродный зазор 0,3 ; электролит 160 г/л

ИН4 МО, объем электролита 100 л. 40

Но достижении содержания меди в растворе 0,85 г/л (менее,чем через 0,5 ч) . условия обработки резко ухудшаются вследствие осаждения меди на поверхности катода, изменения формы катода, 45 в результате чего межэлектройный зазор меняется по длине, что приводит к появлению коротких замыканий, дефектов на поверхности обрабатываемого изделия.

Для предотвращения этих явлений электролит пропускают через электро-. лизер при плотности тока на катоде

15 мА/см . Величину тока электролит за определяют следующим образом. . При данных условиях 3ХРО анодное растворение меди происходит в активированном состоянии со 100%-ным выходом металла по току (в расчете на ионизацию в двухвалевтном состоянии) . Выход по току при злектроли- .бО тической обработке электролита принят равным 60%. Отсюда суммарный ток ,электролитической обработки равен 2г 200 00

01=3) — - — аЮА.

Ьо 65 определять оптимальные условия осаждения меди.

Аналогичные закономерности характерны и для электроосаждения других металлов, в частности, никеля.

Оптимальные плотности катодного тока осаждения меди в зависимости от степени проработки электролита приведены в табл.1.

Т а б л и ц а

Ф

Оптимальные плотности катодного тока мА/см

При обработке величину тока поддерживают на уровне 330-335 А ° Площадь электродов электролизера, необходимая для обеспечения плотности катодного тока 15 мА/см, равна

J о 335 Я

5 = -- 22330 см .

0,015

Электролизер выполнен из чередующихся анодных графитовых и катодных медных пластин, расположенных на расстоянии 2 см друг от друга. При такой схеме рабочими поверхностями катодных пластин служат обе стороны (отсюда размеры пластин — 60 хх 46,5 см). Пластины выполнены раз мером 60х45 см, что дает плотность тока 15,5 MA/ñì . Электролизер с такими параметрами достаточен для поддержания концентрации меди в растворе ниже предельно допустимой (0,8 г/sr).

Снижение концентрации меди ниже

0,6 г/л приводит к повыаению энергоемкости вследствие снижения выхода по току.

При ЭХРО с электролитической обработкой электролита электролизер включают .через 15 мин поспе начала процесса.

При непрерывной работе электроли-, эера в течение в течение 8 ч качество очистки электролита остается высоким, и на поверхности обрабатываемой детали дефекты не образуются. Для получения сравнительных данных параллельно проводят электрохимическую обработку внутренней поверхности труб без стабилизации состава электролита.

В табл.2 даны сравнительные результаты электрохимической обработки поверхности труб по известном; и предлагаемому способам.

1007887

Таблица 2

Показатель

Способ обработки известный предлагаемый

Удельная скорость съема, г/А, ч

1,2

112

Точность получения заданной формы

На поверхности обрабатываемой детали образуются выступы, борозды, периодиЧеские кольцевые выступы. Некоторые участки не подвергаются обработке вообще

Шероховатость поверхности

Величина шероховатости некоторых участков детали вне класса, качество поверхности весьма неоднородно, на поверхности имеются прижоги.

Шероховатость поверхности после обработки в пределах 8 класса, обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение точности обработки вследствие предотвращения образования осадка на катоде-инструменте, надежное сохранение формы катода-инструмента; улучшение качества обрабатываемой поверхности; утилизацию ценного металла (меди), вследствие выделения его в чистом виде путем катодного осаждения, в результате чего на каждый килограмм меди экономится 1-1,5 руб, предотвращение загрязнения окружающей сре40 ды вследствие извлечения растворимых продуктов анодного растворения из обработанного электролита, повышение производительности процесса обработки вследствие непрерывной

45 очистки электролита, а также ликвидирования вынужденных перерывов в работе для замены электролита. й!

Как видно иэ табл.2, электрохимическая обработка в электролите без стабилизации его состава протекает неустойчиво и при этом наблюдаются резкие броски тока, характерные для коротких замыканий, в результате чего обрабатываемые детали не отличаются высоким качеством, а при длительной работе (более 0,5 ч) с таким электролитом на них появляются неисправимые дефекты.

Изменение плотности тока катодного осаждения в большую или меньшую сторону от указанных в табл.1 пределов привело бы к уменьшению выхода по току практически до нуля (см. фиг.1), что, согласно f1) равносильно бесконечному увеличению тока, необходимому для восстановления меди е

Использование предлагаемого способа электрохимической обработки

Поверхность остается ровной. Сохраняется цилиндричность обрабатываемого отверстия в пределах допуска (0,1 мм ) 1007887.t ойржание медц Г/л

Ч 12

Фие. 2

Редактор И.Ковальчук

Эакаэ 2205/17 20 4

Составитель В.щадрина

Техред A,Áàáèíåö КорректорИ.Шулла

Тираж 1104 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретеиий и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектйая, 4