Способ обработки поверхности металлов

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в электротехнической промышленности, в приборостроении и для декоративных целей при производстве товаров народного потребления. Способ характеризуется тем, что анод из серебра и серебряных сплавов и металлический катод погружают в электролитическую ванну и на них подают напряжение 280-370 В при анодной плотности тока 0,4-0,8 A/см² и при температуре водного раствора электролита 20-40 °С, при этом в качестве электролита используют водный раствор, содержащий хлористый аммоний, аммоний лимоннокислый и винную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлористый аммоний 3-10; аммоний лимоннокислый 2-6; винная кислота 1-3; вода остальное. Технический результат заключается в полировании серебряной или серебросодержащей детали - анода и получении оксида серебра на поверхности катода.

 

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов и может быть применено в процессах электролитно-плазменного полирования серебряных изделий и для получения оксида серебра в различных областях техники: в электротехнической промышленности, в приборостроении и в декоративных целях при производстве товаров народного потребления. Способ синхронной обработки заключается в том, что одновременно осуществляется полирование серебряного изделия, служащего активным электродом в электролитной плазме при анодном процессе и получении соединения оксида серебра на катоде.

Известен способ электрохимического полирования изделий из серебра и его сплавов (Патент РФ 2117718) посредством анодной обработки импульсным током, включающий их анодное растворение в водных растворах, содержащих соли цианистоводородной кислоты. При этом импульсный ток относительно высокой частоты следования импульсов в диапазоне 0,1-10,0 Гц модулируется импульсами относительно низкой частоты в диапазоне 0,01-0,10 Гц, при этом импульсы, подаваемые на ванну, имеют прямоугольную форму, а их скважность определяется импедансом ванны и находится в пределах 1,0-10,0. В результате полностью удаляется пассивирующая пленка и достигается чистота полированной поверхности Ra=0,16 при равномерном блеске и произвольной конфигурации изделия.

Указанный способ имеет, однако, ряд существенных недостатков: обработка осуществляется импульсным током относительно высокой частоты и особой формы импульса с очень большими требованиями к ним. При этом обработка ведется в водных растворах, содержащих соли цианистоводородной кислоты.

Аналогичным образом осуществляется полирование серебряных изделий (Патент РФ №2233353), отличающееся от предыдущего тем, что электрохимическое полирование производят в водном растворе тиосульфат натрия, уксусной кислоты и уксуснокислого натрия импульсным током при других формах и параметрах импульсов.

Известно (Дураджи В.Н., Парсаданян А.С. Нагрев металлов в электролитной плазме - Кишинев. Штиинца. -1988), что анодный процесс в электролитах состоит из нескольких режимов: первый режим, наблюдаемый на активном электроде (площадь поверхности анода не менее чем в два раза меньше поверхности катода) при прохождении электрического тока небольшой плотности в неподвижном электролите, представляет собой низковольтный электролиз. С повышением напряжения на электродах электролитической ячейки до 60-70 В и плотности тока до 10-16 А/см² возникает коммутационный режим, характеризуемый тем, что вокруг активного электрода периодически образуется парогазовая оболочка, приводящая к запиранию тока в течение 10^-3 - 10^-4 с. Третий режим процесса - режим нагрева - в электролитной плазме возникает при напряжениях свыше 80-90 В, когда образуется стационарная парогазовая оболочка вокруг активного электрода, плотность тока уменьшается до 0,8-1,5A/см², температура активного электрода может изменяться от 400 до 1100°C. Дальнейшее увеличение напряжения на электродах ячейки (в пределах от 250 до 350 В) после установления режима нагрева приводит к росту интенсивности свечения электрических разрядов, толщины парогазовой оболочки, а на отдельных участках активного электрода даже к ее срыву и интенсивному перемещению электролита в виде струи вниз от нижнего конца активного электрода. При этом температура нагрева анода может становиться меньше 100°C, величина электрического тока в цепи уменьшается в 2-2,5 раза, т.е. устанавливается четвертый режим анодного процесса - электрогидродинамический.

Во всех этих режимах происходит полирование поверхности активного электрода (Дураджи В.Н., Брянцев И.В., Товарков А.К. Исследование эрозии анода при воздействии на него электролитной плазмой. - Электронная обработка материалов, 1978, №5, с. 13-17). Коммутационный режим требует больших энергетических затрат и используется в исключительных случаях, например получения острий из труднообрабатываемых материалов или сплавов. В режиме нагрева осуществляется термическая и химико-термическая обработка, что приводит к изменению структуры металлического изделия. Поэтому в настоящее время в промышленности для полирования металлических деталей используется электрогидродинамический режим, при котором температура детали не превышает 100°C и плотность тока на активном электроде в 2-2,5 раза меньше, чем в режиме нагрева.

При реализации способа полировки в электролитной плазме при электродинамическом режиме используют в основном водные растворы солей (при необходимости в зависимости от материала активного электрода можно использовать водные растворы кислот и щелочей). В случаях полирования изделий из серебра или серебряных сплавов используют водный раствор хлористого аммония или хлористого натрия (Дураджи В.Н., Брянцев И.В., Товарков А.К. Исследование эрозии анода при воздействии на него электролитной плазмой. - Электронная обработка материалов, 1978, №5, с. 13-17).

Оксид серебра (I)-Ag2O - это очень важное химическое соединение, которое может использоваться в фармацевтической промышленности как антисептик, при производстве высокоэффективных препаратов для медицины и ветеринарии, имеющих низкую токсичность и аллергенность, а также надежную воспроизводимость физико-химических характеристик. В производстве стекла применятся как краситель. Он также применяется в производстве серебряно-цинковых аккумуляторов, в которых анод представляет собой оксид серебра. Оксид серебра применяется для очистки питьевой воды, используется в художественных цехах для изготовления игрушек и как катализатор.

Известен способ получения оксида серебра (I) при действии едкого натра или едкого калия на раствор азотно-серебряной соли (Ключников Н.Г. Практикум по неорганическому синтезу - М.: Просвещение, 1979. - 271 с.)

по реакции: AgNO3+2KOH=Ag2O+H2O+2KNO3.

В результате реакции выделяется буро-черный осадок оксида серебра (I). Недостатком указанного способа является присутствие в осадке нитратов, что снижает возможность его применения в медицинских целях. Водный раствор оксида серебра (I), полученный указанным способом, можно использовать только наружно как антисептик.

Способ получения концентрата оксидов серебра (Патент РФ №2390583) основан на использовании металлического серебра, дистиллированной воды, источника постоянного тока и миллиамперметра, последовательно подключенного в цепь. Получение концентрата осуществляется следующим образом. Дистиллированную воду, нагретую до 80°C, наливают в чистую стеклянную посуду. В воду погружают кассету ионатора серебра, подключают источник постоянного тока. В начале процесса миллиамперметр показывает нулевые значения (0,00 мА), нет ионов в воде, соответственно нет и тока электронов в цепи. Однако в силу того, что к электродам приложено напряжение, то идет процесс разложения дистиллята на водород, движущийся к катоду, и на кислород. Кислород, движущийся к аноду, вызывает анодное окисление с образованием на электроде пленки оксида серебра (I), который, в свою очередь, самопроизвольно растворяется в воде с диссоциацией на ионы серебра и гидроксил, давая начало электропроводности части раствора, ограниченного объемом внутренней части кассеты. Внутри кассеты появилась обогащенная ионами серебра часть раствора. Кассетой перемешивают раствор, переводя обогащенную часть раствора в общий раствор, тем самым повышая электропроводность общего раствора. Неоднократно повторяя цикл анодного окисления и соответственно обогащения раствора внутренней части кассеты ионатора и перемешивания (выгрузки обогащенной части в общий раствор), достигают эффекта в начале насыщения, а затем перенасыщения раствора. Перемешивание повторяют несколько раз до появления избыточной концентрации в виде буреющего, затем чернеющего коллоидного раствора. Окислы с электродов счищают в приготовляемый раствор. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и отстаивают для кристаллизации окислов серебра.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение технологических возможностей за счет обработки серебряных и серебросодержащих сплавов, а также увеличение номенклатуры обрабатываемых деталей.

Технический результат заключается в полировании серебряной или серебросодержащей детали и получении оксида серебра.

Технический результат достигается следующим образом.

Анод из серебра и серебряных сплавов и металлический катод погружают в электролитическую ванну и на них подают напряжение 280-370 В при анодной плотности тока 0,4-0,8 А/см² и при температуре водного раствора электролита 20-40°C, при этом в качестве электролита используют водный раствор, содержащий хлористый аммоний, аммоний лимоннокислый и винную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %:

хлористый аммоний 3-10

аммоний лимоннокислый 2-6

винная кислота 1-3

вода остальное

Время обработки зависит от требований, предъявляемых к качеству полировки серебряного изделия, и может изменяться от одной до нескольких минут. Оксид серебра с поверхности катода может сниматься либо после каждой смены серебряной детали, либо при достижении определенной толщины.

Примеры конкретной реализации способа

Пример 1. Активный электрод изготовлялся в виде пластин размером 20×10×3 мм из сплава серебра 925о. Катод выполнен из латуни Л63 в виде пластины 40×50×1 мм. Электроды погружают в электролит состава, мас. %:

хлористый аммоний 6

аммоний лимоннокислый 4

винная кислота 2

вода остальное

Температура электролита поддерживалась 25°C-35°C, напряжение на электродах 340 В при плотности тока на активном аноде 0,5-0,6 А/см², время обработки 2 мин. После обработки поверхность серебряного анода имеет равномерный зеркальный блеск, а на катоде образовался слой оксида серебра весом 8 миллиграмм.

Пример 2. Активный электрод изготовлялся из проволоки диаметром 2,5 мм, длиной 140 мм из сплава серебра 925o в виде катушки. Катод выполнен из латуни Л63 в виде пластины 40×50×1 мм. Электроды погружают в электролит того же состава. Электролит нагрет до температуры 20-30°C, напряжение на электродах 350 В при плотности тока на активном аноде 0,5-0,6A/см², время обработки 3 мин. После обработки поверхность анода имеет равномерный зеркальный блеск, а с катода снят слой оксида серебра весом 9 миллиграмм.

Таким образом, изобретение позволяет осуществить полирование активного электрода из серебра или серебряного сплава до зеркального блеска с синхронным образованием оксида серебра на поверхности катода.

Способ обработки поверхности металлов, характеризующийся тем, что анод из серебра и серебряных сплавов и металлический катод погружают в электролитическую ванну и на них подают напряжение 280-370 В при анодной плотности тока 0,4-0,8 A/см² и при температуре водного раствора электролита 20-40 °С, при этом в качестве электролита используют водный раствор, содержащий хлористый аммоний, аммоний лимоннокислый и винную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %:

хлористый аммоний	3-10
аммоний лимоннокислый	2-6
винная кислота	1-3
вода	остальное