Химическая полировка меди

Химическое и электрохимическое полирование металлов.

Электрохимическое и химическое полирование применяется как для декоративной обработки поверхности после нанесения покрытий, так и в процессе обработки деталей.

Электрохимическое полирование.

При электрохимическом полировании микрорельеф поверхности получается значительно более гладким, чем при механической обработке.

Покрытия, получаемые при электрохимическом полировании беспористые и мелкокристаллические, что способствует снижению коэффициента трения и позволяет придать деталям специальные оптические свойства. В процессе электрохимического полирования поверхность металла становится блестящей в результате различной скорости растворения микровыступов и углублений.

Эффект электрохимического полирования объясняется образованием на металле поверхностной тонкой оксидной пленки, предотвращающей травление. Толщина пленки неодинакова на микровыступах и микровпадинах, вследствие чего раствор при электрохимическом полировании сильнее действует на те участки, где пленка тоньше, т.е. на микровыступы.

Качество электрохимического полирования зависит от плотности тока, температуры электролита, состава раствора и времени электролиза.

Наибольшее распространение при электрохимическом полировании нашли электролиты на основе фосфорной кислоты, серной и хромовой. Для повышения вязкости растворов вводят глицерин, и метилцеллюлозу. В качестве ингибиторов травления в электролиты электрохимического полирования добавляют сульфоуреид, триэтаноламин и др.

Химическое полирование.

Химический способ полирования имеет много общего с электрохимическим. Возникновение блеска на поверхности деталей здесь, как и при электрохимическом полировании, также связан с наличием тонкой пленки, предотвращающей травление в углублениях металла.

Преимущественное растворение выступов при химическом полировании достигается как за счет их повышенной химической активности, так и вследствие большей скорости диффузии ионов металла и свежего электролита.

Электрохимическое полирование стальных деталей.

Сравнительная характеристика процессов электрохимического и химического полирования.

Основными преимуществами процесса электрохимического полирования являются высокая производительность, хорошее сцепление гальванических покрытий с электрополированной поверхностью, возможность исключить операцию обезжиривания, необходимую при механической полировке.

К недостаткам процесса электрохимического полирования относятся необходимость в частой смене электролитов из-за отсутствия универсального для различных металлов; необходимость механической полировки поверхности перед электрохимическим полированием; повышенный расход электроэнергии.

Преимущество химического полирования перед электрохимическим в том, что не требуется применение источников постоянного питания. Химическому полированию подвергаются в основном латунные или алюминиевые детали любой сложной конфигурации и размеров, которые не требуют зеркального блеска.

Недостатки химического полирования по сравнению с электрохимическим — меньший блеск, большая агрессивность растворов и их недолговечность.

Составы электролитов для химического и электрохимического полирования металлов.

Большинство электролитов для электрохимического полирования стали, основаны на смесях растворов ортофосфорной и серной кислот с добавкой хромового ангидрида.

Электролит электрохимического полирования с содержанием 500–1100г/л фосфорной кислоты, 250–550г/л серной и 30 г/л хромового ангидрида является универсальным для электрохимического полирования всех видов стали, включая 12Х18Н9Т.
Режим электрохимического полирования: температура 60–80 0 С, плотность тока 15–80 А/дм 2 , время 1–10 минут.

Для электрохимического полирования стали 12Х18Н9Т возможно применять электролиты, содержащие ПАВ. Съем металла при электрохимическом полировании происходит интенсивнее в электролите: фосфорная кислота 730 г/л, серная – 580–725, триэтаноламин 4–6 г/л, катапин 0,5–1,0 при 60–80 0 С, плотность тока 20–50 А/дм 2 , время 3–5 минут.

Химическое полирование стали, в отличие от электрохимического, применяют реже, хотя проще в применении и имеет ряд преимуществ. Раствор для химического полирования стали 12Х18Н9Т содержит (г/л): серную кислоту 620–630, азотную 60–70, соляную 70–80, хлорид натрия 1-12, краситель кислотный черный 3М 3–5. Температура 70–75 0 С, время 5–10 минут.

Для электрохимического полирования меди и ее сплавов применяют растворы фосфорной кислоты с хромовым ангидридом: фосфорная кислота 850–900 г/л, хромовый ангидрид 100–150 г/л, температура 30–40 0 С, плотность тока 20–50 А/дм 2 .

Химическое полирование меди проводят в растворе (г/л) фосфорной кислоты 930–950, азотной 280–290 и уксусной 230–260 при комнатной температуре (в отличие от электрохимического) в течение 1–5 минут.

Электрохимическое полирование алюминия и его сплавов происходит в том случае, если скорость растворения оксидной пленки на поверхности превышает скорость ее образования. Электролит электрохимического полирования содержит смесь фосфорной кислоты (730–900г/л), серной (580–725г/л) и ПАВ (триэтаноламин 4–6 г/л, катапин БПВ 0,5 – 1,0 г/л). Режим электрохимического полирования: температура 60–80 0 С, плотность тока 10–50 А/дм 2 , время 3–5 минут.

Для электрохимического полирования сплавов алюминия с высоким содержанием кремния рекомендуется состав (масс. доли): плавиковая кислота 0,13; глицерин 0,54; вода 0,33. температура 20–25 0 С, плотность тока 20 А/дм 2 , время 10–15 минут.

Химическое полирование алюминиевых деформируемых сплавов проводят в растворе фосфорной кислоты 1500–1600 г/л с добавкой нитрата аммония 85–100 г/л при 95–100 0 С до 5 минут.

Электрохимическое полирование никеля проводят в электролите: 1000-1100 г/л серной кислоты при 20-30 0 С и плотности тока 20-40 А/дм 2 в течение 2-х минут.

Качество электрохимического и химического полирования деталей, как и всех гальванических процессов, зависит от подготовки поверхности (см. «Первые шаги в гальванике часть 2.») и точности выполнения технологических операций (состава электролита электрохимического полирования, режимов процесса).

Читать еще:  Как убрать окисление с металла

При выполнении процессов электрохимического и химического полирования необходимо соблюдать технику безопасности (см. «Безопасная гальваника»).

97. Составы электролитов и режимы электрохимического полирования алюминия, меди и их сплавов.

Алюминий. Наибольшее промышленное применение из кислотных электролитов получили электролиты на основе фосфорной кислоты и её смеси с серной кислотой и хромовым ангидридом.Для полирования алюминия и сплавов АМг, АМц, Д16 рекомендуют электролит следующего состава (массовые доли, %):

Хромовый ангидрид СrO3 – 6-8;Вода H2O – 4-7.Температура электролита 60-70С. Диапазон плотностей тока – 15-70 А/дм 2 . Из щелочных электролитов можно использовать (г/л):Сода кальцинированная Na2CO3 – 200-250;Тринатрийфосфат Na3PO4 – 100-120;

Квасцы алюмокалиевые KAl(SO4)2·12H2O – 15-18;iа = 3-5 А/дм 2 , t = 80-90С. Катод – коррозионостойкая сталь.Добавки органических соединений используются только для кислотных электролитов. Добавляют уксусную кислоту, бутиловый спирт, этиловый спирт, глицерин, триэтаноламин и др.Медь. Основным компонентом подавляющего большинства растворов для обрабатывания меди и её сплавов является фосфорная кислота. Различие сводится к введению добавок неорганических или органических соединений, благоприятно влияющих на эксплуатационные характеристики электролита и улучшающих качество обработки поверхности металла.Концентрация кислоты изменяется от 600 до 1400 г/л. Сглаживание микропрофиля поверхности лучше происходит в разбавленных растворах кислоты и при повышенных плотностях тока. Повышение температур и перемешивание электролита, ускоряя процессы диффузии, приводят к расширению рабочего диапазона. В качестве добавок испоьзуется Н2SО4, CrO3, различная органика и др. iа = 5-30 А/дм 2 , t = 18-40 С.

98. Составы электролитов и режимы электрохимического полирования серебра и золота.

Серебро. Один из самых сложных металлов для ЭХП. Процесс ЭХП сопровождается явлениями периодической анодной пассивности, выражающимся в периодическом противоположно направленном изменении тока и напряжения на ванне.

Составы растворов, г/л:1. Серебро цианистое – 35; калий цианистый – 37-70;калий углекислый – 38-40; iа = 2 А/дм 2 ; U = 2,5-3,5 В.2. Калий железосинеродистый – 60;

натрий цианистый – 60;iа – 15-25 А/дм 2 , U = 6 В. Перемешивание. Катод – хромовая сталь.

Золото. Существуют десятки различных составов электролитов для ЭХП золота. При использовании постоянного тока невозможно в этих электролитах обеспечить низкую шероховатость и высокую отражательную способность поверхности. Однако эти электролиты с успехом можно использовать для снятия обогащённого золотом поверхностного слоя после литья. В качестве компонентов растворов может использоваться молочная, уксусная, винная, лимонная кислоты в различных пропорциях.

Составы электролитов, г/л:1. Калий цианистый KCN 25-30;калий железосинеродистый – 20-25;iа = 20-30 А/дм 2 ; t = 80-90С; катод – Х18Н9Т.2. Тиомочевина CS(NH2)2 80-90;

серная кислота H2SO4 20-40;t = 18-25С.3. Тиомочевина CS(NH2)2 60-95;серная кислота H2SO4 10-75;аммоний роданистый 2,5–250; t = 22-50С.Во втором и третьем электролитах iа = 3-5 А/дм 2 , катод – титан, продолжительность обработки 1-3 мин. Катоды желательно помещать в чехлы из стеклоткани или другой кислотоустойчивой ткани во избежание зашламливания электролита.Поверхность после ЭХ полировки покрыта тонкой плёнкой, уменьшающей блеск. Удаляется эта плёнка в растворе:90-100 г/л H2SO4 + 400 – 500 мл/л H2O (30% раствор).

Химическая полировка меди

Электрохимическое полирование меди

По вопросу толщины прианодного диффузионного слоя имеющиеся в литературе данные неоднозначны. Так, при эллипсо-метрическом исследовании электрополированной меди в условиях стационарного режима было выявлено два слоя, непосредственно примыкающий к металлу слой фосфатов или смеси окислов с фосфатами толщиной около 40 А, и второй слой толщиной 2000—4500 А, представляющий вязкий концентрированный электролит. Так же приобретайте полировальные машины по доступным ценам.

Электрохимическое полирование меди в растворе фосфорной кислоты, по данным исследования массопереноса, в условиях естественной конвекции контролируется диффузией двухвалентных ионов металла от поверхности анода, а возникновение предельного тока связано с насыщением прианодного слоя электролита фосфатом меди. Анализ голограмм процесса анодной обработки меди в 70%-ной фосфорной кислоте при напряжении 1,5 выявил возможную связь различных скоростей растворения отдельных участков металла с неоднородностью конвективных потоков раствора. При обработке небольшой вертикальной поверхности в начале электролиза отмечалась большая концентрация тока на краях и углах образца. Скорость растворения металла, устанавливающаяся в результате формирования ламинарного потока электролита, стекающего вниз и обогащенного солями меди, максимальна у верхнего края образца, где толщина вязкого прианодного слоя наименьшая.

Сопоставление поляризационных кривых обработки меди и фосфорной кислоте и полученных при их снятии фотографий прилегающего к аноду слоя электролита в области нижней горизонтальной поверхности анода показало, что осцилляция тока, наблюдаемая перед наступлением его предельного значения, связана с формированием конвекционного потока.

Вязкий слой признается ответственным за сглаживание микрошероховатостей в работе, в которой изменение состоянии поверхности исследовалось с помощью определения скин-эффекта и оптическими методами. Авторы работы отмечают также возможность действия другого фактора — различия концентрации и градиента электрического поля на выступающих и углубленных участках микрорельефа. При этом принимается, что вязкий прианодиый слой, экранирующий преимущественно микровпадины, способствует замедленному растворению металла на этих участках.

Читать еще:  Торцовочная пила по металлу своими руками

По мере накопления экспериментальных данных, первоначальная трактовка вязкого прианодного слоя, как определяющего эффективность процесса, изменяется и все больше выявляется значение окисной пассивирующей пленки, для формирования которой в режиме электрохимического полирования создаются благоприятные условия.

На основании данных об энергии активации процессов полирования меди и некоторых ее сплавов в фосфорнокислом растворе, допускается возможность реализации двух механизмов, в зависимости от условий электролиза.

При температуре электролита до 37° С, когда вязкость раствора значительная, полирование контролируется процессами в прианодном диффузионном слое. При более высокой температуре, когда вязкость раствора уменьшена, прианодный слой теряет свое значение и определяющая роль переходит к пленке, образующейся на поверхности металла.
При анодном полировании стали в электролите на основе бифторида железа электропроводность прианодного слоя и массы раствора отличаются незначительно.

Толщина этого слоя при переходе железа в раствор в виде двухвалентных ионов составила 24 мкм, трехвалентных ионов — 210 мкм. Предполагается, что внутри этих слоев непосредственно у поверхности металла существует вязкий слой толщиной 1,3— 15 мкм. Именно он, по мнению авторов работы, и регулирует процесс преимущественного растворения микровыступов поверхности.

Осцилляция тока, наблюдаемая при электрохимическом полировании ряда металлов, связана не только с формированием у поверхности анода конвекционного потока обогащенного анодными продуктами электролита, как было указано выше Анодное полирование сурьмы в щелоче-глицериновом растворе происходит в режиме автоколебаний, причем рост напряжения и падения тока характерны для процесса формирования на металле пассивирующей пленки, а следующее за этим снижение потенциала и увеличение тока — процесса активации вследствие растворения пленки в электролите. Периодическая пассивность при анодной обработке ниобия в смеси серной и плавиковой кислот, проявляющаяся в осцилляции потенциала, вызывается образованием и растворением на нем диэлектрической окисной пленки.

Формирование ее начинается, когда концентрация плавиковой кислоты у анода под влиянием диффузионных процессов приблизится к нулю. Растворение же окисла связывают с разогревом в результате роста fro толщины и электросопротивления, а также поступления кислоты к аноду. Предполагается, что периодическая окисная пассивность способствует предотвращению травления и сглаживанию микрошероховатостей поверхности металла.
Сглаживание поверхности анода три электролизе не является привилегией только электрохимического полирования. Поэтому представляет интерес обратить внимание на процесс, получивший название электрохимического шлифования и заключающийся в сглаживании микрошероховатостей без придания блеска поверхности металла. Обработкой стали в растворе, содержащем 10—15% серной кислоты, 0,1—5% соляной кислоты, 20—50% глицерина, можно достигнуть значительного сглаживания. Полагают, что процесс происходит по смешанному пленочно-диффузионному механизму, когда тонкая полупроводниковая пленка, образующаяся на металле, предотвращает его травление, а прианодный слой продуктов реакции определяет сглаживание макрошероховатостей.

При анодной обработке меди в аналогичном растворе ответственность за эффективное сглаживание возлагается преимущественно на покрывающую металл пленку закиси меди. При обработке алюминия в водно-ацетоновом растворе соляной кислоты шлифование определяется диффузионным механизмом, так как предполагается, что оксидная пленка на металле в этих условиях отсутствует.

Электрохимическая полировка металлов — описание процесса

Металлическому изделию можно придать блеск различными способами. Для этого не обязательно использовать специальные покрытия, можно воспользоваться методом полировки. Она может быть механической, например, с помощью наждачных кругов, химической — когда металл погружают в специальный раствор, а также электрохимической. В этом случае сочетается воздействие химических компонентов и электроразрядов, которые запускают определенные реакции или усиливают их. Электрохимическая полировка металлов может быть выполнена и в обычных домашних условиях, если собрать все необходимое оборудование.

Описание процесса

Во время электрохимического полирования обрабатываемая поверхность металла приобретает зеркальный блеск. Также уменьшаются имеющиеся шероховатости. Процесс происходит следующим образом:

  • Деталь считается анодом, то есть, электродом, несущим положительный заряд. Ее необходимо поместить в ванну со специальным составом.
  • Еще один важный компонент — катоды, которые необходимы для осуществления реакции.
  • В результате воздействия протекает реакция, и происходит растворение. Оно неравномерно, сначала удаляются самые заметные шероховатости, которые выступают над поверхностью больше всего. Одновременно происходит полировка — изделие приобретает зеркальный блеск.

Удаление заметных больших неровностей называется макрополированием, а сглаживание мелких дефектов — это микрополирование. Если эти процессы во время проведения обработки протекают одновременно и равномерно, то изделие приобретает блеск и гладкость. Возможно и такое, что блеск будет получен без сглаживания или наоборот. Два вида полирования не обязательно связаны.

Читать еще:  Междуэтажное перекрытие по металлическим балкам

Химическая полировка металла приводит к тому, что на поверхности обрабатываемой детали во время процесса образуется особая пленка. По составу она может быть оксидной или гидроксидной. Если она равномерно охватывает всю поверхность, это создает условия для микрополирования. При этом внешняя часть покрытия, располагающаяся на поверхности, непрерывно растворяется. Чтобы получить возможность провести микрополирование, необходимо обеспечить поддержание равновесия между непрерывным образованием покрытия и растворением, во время работы с деталью толщина слоя должна оставаться неизменной. Это позволит электронам обрабатываемого металла и применяемого состава в процессе взаимодействовать без опасности растворения металлического изделия в агрессивной среде.

Макрополирование тоже напрямую зависит от образующейся пленки. Она покрывает изделие неравномерно, на выступающих неровностях этот слой более тонкий, поэтому они быстрее растворяются, за счет воздействия тока.

СОВЕТ: эффективность общего воздействия полирующего состава можно повысить, если использовать для обработки электролиты, содержащие в своем составе соли слабо диссоциирующих кислот, которые увеличивают общее сопротивление покрытия.

Кроме этого играет роль механическое воздействие, заключающееся в перемешивании. Может уменьшаться толщина пленки или диффузный слой. Некоторые используемые электролиты выполняют свою функцию только при нагреве, также общее правило, которое действует для всех составов — при нагревании снижается нейтрализация, а скорость растворения пленки повышается. Плотность тока и уровень напряжения также входят в число факторов, оказывающих серьезное влияние на процесс. Например, если необходимо провести полировку медных изделий, то для нее подбирается состав с фосфорной кислотой и устанавливается предельный режим тока без образования кислорода. Именно поэтому важно точно соблюдать все необходимые параметры, чтобы добиться качественной полировки.

Оборудование и химикаты

Для работы с различными металлами необходимо подобрать соответствующие электролиты, которые помогут добиться нужного результата:

  • Чаще всего применяются составы на основе кислоты различного вида — серной, фосфорной или хромовой.
  • Глицерин может быть добавлен для увеличения общей вязкости, если это потребуется.
  • Сульфоуреид выступает в роли ингибитора травления.
  • Для очистки различных изделий после проведения процедуры могут применяться различные растворители или щелочные средства. Нередко используются составы с поверхностно-активными действующими веществами.

Пропорции создания хим состава

Полировка проводится в специальных ваннах. Важно помнить, что их составляющие относятся к токсичным веществам и опасны для здоровья, особенно если используется нагрев, поэтому обращаться со всеми компонентами необходимо с максимальной осторожностью, соблюдая положенную технику безопасности.

Изделия из цветных или черных металлов можно обрабатывать при помощи универсального состава, который окажет необходимое воздействие. Для этого следует добавить все компоненты, соблюдая пропорции. Ортофосфорная кислота составляет основу — 65%. Серной кислоты должно быть 15% и 14% обычной воды. Хромовый ангидрид занимает 6%.

Нержавеющую сталь можно полировать схожим составом, только воды в нем должно быть 13%, а еще следует добавить глицерин в соотношении 12%. Детали могут находиться в ванне до получаса, хотя штампованным изделиям требуется меньше времени для обработки.

Область применения

Химическая полировка металла используется, чтобы придать поверхности зеркальный блеск. Такое действие может быть направлено на придание деталям более привлекательного облика, если они находятся на виду и являются частью какой-то конструкции. Помимо эстетического назначения, полировка служит не только для красоты. С ее помощью можно избавить деталь от неровностей и шероховатостей, а также защитить от воздействия ржавчины, кислот и различных атмосферных явлений.

Преимущества и недостатки

Разные виды полировки имеют свои особенности, у электрохимической также есть плюсы и минусы:

  • Этот способ благоприятно влияет на все свойства стали, увеличивая устойчивость к воздействию коррозии, а также облегчая проведение вытяжки и штамповки. Именно поэтому полировку такого типа часто используются как в лабораторных исследованиях, так и непосредственно для проведения различных работ в промышленности.
  • Электрохимическая полировка является более дешевым и быстрым способом обработки металлических изделий. Если механический метод занял бы несколько часов, то с воздействием химикатов и электричества можно закончить дело за несколько минут, получив качественный результат.
  • Полировка с электрохимическим воздействием незаменима при работе со сложными деталями, которые имеют различные полости и отверстия.

Химическая полировка металлов кроме преимуществ, имеет некоторые недостатки. Практически каждый существующий металл требует для проведения работы с ним специального состава, поэтому для разных изделий необходимо делать индивидуальные растворы. Также важно правильно подобрать соотношение компонентов, температуру нагрева, плотность тока — от этого напрямую зависит качество полученного результата. Перед проведением такой обработки может потребоваться предварительное механическое шлифование. Кроме того, процедура требует повышенного расхода электроэнергии. Однако при определенных условиях достоинства метода вполне перевешивают его недостатки, позволяя проводить полировку.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector