электрохимическая обработка металлов

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

группа методов, предназначенных для придания обрабатываемой металлич. детали определенной формы, заданных размеров или свойств поверхностного слоя. Осуществляется в электролизерах (электролитич. ваннах, электрохим. ячейках спец. станков, установок), где обрабатываемая деталь является либо анодом (анодная обработка), либо катодом (катодная обработка), либо тем и другим попеременно. Осн. вид катодной Э. о. м. — гальваностегия (см. гальванотехника). Анодными методами Э. о. м. являются разл. виды электрохим. травления, полирование, формообразование, размерная обработка, оксидирование и др. Во всех анодных процессах происходит либо растворение металла (локализованное в определенных местах или равномерное по всей поверхности), либо превращение поверхностного слоя металла в оксидный или др. слой (см. анодное растворение).

Электрохим. травление (ЭХТ). Термин объединяет неск. технологий, основанных на анодном растворении металла. ЭХТ применяют для очистки поверхности всевозможных деталей, проволоки, лент, труб от разнообразных загрязнений (оксидных, жировых и др.) в качестве предварит. обработки перед нанесением покрытий, прокаткой и др. ЭХТ для очистки от загрязнений производят в растворах кислот, обычно содержащих разл. добавки (напр., ингибитор коррозии), в щелочных растворах или расплавах при постоянном или переменном токе. ЭХТ подвергают практически любые металлы и сплавы. ЭХТ используют для осуществления т. наз. электрохим. фрезерования с целью получения заданного "рисунка" на поверхности детали локальным анодным растворением металла. Места, которые не должны подвергаться растворению, покрывают слоем фоторезисторного материала или спец. трафаретом. Т. обр. можно производить обработку деталей типа печатных плат, перфорирование, а также травление в декоративных целях. Анодным травлением удаляют заусенцы и скругляют острые кромки.

Важная область использования ЭХТ — развитие поверхности (увеличение уд. площади поверхности). Наиб. широкое пром. применение имеет травление алюминиевой фольги в хлоридных растворах для электролитич. конденсаторов; этот процесс позволяет повысить уд. поверхность в сотни раз и увеличить уд. емкость конденсаторов, уменьшить их размеры. Развитие поверхности методом ЭХТ применяют для улучшения адгезии металла к стеклу или керамике в электронной технике, копировального слоя к печатным формам в полиграфии, усиления сцепления покрытия с металлом при эмалировании металлических изделий и др. Анодным травлением снимают дефектные гальванич. покрытия с деталей с тем, чтобы возвратить их в производство, а также при регенерации металлич. пластин офсетных биметаллич. печатных форм.

ЭХТ применяют в практич. металловедении; широко известно анодное травление металлографич. шлифов для выявления микроструктуры сплавов. При этом травление проводят в таких условиях, когда достаточно резко проявляется различие скоростей растворения разных по хим. и фазовому составу компонентов сплава. В результате избирательного ЭХТ м. б. выявлены границы фаз, сегрегация фосфора в стали, дендритная структура титановых сплавов, сетка трещин в хромовом гальванопокрытии, оценена склонность нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии.

Электрохим. полирование (ЭХП) заключается в преимущественном анодном растворении выступов на шероховатой поверхности и приводит к достижению низкой шероховатости (электрохим. сглаживание) или зеркального блеска поверхности (глянцевание). Глянцевание улучшает декоративные свойства изделия, придает поверхности высокую отражат. способность. ЭХП и сглаживание поверхности применяют для повышения эксплуатац. надежности, долговечности и др. эксплуатац. свойств деталей. положит. влияние ЭХП на изделие объясняется неск. причинами: 1) удаление дефектного (деформированного, имеющего трещины, повышенное содержание вредных элементов) поверхностного слоя, образовавшегося при мех., термич., электрич. обработке изделия; 2) уменьшение шероховатости поверхности и сглаживание профиля поверхности; 3) образование тонкой поверхностной оксидной пленки, предохраняющей металл от коррозионного воздействия среды.

Анодное растворение в режимах ЭХП тонкого поверхностного слоя металла, загрязненного радиоактивными веществами, — один из осн. методов радиохим. дезактивации оборудования. При ЭХП обычно удаляется слой металла от 2,5 до 80 мкм. Конечная шероховатость поверхности определяется исходной шероховатостью, продолжительностью ЭХП, условиями проведения процесса (температура, плотность тока), составом электролита (растворы щелочей, солей, но чаще всего смеси кислот). Получению высокого качества ЭХП мешают большие размеры кристаллитных зерен, неравномерная структура, наличие неметаллич. включений (напр., карбидов), глубокие следы прокатки, ока-линные загрязнения, слишком высокая начальная шероховатость поверхности.

Анодное формообразование (ЭХФ) используют для изготовления деталей с заданными формой, размерами и качеством поверхности. При ЭХФ деталь получают в условиях, когда форма катода-инструмента копируется на аноде-заготовке. Процесс проводится в потоке электролита (обычно растворы солей, напр. NaNO₃) при плотностях тока в десятки А/см², межэлектродном расстоянии порядка 0,1 мм. По мере растворения анода-заготовки катод с помощью спец. механизма продвигается в направлении растворения. В отличие от традиционной мех. обработки, ЭХФ характеризуется отсутствием мех. контакта между инструментом и деталью, низкими температурой и давлением в рабочей зоне, отсутствием износа инструмента и заусенцев на обработанной детали. ЭХФ пригодно для обработки легкодеформируемых деталей, хрупких и твердых материалов, обработки в труднодоступных местах.

Электрохим. растворением с помощью вращающегося дискового электрода или др. катода-инструмента производят разрезание заготовок из разл. металлов и сплавов, тонкостенных труб, металлич. монокристаллов, полупроводниковых материалов.

Разновидность Э. о. м. — электролитный нагрев с целью термич. или хим.-термич. обработки деталей (нагрев с последующей закалкой в электролите, науглероживание, азотирование поверхностного слоя). Этот вид обработки проводится в таком режиме, когда растворение металла крайне мало, а сильный нагрев происходит при прохождении тока через парогазовый приэлектродный слой, который возникает из-за вскипания электролита около электрода при высоких значениях плотности тока и напряжения.

Электрохим. оксидирование имеет две осн. разновидности: получение барьерных тонких (толщиной до мкм) и пористых толстых (до неск. сотен мкм) анодных оксидных пленок. Барьерные пленки получают в растворах электролитов типа H₃BO₃, не растворяющих оксиды, обычно в два этапа. На первом этапе — в гальваностатич. условиях; при этом напряжение увеличивается во времени, а толщина оксидной пленки пропорциональна прошедшему количеству электричества. После достижения заданного напряжения режим изменяют на вольтостатический: ток снижается во времени, диэлектрич. свойства оксидной пленки повышаются. Одна из наиб. важных областей применения барьерных оксидных пленок — получение диэлектрич. слоя электролитич. конденсаторов.

Пористые анодные оксидные пленки выращивают в агрессивных по отношению к оксиду электролитах, напр. в 15%-ной H₂SO₄, при постоянном напряжении. Такие пленки состоят из двух слоев: тонкого барьерного и значительно более толстого пористого. Они широко применяются в качестве декоративно-защитных покрытий. Для улучшения защитных свойств после оксидирования пористые пленки подвергают операции "наполнения" ("уплотнения"), чаще всего обработкой в горячей воде. Для повышения декоративных свойств пористые пленки на алюминии окрашивают в разные цвета, подвергая обработке растворами красителей или дополнит. электрохим. обработке переменным током в электролитах, содержащих соли Cu, Ni, Sn (см. крашение оксидированного алюминия).

Новое направление Э. о. м. — микродуговое оксидирование, т. е. формирование анодной оксидной пленки в условиях протекания электрич. микроразрядов на аноде, что расширяет возможность получения оксидных покрытий с различными полезными свойствами.

Э. о. м. применяют для маркирования изделий. Нужные знаки на металлич. поверхности получают локальным изменением цвета в результате очень неглубокого травления (или оксидирования) либо в результате рельефного травления. Получили развитие комбинир. методы обработки, в которых электрохим. воздействие на металл совмещено с к.-л. другим (напр., мех., эрозионным, лазерным).

^{Лит.: Ямпольский A.M., Травление металлов, М., 1980; Анодные оксидные покрытия на металлах и анодная защита, 2 изд., К., 1985; Штанько В.М., Животовский Э.А., Электрохимическая обработка металлопродукции, М., 1986; Грилихес С. Я., Электрохимическое и химическое полирование, Л., 1987; Дураджи В.Н., Парсаданян А. С., Нагрев металлов в электролитной плазме, Киш., 1988; Давыдов А.Д., Козак Е., Высокоскоростное электрохимическое формообразование, М., 1990.}

_{А. Д. Давыдов}