Полирование | Гальванические стоки - очистка

Электрохимическое полированиеСПОСОБЫ ПОЛИРОВАНИЯ

Способы химического и электрохимического полирования различаются составом электролита, что непосредственно связано с природой обрабатываемого металла. Для правильного выбора того или иного способа полирования, необходимо иметь представление о механизме процесса.

Непосредственным результатом химического или электрохимического полирования является возникновение блеска поверхности металла, которое сопровождается растворением его внешнего слоя и, в большинстве случаев, сглаживанием микрошероховатостей. Увеличение блеска связано, прежде всего, с предотвращением травления металла, которое является наиболее доступным путём реализации анодного процесса. Торможение травящего действия электролита на металл происходит в результате образования на его поверхности пассивирующей оксидной плёнки. Такая плёнка может возникнуть в результате взаимодействия растворяющегося металла с компонентами электролита, так и в результате непосредственного окисления металла при определённых значениях электродного потенциала.

Образование на металле оксидных плёнок при анодной обработке имеет место в ряде процессов промышленного электролиза, например, при анодировании алюминия. Однако, процесс анодирования не приводит к повышению блеска поверхности металла. Хотя, оксидные плёнки, возникающие при анодировании и полировании, имеют общую природу, они существенно отличаются по своим характеристикам. Результат анодной обработки металла, протекающей в условиях возможного образования оксидной плёнки, зависит от соотношения скоростей формирования плёнки и её растворения в электролите. Преобладание первой из них, приводит к оксидированию, преобладание второй – к травлению металла. Наибольший блеск поверхности достигается при наименьшей толщине оксидной плёнки, которая должна быть достаточной, чтобы предотвратить травящее действие электролита на металл. Для этого необходимо не только, чтобы скорости электрохимического процесса формирования и химического процесса её растворения были близки, но, чтобы величина скоростей обоих процессов была высокой. Известно, что процессы электрохимического полирования протекают в весьма агрессивных средах при высоких значениях потенциала и плотности тока. Это подтверждает указанные соображения о механизме процесса. Образование на аноде пассивирующей плёнки приводит к повышению электрохимической однородности поверхности металла, так как преимущественное растворение происходит на участках химических, структурных и микрогеометрических неоднородностей, где пассивирующий слой менее совершенен, благодаря чему повышается блеск поверхности металла.

Сглаживание микрошероховатостей поверхности при анодном полировании также связано с наличием на металле пассивирующей плёнки, если шероховатости эти минимальны и находятся на уровне субмикрорельефа. Сглаживание шероховатостей значительной величины определяется, в основном, количеством электричества, пропущенного через электролит, и, следовательно, количественными изменениями в прианодном слое. Помимо этого, в ходе электролиза наблюдается уменьшение высоты микровыступов и округление их вершин с переходом к волнообразному микрорельефу. В этом случае, сглаживание шероховатостей при электрохимическом полировании вызывается неравномерностью вторичного распределения тока по микрорельефу поверхности и концентрационными изменениями в прианодном слое электролита.

С учётом указанных представлений о механизме электрохимического полирования следует рассматривать вопрос о составе электролитов. В растворе ортофосфорной кислоты H3PO4 (далее – фосфорная кислота) блеск поверхности меди достигается в очень узком диапазоне плотностей тока и потенциалах, близких началу выделения кислорода. При большей плотности тока, хотя поверхность металла и получается блестящей, на ней образуются мелкие точечные углубления, напоминающие питтинг. Добавление в электролит хромового ангидрида заметно изменяет ход процесса – эффект полирования достигается в широком диапазоне плотностей тока, одинаково хорошо полируется не только медь, но и большинство её сплавов. Также, для улучшения качества обработки металла, и особенно при осаждении электрохимических сплавов, применяются электролиты, содержащие добавки органических соединений: бутиловый спирт, производные гуанидина и карбамида, сложные эфиры себациновой кислоты, аминокислоты.

поляризационные кривые

Рисунок 1. Поляризационные кривые процесса электрохимического полирования меди в растворах: 1 — 1200 г/л H3PO4; 2 — 1200 г/л H3PO4 и 100 г/л CrO3; 3 — 1200 г/л H3PO4 и 10 объёмных долей бутилового спирта

Для того, чтобы представить, какую же роль играют эти добавки при электрохимическом полировании, рассмотрим поляризационные кривые (зависимость потенциал электрода – плотность тока), характеризующую процессы, происходящие на электроде при электролизе (рис. 1). Кривые снимались в потенциодинамическом режиме, когда задаётся программа повышения потенциала анода и отмечается происходящее при этом изменение плотности тока. Ход всех трёх кривых в общем аналогичен, и на них можно отметить четыре участка, характеризующие различные стадии процесса. Первый подъём кривой отвечает процессу растворения меди. Следствием этого является увеличение ионов металла в прианодном слое электролита, в результате чего происходит выпадение солей меди на поверхности анода. Начало этого явления – солевой пассивности – характеризуется перегибом на кривой. Если образуется сплошная, беспористая плёнка, то вследствие её высокого электросопротивления прохождение тока может прекратиться. Если же плёнка пористая, то сила проходящего тока будет определяться электропроводностью слоя на участках пор.

Возрастание электросопротивления в зоне образования солевого слоя вызывает повышение температуры электролита у поверхности анода. При этом создаются условия, благоприятствующие формированию на аноде плёнки окисла, как в результате гидролиза солей, так и в ходе непосредственного окисления металла при повышении анодного потенциала. В этом случае, в довольно широком диапазоне потенциалов, плотность тока будет определяться отношением скоростей формирования окисной плёнки и её растворения в электролите и не будет зависеть от величины потенциала анода. Этот процесс характеризуется площадкой предельного тока на поляризационной кривой. Второй подъём кривой указывает на начало нового процесса – разряда ионов кислорода. Критические значения потенциалов, соответствующие изменению хода поляризационной кривой и, следовательно, началу нового анодного процесса, определяются составом электролита.

Как видно из рис. 1 (кривая 2), введение в электролит ионов шестивалентного хрома приводит к повышению предельного тока и смещению стандартного потенциала меди в сторону положительных значений. При анодной плотности тока ниже предельной, выход металла по току очень высок и наблюдается травление. Подавление процесса травления происходит при более положительных потенциалах и большей плотности тока, чем в фосфорнокислом растворе, не содержащем ионов хрома. Очевидно, что отсутствие поляризации, при небольших значениях анодного потенциала, способствует увеличению скорости растворения металла, но с повышением анодного потенциала, хромат-ион начинает принимать участие в формировании на металле пассивирующей окисной плёнки. Это, в свою очередь, приводит к торможению процесса травления. Образующаяся на поверхности меди плёнка содержит соединения хрома. По своей структуре и диэлектрическим свойствам она отличается от плёнки, сформированной в фосфорнокислом электролите, не содержащем других компонентов. Поверхность металла, полированного в фосфорно-хромовокислом электролите, обладает гидрофобными свойствами, что облегчает отделение выделяющихся при электролизе на аноде пузырьков кислорода.

Отличие в составе и свойствах плёнок, образующихся при анодной обработке меди в фосфорнокислом и фосфорно-хромовокислом электролитах, обусловливает различное качество полирования. В первом случае появление на металле питтинга при режиме, соответствующем второму подъёму поляризационной кривой, связано с дефектами покрывающей металл плёнки и задержкой отделения пузырьков кислорода. Во втором – блестящая поверхность без точечных углублений достигается в широком диапазоне плотностей тока на участке второго подъёма кривой. Причиной этого является изменение состава и структуры пассивирующей окисной плёнки, повышение её сплошности под влиянием содержащихся в электролите хроматов.

Введение в фосфорную кислоту бутилового спирта не приводит к столь существенным изменениям критических точек на поляризационной кривой процесса анодной обработка меди, как это имеет место при добавлении в электролит хроматов. Наблюдается сдвиг потенциала выделения кислорода в сторону более положительных значений и появление участка замедленного изменения поляризационных характеристик в зоне второго подъёма кривой (кривая 3, рис. 1). Это указывает на то, что положительное влияние хроматов и бутилового спирта на процесс электрохимического полирования меди определяется различными причинами. Бутиловый спирт или продукты его анодного окисления не участвуют в формировании окисной плёнки на поверхности металла. Исследования показали, что благоприятное действие бутилового спирта связано с адсорбцией этой добавки на электроде. Адсорбция происходит, прежде всего, на участках металла, не покрытых окисной плёнкой, но может распространяться и на поверхность плёнки. Результатом адсорбции является повышение сплошности пассивирующего слоя, что способствует торможению и предотвращению процесса травления металла. Бутиловый спирт также оказывает существенное влияние на физико-химические свойства раствора. Введение его в фосфорную кислоту приводит к понижению поверхностного натяжения, причём отмечено, что наибольший блеск поверхности металла достигается в электролите, в котором с помощью бутилового спирта достигнуто наибольшее снижение поверхностного натяжения. В таком растворе облегчается отделение от поверхности анода выделяющихся на нём пузырьков кислорода, что также способствует повышению качества полирования.

Приведённые соображения указывают на то, что введение в фосфорную кислоту некоторых окислителей или органических соединений благоприятно сказывается на качестве обработки поверхности металла за счёт участия этих соединений в процессе формирования на нём пассивирующего слоя.

Хотя химическое полирование выполняется без применения внешнего источника тока, оно имеет много общего с электрохимическим полированием. При химическом полировании воздействие раствора на металл сочетается с действием гальванических пар на его поверхности, что приводит к возникновению пассивирующей окисной плёнки. Толщина этой плёнки меньше, чем при электрохимическом полировании, что, по-видимому, и объясняет меньшую эффективность сглаживания и повышения блеска поверхности металла.

До недавнего времени электрохимическое полирование рассматривалось лишь как способ декоративной отделки деталей, но проведённые исследования показали, что возможности его значительно шире и позволяют использовать этот процесс для улучшения эксплуатационных характеристик ряда деталей и узлов аппаратуры.

Известно, что при механической обработке происходит деформация поверхностного слоя металла, концентрация в нём напряжений, скрытых дефектов. Чем тоньше материал, тем большее влияние на его свойства оказывает поверхностный слой. Устранение этого влияния известными методами затруднено. Термическая обработка мало влияет на тонкий поверхностный слой. Механическое шлифование и полирование не может его удалить. Травление сопровождается неравномерным растворением по структуре металла и его наводороживанием.

профилограммы обработанной поверхности стали

Рисунок 2. Прфилограммы поверхности стальных образцов, обработанных по 7-му классу шероховатости шлифованием (а), точением (б), механическим полированием (в), электрохимическим полированием (г)

Электрохимическое полирование оказывает непосредственное благоприятное воздействие на поверхность и поверхностный слой металла. Из рисунка 2 видно, что только при электрохимическом полировании образуется волнообразный рельеф и происходит сглаживание высокочастотных микрошероховатостей. Радиус округления вершин микрошероховатостей в десятки раз больше, чем при механическом шлифовании, радиус округления впадин в несколько раз превышает получаемый при обработке металла другими способами. Средний шаг между шероховатостями также отличается в сторону увеличения. Всё это благоприятно влияет на износостойкость трущихся поверхностей. При одинаковом классе шероховатости поверхности образцы, обработанные электрохимическим полированием, имеют значительно ниже коэффициент трения и меньше износ, чем механически полированные образцы. Серебряные покрытия осаждённые на электрополированную поверхность, при механическом трении изнашиваются на 15-20% меньше.

Существенно улучшаются упругие характеристики пружинных материалов – повышается предел упругости, релаксационная стойкость. Заметно уменьшается наводороживание стальных электрополированных пружин при последующем цинковании. Улучшаются также электромагнитные свойства электротехнической стали и железоникелевого сплава пермаллоя. Благодаря наличию на поверхности электрополирванного металла пассивирующей плёнки повышается его стойкость против коррозии. Это позволяет использовать процессы химического и, в особенности, электрохимического полирования для декоративной отделки деталей, подготовки их перед осаждением покрытий и как способ улучшения некоторых важных эксплуатационных характеристик изделий.

Химическое полирование менее трудоёмко, чем электрохимическое или механическое, оно не связано с затратой электроэнергии. К его недостаткам относятся малый срок службы растворов, трудность, а иногда и невозможность их корректировки. Блеск поверхности металла получается меньше, чем при электрохимическом полировании. Химическому полированию целесообразно подвергать медные, латунные и алюминиевые детали небольших размеров, не требующие получения интенсивного блеска поверхности.

Электрохимическое полирование применяют для обработки труб, пружин, турбинных лопаток, инструмента, ряда деталей, работающих в условиях трения или знакопеременных нагрузок, для декоративной отделки ювелирных изделий. Благодаря сочетанию электрополирования с последующим анодированием и адсорбционным окрашиванием получают отделку алюминиевых деталей под золото. Этот процесс незаменим при обработке полупроводников, так как позволяет получить поверхность со стабильными электрофизическими характеристиками. Применяя электрохимическое полирование для чистовой обработки деталей, можно повысить на 1-2 класса шероховатость поверхности. При этом следует учитывать, что на деталях не должно быть глубоких рисок, забоин, раковин, так как они не устраняются при анодной обработке. Наиболее интенсивный блеск поверхности металла достигается на сравнительно небольших деталях, причём плоские поверхности полируются хуже, чем цилиндрические.

ХИМИЧЕСКОЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ

Как уже было сказано, введение в травильные растворы некоторых химикатов и поверхностно-активных веществ (ПАВ) приводит к созданию глянцевой, блестящей поверхности. При этом, образующиеся в процессе вязкие продукты реакции обволакивают всю поверхность изделий. В микровпадинах, канавках и прочих мельчайших углублениях толщина этой вязкой плёнки в несколько раз больше, чем на микровыступах, острых кромках и гребешках, полученных ранее в результате механической обработки. Подбирая специальные вещества и режимы обработки, можно настолько усилить эффект сглаживания, что поверхность металла становиться весьма блестящей и может повысить класс шероховатости с 10—11-го до 12—13-го по действующему ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики (с Изменениями No.1)». Следует отметить, что повышение класса шероховатости может иметь место лишь при высокой начальной степени, например начиная с 8-го или 9-го класса и выше, а при шероховатости 4-6-го — начальный класс шероховатости останется неизменным, но поверхность станет блестящей.

ХИМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ ЧЁРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Химическое полирование чёрных металлов имеет пока весьма ограниченное применение. Так, промышленное применение получило химическое полирование часовых механизмов из углеродистых сталей марок А75, У10А, 65Г и др. Для полирования применяется раствор, содержащий следующие компоненты, г:

  1. Ортофосфорная кислота (плотностью 1,98 г/см³) — 1;
  2. Хромовый ангидрид — 10;
  3. Метасиликат натрия марки «содовое» — 2;
  4. Борная кислота — 0,1;
  5. Марганцовокислый калий — 2,0;
  6. Хлористый натрий — 4,0.

Процесс полирования ведётся при температуре 373-383 К (∼100-110 °С); выдержка 2—3 мин. При составлении и эксплуатации указанного раствора важнейшей задачей является полное обезвоживание всех компонентов. Для этой цели ортофосфорную кислоту, независимо от её начальной плотности, выпаривают при 600 К (327 °С) до плотности 1,98 г/см³. Остальные компоненты также просушивают, растирают в фарфоровой ступке до пылевидного состояния и медленно, при перемешивании, вводят в ортофосфорную кислоту. Детали предварительно галтуют в осветляющем растворе состава, г/л:

  1. Ортофосфорная кислота — 50;
  2. Двухромовокислый калий — 60;
  3. Марганцовокислый калий — 1,5.

Раствор готовят на дистиллированной воде и обрабатывают детали при комнатной температуре в течении 5—10 мин. Перед погружением в полировальный раствор детали промывают ацетоном для удаления влаги и сушат горячим сжатым воздухом. Полирование ведут при перемешивании или встряхивании деталей. При выдержке в 2—3 мин снятие металла составляет 4-5 мкм на сторону. Для химического полирования деталей из нержавеющей стали марок 12Х18Н9Т, 12Х17 и др. (ГОСТ 5632-2014) рекомендуется состав, г/л:

  1. Серная кислота — 350…430;
  2. Соляная кислота — 20…40;
  3. Азотная кислота — 35…50;
  4. Краситель оранжевый — 20…25.

Для ведения процесса необходимы температура раствора порядка 340 К (67 °С) и выдержка от 2 до 10 мин в зависимости от состояния поверхности. Процесс не получил пока промышленного применения, вследствие неустойчивого полировального эффекта. Да и в принципе, вряд ли когда получит, т.к. описываемые в этой статье техники относятся к середине прошлого века.

Химическое полирование цветных металлов гораздо эффективнее, чем чёрных, и может применяться для обработки деталей из меди, алюминия и прочих металлов. Так, для деталей из меди и её сплавов можно применять растворы, сведённые для удобства в таблицу ниже.

 

Составы и режимы химического полирования меди и её сплавов
Компоненты, режимНомер раствора; количество компонента, г/л
12
— ортофосфорная кислота935…9501300…1400
— уксусная кислота250…260
— азотная кислота280…290
— азотнокислый калий, тех.450…500
Рабочая температура, К290…305365…375
Выдержка, мин1…60,5…2

 

ХИМИЧЕСКОЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Из алюминия и его сплавов изготавливается огромное количество разнообразных деталей, для разных отраслей народного хозяйства (автомобилестроение, авиация, товары народного потребления и т.д.). Для придания им необходимых свойств перед анодированием поверхность алюминиевых изделий подвергают химической очистке от загрязнений (маслами, жирами), механическому полированию, химическому и электрохимическому полированию.

Способность алюминиевых сплавов к выравниванию поверхности и повышению отражательной способности в процессе полирования зависит от химического состава и структуры сплава.

Изделия из алюминиевых сплавов относятся к той группе металлов, когда только механическим способом нельзя достигнуть желаемого результата из-за деформации их в процессе обработки и значительной трудоёмкости. Дополнительное полирование алюминиевых изделий производят химическим или электрохимическим способом.

При электрохимическом полировании поверхность изделия выравнивается и приобретает блеск. Электролит для полирования должен быть устойчив в работе, иметь широкий диапазон плотности тока и температуры, не должен разъедать поверхность полируемого изделия.

Доминирующим фактором электрополировки является процесс анодного растворения преимущественно микровыступов, благодаря чему выравнивается поверхность. Повышению качества способствуют  однородность структуры твёрдого раствора и мелкозернистое строение сплава.

Электрополировка может происходить при температуре 42-120° С и плотности тока 10-50 А/дм². Продолжительность процесса полирования колеблется от 1 до 15 мин и находится в прямой зависимости от плотности тока. Чем выше плотность тока, тем меньше время электрополировки.

Электрополировку производят при постоянном токе с повышенным напряжением до 25 В. Напряжение зависит от формы деталей, расстояния между анодом и катодом и типа электролита. Для поддержания электролита в рабочем состоянии необходимо своевременно удалять из электролита гидроокись алюминия. Удаляют гидроокись алюминия из раствора методом декантации в фильтрации. Перед проведением полирования, поверхность изделий обезжиривают в щелочных растворах или органических растворителях. Плотные окисные пленки в окалину удаляют травлением.Крепление изделия к подвеске при электрополировке должно быть жестким. Катоды изготовляют из коррозиестойкой стали, свинца и сплава свинца с оловом.

В процессе электрополировки катоды покрываются отложениями солей, которые необходимо удалять. В основном применяют катоды из коррозиестойкой стали, так как они меньше покрываются отложениями солей, чем свинцовые. В процессах полирования желательно перемешивать электролит. Перемешивать электролит можно сжатым воздухом с помощью барботера или путем вибрационного движения анодной штанги с подвесками.

Перемешивание увеличивает скорость электролитической полировки, предотвращает образование «газовых мешков». Операция электрополировки может быть, как окончательной, так и промежуточной. О хорошем качестве электрополирования свидетельствует зеркальный блеск и отсутствие пятен растравливания поверхности. Для электрополировки алюминия и его сплавов широко применяют фосфорнокислые и щелочные электролиты. Электролитический метод полирования в электролите, содержащем серную, фосфорную и хромовую кислоты, используют для обработки алюминиевых сплавов АД1М, АМГ и др. Электролит следующего состава, г/л: серная кислота (плотность 1,84 г/см³) 425-475; ортофосфорная кислота (плотность 1,6 г/см³) 850-950; хромовый ангидрид 50-70; трехвалентный хром до 30; алюминий до 30.  Режим обработки: температура раствора 60-80° С (катоды свинцовые); плотность тока на аноде 5-10 А/дм²; напряжение 36/18 В; время 6 мин.

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ДВУХСТАДИЙНОЕ ПОЛИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ

Полирование в щелочном электролите эффективно для алюминиевых сплавов с содержанием алюминия 99,99% с легированием магнием до 1,5%, примеси не должны превышать, %: Si 0,07; Fe 0,06; Cu 0,005; Mn 0,02; Zn 0,04; Ti 0,015. Электрополирование осуществляют в две стадии. Состав электролита для обеих стадий одинаков. Хорошие результаты получаются при полировании в электролите состава, г/л:

  1. Концентрированная сода (для оптических стекол 99%) 230…300;
  2. Натрий трёхзамещенный фосфорнокислый (безводный) 320…380;
  3. Cорбит 40…50.

Режим работы первой стадии:

  1. Температура 80-90° С;
  2. Продолжительность 9,5 мин;
  3. Плотность тока 6,0 А/дм²;
  4. Напряжение 16…18 В.

Режим работы второй стадии:

  1. Температура 70-80°С;
  2. Продолжительность 9,5 мин;
  3. Плотность тока 4,0 А/дм²;
  4. Напряжение 16…18 В.

Катоды из коррозиестойкой стали с перфорированной поверхностью, соотношение площадей катодной и анодной поверхностей 2:1. Плотность тока по мере образования на поверхности деталей тонкой пленки падает по сравнению с первоначальной на 40-50%. Первая стадия — предварительная стадия полирования, цель ее — снять с поверхности изделий значительную часть металла. Цель второй стадии — незначительное снятие металла с поверхности изделий для увеличения степени блеска. Изделия погружают в электролит без электрического напряжения и оставляют в нём течение 10-15 с. Только после этого подают ток. Растворение изделий в процессе электрополирования — незначительно. Толщина изделия уменьшается примерно на 5-10 мкм. Изделия, поступающие на электрополирование, предварительно проходят механическое полирование. Необходимые условия работы электролита: непрерывная фильтрация, которая обеспечивает поддержание постоянного количества алюминия в электролите; возвратно-поступательное движение деталей для поддержания однородности электролита. Электролитическое щелочное полирование имеет ряд преимуществ по сравнению с кислотным:

  1. Стабильность работы электролита, т. е. все компоненты расходуются с одинаковой скоростью, небольшие изменения в концентрации не сказываются ка качестве полирования;
  2. Отсутствие опасности при приготовлении электролита (не выделяет вредных газов).

Щелочные электролиты дешевле кислых. Недостаток их в том, что они не предназначены для полирования сплавов алюминия с большим количеством легирующих добавок. Кроме того, коэффициент зеркального отражения полированной поверхности в этом случае ниже, чем при кислотном полировании. Щелочной электролит очень чувствителен к хлористым примесям, поэтому для приготовления раствора используют химические продукты с незначительным содержанием примесей хлористых соединений и сульфатов. Раствор приготовляют, растворяя компоненты в деминерализованной воде. Состав раствора ежедневно контролируют. Корректирование электролита производят по мере уноса обрабатываемой поверхностью. Анализ содержания кальцинированной соды и трехзамещенного фосфорнокислого натрия производят 3 раза в неделю. Чистку ванны методом декантации производят 1 раз в 2 месяца.

Приготовление электролита. Ванну заливают деминерализованной водой на 2/3 объема. Воду нагревают до температуры 70-80° С. Затем засыпают необходимое количество кальцинированной соды и трехзамещенного фосфорнокислого натрия. После полного растворения указанных солей добавляют сорбит и уровень раствора в ванне доводят до рабочего деминерализованной водой и нагревают до заданной температуры. После этого электролит готов к употреблению. Для полирования ряда алюминиевых сплавов применяют электрополирование в щелочном электролите следующего состава, г/л:

  1. Тринатрийфосфат 110…120;
  2. Алюмокалиевые квасцы 80…85;
  3. Едкий натр 25…30.

Режим работы: температура 70-80° С; плотность тока 2-3,5 А/дм²; напряжение 18 В; продолжительность 9 мин. Катоды из коррозиестойкой стали.

Полирование алюминия в  многокомпонентном кислотном растворе полирования. Характерная особенность этого раствора в том, что в нём полируют до зеркального блеска алюминиевые сплавы, имеющие в своем составе до 4% различных легирующих добавок (содержание алюминия 96-99%). Отражательная способность обрабатываемых изделий стабильна и не изменяется в зависимости от количества примесей в сплаве в пределах допустимого для данной марки. Многокомпонентный кислотный раствор применяют для полиравания алюминиевых сплавов АМг6, АК6, АК8, АД31, АМг0,5 и др. Состав раствора, г/л (плотность 1,72-1,75 г/см³):

  1. Ортофосфорная кислота (плотность 1,7 г/см³) 77,5;
  2. Соляная кислота (плотность 1,84 г/см³) 15,5;
  3. Азотная кислота (плотность 1,51 г/см³) 6,0;
  4. Борная кислота 0,5;
  5. Азотнокислая медь 0,5;
  6. Карбоксиметилцеллюлоза 0,83.

Режим полирования: температура 95-110° С; время 2 мин. Снятие металла 5 мкм за 1 мин на сторону; раствор стабилен в работе, обеспечивает высокую степень блеска поверхности, легко корректируется.

Приготовление электролита. В отдельном сосуде, в 20-25 л дистиллированной воды растворяют при 100° С азотнокислую медь и борную кислоту. Растворы сливают в рабочую ванну, затем вливают остальные кислоты, смесь подогревают до 95-100° С и добавляют разведенную отдельно карбоксиметилцеллюлозу. В процессе полирования резко уменьшается содержание азотной кислоты, в то время как остальные компоненты расходуются только уносом с деталями и пополняются при доведении ванны до уровня полным составом раствора. Практически раствор ежедневно  корректируют азотной кислотой; анализ остальных составляющих производят не реже одного-двух раз в неделю с соответствующим корректированием электролита. Кроме корректирования раствора, его нужно систематически деканитировать для удаления из него накопившихся во время полирования нерастворимых солей алюминия. Предварительно допустимое содержание солей алюминия в растворе составляет 100 г/л.

Далее публикуем операции технологических процессов получения покрытий, представленные в единой системе защиты от коррозии и старения в виде таблиц — технологических карт, в которых собраны рецептуры и условия проведения процессов, даны технологические рекомендации (карты №№ 20-22,  ГОСТ 9.305-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические»).

 

ГОСТ 9.305-84 Карта 20. ПОЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЕ (загрузить pdf)
Основной металлСостав раствораРежим обработкиДополнит-ные указания
Наименование компонентовКол-во, г/дм³Тем-ра, °СВремя, мин
Медь и её сплавыСостав 1:15…301…6
— кислота ортофосфорная935…950
— кислота азотная конц.280…290
— кислота уксусная синтетич., и регенерир., сорт 1250…260
Медь и её сплавы, в том числе бериллиевые бронзыСостав 2:90…1000,5…2,0
— кислота ортофосфорная1300…1400
— калий азотнокислый450…500
Алюминий высокой чистоты и сплавы марок АМг5Состав 3:100…1102,5…4,0Допускается исключать или заменять карбоксиметил-целлюлозу на железный купорос; допускается уменьшать продолжительность обработки.
— кислота ортофосфорная1300…1400
— кислота серная тех.200…250
— кислота азотная конц.110…150
— натрий карбоксилметил-целлюлоза тех.≈0,8
Алюминиевые сплавы марок АМгСостав 4:65…75До 5,0Допускается заменять азотную кислоту на 85-100 г/дм³ азотнокислого аммония, при этом температуру повышают до 95-100° С.
— кислота ортофосфорная1500…1600
— кислота азотная конц.60…80
Алюминий и деформируемые сплавы марок АД1, АМг, АМцСостав 5:60…80До 1,0Применяют для получения полублестящей поверхности с шероховатостью 7-го класса.
— кислота ортофосфорная термич.840…860
— кислота щавелевая тех.45…55
Сталь коррозиестойкая марок 12Х18Н10Т, 12Х17 и другиеСостав 6:65…752…10
— кислота серная тех.350…430
— кислота азотная конц.35…50
— кислота соляная синтетич., тех.20…40
— краситель оранжевый 2Ж20…25
Примечание. Марки алюминия и алюминиевых сплавов — по ГОСТ 4784, марки коррозиестойких сталей — по ГОСТ 5632

 

ГОСТ 9.305-84 Карта 21. ПОЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ (загрузить pdf)
Основной металлСостав раствораРежим обработкиПлот-ность раст-ра, г/см³Дополнительные указания
Наименование компонентовКол-во, г/дм³Темп-ра, °САнодная плот-ность тока, А/дм²Время, мин
Стали углеродистые, низко- и среднелегированные, коррозиестойкие, алюминий и его сплавы по ГОСТ 4784-74Состав 1:60…8015…801…101,63…1,72Обработку алюминиевых сплавов проводят с перерывами тока на 30 с через каждые 5 с обработки. При обработке алюминия и его сплавов плотность тока ~5А/дм². Для коррозиестойких сталей допускается снижение концентрации ортофосфорной кислоты до 600 г/дм³. Катоды — сталь марки 12Х18Н10Т, свинец
— кислота ортофосфорная500…1110
— ангидрид хромовокислый тех.30…80
— кислота серная тех.250…550
Сталь марки 12Х18Н10ТСостав 2:10…1001…5≈1,62Катоды — сталь марки 12Х18Н10Т
— кислота ортофосфорная950…1050
— кислота серная тех.150…300
Сталь марки 12Х18Н10Т, алюминий и его сплавы по ГОСТ 4784-74Состав 3:100…11020…503…5Обработку алюминиевых сплавов проводят с перерывами тока на 30с через каждые 5с обработки. Допускается заменить катапин БПВ на катапин — бактерицид. Катоды — сталь марки 12Х18Н10Т, алюминий.
— кислота ортофосфорная730…900
— кислота серная тех.580…725
— триэтаноламин4…6
— катапин БПВ0,5…1,0
Медь и её сплавыСостав 4:30…4020…500,5…5,01,60…1,61Обработку бронз проводят при температуре 15…30 °С. Катоды — медь, свинец.
— кислота ортофосфорная850…900
— ангидрид хромовокислый тех.100…150
Примечание.

  1. Номинальное напряжение источника тока 12—18 В, кроме Состава 3. Отклонение от выбранной плотности тока не должно быть более ±10%.
  2. Плотность тока и продолжительность обработки выбирают опытным путём в зависимости от формы и размера деталей, шероховатости поверхности и требований к внешнему виду (кроме Состава 4).
  3. Сталь марки 12Х18Н10Т — по ГОСТ 5632.

 

ГОСТ 9.305-84 Карта 22. ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ (загрузить pdf)
Основной металлПокрытиеСостав раствораРежим обработкиДополнительные указания
Наименование компонентовКол-во, г/дм³Тем-ра, °СВремя, мин
Алюминий и его сплавыЦинковоеСостав 1:Допускается двукратная обработка с промежуточным снятием цинка в азотной кислоте (200-500 г/дм³), продолжительность второй обработки 10-15 с.
— цинка окись55…8018…250,25…4,0
— натр едкий тех., марка ТР250…420
Состав 2:
— цинка окись70…10015…300,3…0,7
— натрий едкий тех., марка ТР500…550
— железо трёххлористое2…3
— калий-натрий виннокислый 4-водный8…10
— натрий азотнокислый тех.1…2
НикелевоеСостав 3:
— никель двухлористый 6-водный20…4550…600,2…0,5
— кислота ортофосфорная1420…1450
Состав 4:Применяют перед нанесением хромовых покрытий. После обработки никелевое покрытие снимают в азотной кислоте (660…680 г/дм³) при температуре 15…30 °С
— никель двухлористый 6-водный450…60015…30≈1,0
— кислота фтористоводородная тех.9…10
— кислота борная28…40
ОловянноеСостав 5:
— натрий мета-оловянокислый, 3-водный30…6060…700,3…0,5
— натрий хлористый15…30
— натр едкий тех., марка ТРДо 10
Сплав цинк-никельСостав 6:Для увеличения прочности сцепления покрытия с основным металлом применяют катодный импульс тока 1 А/дм² в течении 0,5 мин. рН раствора 3,5-4,5.
— цинк борфтористый 6-водный40…9018…250,5…3,0
— никель борфтористый 6-водный150…300
— аммоний тетрафторборат30…60
Примечания:

  1. Способ получения покрытия — иммерсионный.
  2. После обработки наносят металлическое покрытие из пирофосфатных и цианистых ванн меднения или сернокислотных ванн никелирования, или из ванн химического никелирования.
  3. Марки алюминия и алюминиевых сплавов — по ГОСТ 4784 и ГОСТ 1583.