Полирование | Гальванические стоки - очистка

Химическое и электрохимическое полирование. Теория процессов электрополирования и химического полирования не до конца раскрыта, тем не менее, 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 месть 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 полированияведётся 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 электрополирования является процесс анодного растворения преимущественно микровыступов, благодаря чему выравнивается поверхность. Повышению качества способствуют  однородность структуры твёрдого раствора и мелкозернистое строение сплава.

Электрополирование 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 электрополирования.

Электрополирование 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 электрополировании должно быть жестким.
Катоды изготовляют из коррозионно-стойкой стали, свинца и сплава свинца с оловом.

В процессе электрополирования катоды покрываются отложениями солей, которые необходимо удалять. В основном применяют катоды из коррозионно-стойкой 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».

Процесс электрополирования может быть окончательной и промежуточной операцией. О хорошем качестве электрополирования свидетельствует зеркальный блеск и отсутствие пятен растравливания поверхности.

Для электрополирования 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 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.

Хорошие результаты получаются при полировании в электролите состава, г/л: концентрированная сода (для оптических стекол 99%) 230-300; натрий трёхзамещенный фосфорнокислый (безводный) 320-380; сорбит 40-50.

Электрополирование осуществляют в две стадии. Состав электролита для обеих стадий одинаков.
Режим работы первой стадии: температура 80-90°С; продолжительность 9,5 мин; плотность тока 6,0 А/дм²; напряжение 16-18 В.

Режим работы второй стадии: температура 70-80°С; продолжительностъ 9,5 мин; плотность тока 4,0 А/дм²; напряжение 16-18 В.

Катоды из коррозионно-стойкой 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 изделии 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: тринатрийфосфат 110-120; алюмокалиевые квасцы 80-85; 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 коррозионно-стойкой стали.

Многокомпонентный кислотный раствор полирования. Характерная особенность этого раствора то, 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: ортофосфорная кислота (плотность 1,7 г/см³) 77,5; соляная кислота (плотность 1,84 г/см³) 15,5; азотная кислота (плотность 1,51 г/см³) 6,0; борная кислота 0,5; азотнокислая медь 0,5; карбоксиметилцеллюлоза 0,83.
Плотность раствора 1,72-1,75 г/см³.

Режим полирования: температура 95-110° С; время 2 мин.

Снятие металла 5 мкм в 1 мин на сторону; раствор стабилен в работе, обеспечивает высокую степень блеска поверхности, легко корректируется.

Приготовление. 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.

Корректировка. 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»).

 

Карта 20. ПОЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЕ (скачать pdf)
Основной металлСостав раствораРежим обработкиДополнительные указания
Наименование компонентовКоличество,
г/дм³
Температура, °СПродолжительность, мин
Медь и её сплавыСостав 1: 15 — 301 — 6
— кислота ортофосфорная935 — 950
— кислота азотная концентрированная280 — 290
— кислота уксусная синтетическая и регенерированная, 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 АМг5 Состав 3: 100 — 1102,5 — 4,0Допускается исключать или заменять карбоксиметилцеллюлозу на железный купорос;
допускается уменьшать продолжительность обработки.
— кислота ортофосфорная1300 — 1400
— кислота серная техническая200 — 250
— кислота азотная концентрированная110 — 150
— натрий карбоксилметилцеллюлоза техническая≈0,8
Алюминиевые сплавы марок АМг Состав 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 концентрированная60 — 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 термическая840 — 860
— кислота щавеливая техническая45 — 55
Сталь коррозиестойкая марок 12Х18Н10Т, 12Х17 и другиеСостав 6: 65 — 752 — 10
— кислота серная техническая350 — 430
— кислота азотная концентрированная35 — 50
— кислота соляная синтетическая техническая20 — 40
— краситель оранжевый 2Ж20 — 25
Примечание. Марки алюминия и алюминиевых сплавов — по ГОСТ 4784, марки корозионно-стойкиких сталей — по ГОСТ 5632