авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Повышение качества поверхности металлов методами электрохимической и химической обработки: закономерности и технологические решения

-- [ Страница 4 ] --

Положительный знак фотоответа свидетельствует о формировании на поверхности полупроводниковой пленки с дырочной проводимостью. В таком поверхностном слое ионы меди способны перемещаться по катионным вакансиям, а электроны – по электронным дыркам (катионам более высокой степени окисления).

Для изучения свойств поверхностных слоев непосредственно в процессе обработки нами был использован метод электродного импеданса. При наложении потенциала, соответствующего области предельных токов растворения меди в фосфорной кислоте, имеет место линейная зависимость активной и реактивной составляющей импеданса от -1/2 (рис. 14), обусловленная уменьшением толщины диффузионного слоя с ростом скорости вращения электрода в соответствии с уравнением: = 1,61D1/31/6-1/2. Такого рода зависимости характерны для случая замедленной стадии отвода продуктов растворения от электрода в объем раствора (полирование за счет формирования солевой пленки). Поэтому увеличение скорости вращения электрода, способствующее уменьшению толщины резистивного слоя, приводит к снижению активного высокочастотного сопротивления.

В растворе, содержащем нитрат аммония, при вращении электрода активная и реактивная составляющие импеданса при высоких скоростях вращения перестают зависеть от числа оборотов дискового электрода. По-видимому, в этом случае имеет место изменение природы лимитирующей стадии: ограничения по отводу ионов меди снимаются, и преобладающее влияние приобретает подвод акцепторов, необходимых для растворения оксидного слоя.

а б Зависимости активной (1) и-34а б Зависимости активной (1) и-35б

Рис. 14. Зависимости активной (1) и реактивной (2) составляющих импеданса медного дискового электрода от скорости вращения в растворах: а – 15 М Н3РО4. Еа=0,72 В; б – 15 М H3PO4 + 3 M NH4NO3. f=5000 Гц, Т=298 К.

Величины составляющих импеданса при обработке меди в окислительной среде заметно выше, чем значения, полученные в растворе фосфорной кислоты. Это свидетельствует об усилении влияния оксидного слоя при обработке меди в растворе химического полирования.

Таким образом, несмотря на существенное различие в электрохимических свойствах титана и меди, причины, определяющие возможность достижения эффекта химического полирования, остаются прежними – замедленность стадии массопереноса в растворе и формирование на поверхности металла полупроводникового оксидного слоя.

Дополнительные возможности управления процессом дает совместное введение в состав раствора полирования двух окислителей, восстановление одного из которых сопровождается выделением газа и возникновением конвективных потоков, а продукты восстановления второго остаются в жидкой фазе. При этом скорость растворения металла несколько снижается, но увеличивается интенсивность сглаживания микрорельефа.

Используя комбинации кислородсодержащих окислителей и реагентов, восстановление которых протекает без участия ионов гидроксония, а изменения сводятся к перезаряду иона, можно целенаправленно влиять на величину рН приэлектродного слоя и формирование оксидных слоев на поверхности металла. Реакции перезаряда ионов протекают с низким электрохимическим перенапряжением, вследствие чего возрастает роль диффузионных ограничений.

Исходя из вышеизложенных положений, нами были разработаны малоагрессивные растворы для обработки меди и сплавов на ее основе, содержащие одновременно два окислителя. Преимущества от введения второго окислителя видны из данных, представленных в табл. 8.

Таблица 8.

Показатели обработки поверхности меди и латуни ЛС59 в растворах различного состава.

№ п.п. Показатель Металл Состав раствора, г/л
H3PO4 -1400 KNO3 - 450 H3PO4 -1400 NH4NO3 – 280 Ox2 - 10
1 Шероховатость поверхности Ra, мкм Медь 0,362 0,228
Латунь 0,375 0,304
2 Отражательная способность поверхности, % Медь 59 81
Латунь 78 94
3 Удельный объем выделяющегося газа, см3/г Медь 230 46
Латунь 235 49
4 Температура раствора, оС 90 - 100 20 - 40

Предлагаемые растворы характеризуются невысокой скоростью съема металла (3 – 5 мкм/мин.), что облегчает управление процессом. Пониженная температура и скорость растворения металла дают возможность вести обработку деталей насыпью в установках барабанного типа. Их применение позволяет в 4 – 5 раз сократить количество вредных выбросов оксидов азота.

В разделе 5.2 рассмотрены вопросы подготовки поверхности титана перед электрохимическим серебрением. Для обеспечения прочного сцепления покрытия с титаном применяют сложные многостадийные схемы, включающие нанесение промежуточных подслоев никеля и меди. Однако при эксплуатации деталей в жестких климатических условиях при нарушении сплошности серебряного покрытия возникают гальванические пары (Ag-Cu, Ag-Ni), что приводит к коррозии и сокращению срока эксплуатации деталей. По этой причине целесообразно осаждать серебро непосредственно на титан. Для обеспечения надежного сцепления покрытия с основой, его сплошности и равномерности необходима высокая степень активности поверхности и ее сохранение в момент погружения деталей в электролит. Такие свойства поверхности титана обеспечивает гидридная обработка.

Установлено, что значения фото-ЭДС и комплексного сопротивления титанового электрода после различных способов обработки согласуются с данными по прочности сцепления серебра с титаном. Наиболее эффективное активирование поверхности обеспечивается при гидридной обработке в растворах HCl - 425 г/л или HCl - 230 г/л + H2SO4 - 600 г/л при температуре 500С. Для обеспечения надежного сцепления серебра осаждаемого из синеродисто-роданистого электролита, загрузку деталей в ванну следует производить под током.

В разделе 5.3 рассмотрены вопросы защиты поверхности серебра от потемнения. Установлено, что при взаимодействии серосодержащего органического пассиватора (диэтилдитиокарбамата натрия) с серебром на поверхности металла образуется хемосорбированный защитный слой. С помощью импедансных измерений показано, формирующаяся защитная пленка обладает повышенным электрическим сопротивлением. Установлено, что для количественной оценки состояния поверхности после пассивации можно использовать метод фрактальной геометрии.

В случаях, когда основной задачей пассивирующей обработки является сохранение декоративных свойств изделия, концентрация диэтилдитиокарбамата натрия не должна превышать 10 г/л, а содержание КОН – 2 г/л. По эффективности защиты такие растворы не уступают хромсодержащим и в то же время намного менее токсичны.

Глава 6. Практическое применение результатов исследований

В разделе 6.1 приведены результаты применения водно-органических растворов для электрохимической обработки циркония, гафния вольфрамокобальтового сплава ВК8. При обработке циркония в водных растворах NaC1, традиционно применяемых для ЭХО циркония и его сплавов, только на отдельных участках удается достичь эффекта полирования. Введение в состав раствора алифатических спиртов позволяет существенно улучшить качество обработанной поверхности. Таблица 9.

Качество поверхности циркония (величина Rz, мкм) после ЭХО в водных и водно-спиртовых растворах, содержащих 1 М хлорида натрия.

Природа и концентрация спирта Величина Rz, мкм при межэлектродном зазоре
0,2 мм 1,5 мм
2,40 5,87
ИПС – 3М 1,18 2,18
ИПС – 7М 1,32 3,11
ЭГ – 7М 0,57 0,90
Г – 7М 2,85 1,65

Водно-этиленгликолевый электролит, содержащий 7 М ЭГ и 1 М NaCl, является оптимальным для проведения высокоскоростного анодного формообразования циркония. Эффект полирования циркония в водно-изопропанольных хлоридных растворах достигается при введения в электролит добавки нитрита натрия (калия) (А.С. СССР №1593805). При этом коррозионная активность раствора по отношению к оборудованию уменьшается в 2 раза.

Результаты электрохимического формообразования на электрохимическом копировально-прошивочном станке СЭП-902А приведены в табл. 10. Применение водно-органических растворов способствует некоторому увеличению точности обработки и позволяет значительно повысить качество обработанной поверхности.

Таблица 10.

Технологические показатели ЭХО циркония и гафния цилиндрическим электродом (МЭЗ – 0,2 мм; Т=293 К; давление 0,05 МПа; глубина прошивки 5 мм; рабочее напряжение 10 В; диаметр электрода 10 мм).

Состав электролита Средний рабочий ток, А Металл Скорость обработки, мм/мин Конусность отверстия, град Шероховатость поверхности Rz, мкм
1М NaCl 8,0 Zr Hf 0,40 0,38 8,02 7,92 5,01 2,64
1М NaCl + 7М ЭГ 4,0 Zr Hf 0,13 0,12 7,62 6,28 0,40 0,87
1М NaCl + 7М Г 3,5 Zr 0,12 7,60 0,44
1М NaCl + 3 М ИПС + 7М Г 3,5 Hf 0,11 5,14 0,96

На разработанные составы электролитов получены два патента РФ. Разработанные электролиты используются на ФГУП «НПП Алмаз» для обработки деталей внутриламповой номенклатуры из гафния. Их применение позволило повысить качество обработанной поверхности деталей при сохранении необходимой производительности процесса. Использование водно-органических составов электролитов обеспечило повышение стабильности характеристик готовых изделий.

Положительный эффект от применения водно-органических растворов был получен и при ЭХО вольфрамокобальтовых твердых сплавов на станке Э-50. В электролитах, содержащих МЭА, скорость прошивки ниже, чем в традиционно применяемых нитратно-щелочных растворах вследствие меньшей электропроводности и меньшей объемной концентрации активирующих ионов ОНq. Вместе с тем, погрешность обработки в водно-органических растворах с высокой концентрацией аминоспирта (6 моль/л) меньше, чем в хлоридно-щелочном электролите, а качество поверхности заметно выше (табл. 11).

Таблица 11.

Показатели ЭХО сплава ВК8 неизолированным цилиндрическим электродом. Импульсный режим: амплитуда импульсов напряжения 15 В, скважность 5, частота 100 Гц. Т=293 К.

Состав и концентрация электролита Шероховатость поверхности Rz, мкм Конусность отверстия,°
1,7М NaCl + 2,5М NaOH 3,60 6,8
2M NaCl + 6M МЭА 1,80 5,3
1М NaCl + 6М МЭА 1,98 4,5

Разработанные режимы и составы электролитов были использованы при обработке фильер из сплава ВК8 в производственных условиях на ООО «Пульс» (г. Кострома). При прошивке отверстий трубчатым электродом с неизолированными боковыми поверхностями в деталях из сплава ВК8 скорость обработки составила 0,05 – 0,08 мм/мин., шероховатость поверхности Rz=1,5 мкм при конусности отверстий 4-5°.

В разделе 6.2 приведены результаты применения водно-органических электролитов для электрохимического удаления заусенцев с деталей после механообработки. Эксперименты по удалению заусенцев с ряда деталей из стали Ст.45, полученных на ОАО «Автокран» (г. Иваново), а также с деталей типа «петля» из нержавеющей стали Х18Н10Т, полученных на СПКТБ ЭО (г. Санкт-Петербург), доказали возможность полного удаления заусенцев при условии минимального изменения линейных размеров с получением полированной поверхности обрабатываемой детали в разработанном растворе состава (мас. %): хлорид щелочного металла – 15 – 18; нитрат щелочного металла – 2 – 3; этилцеллозольв – 10 – 15; вода – остальное. Обработку следует вести при плотности анодного тока 0,2 – 0,6 А/см2. На разработанный состав и режим удаления заусенцев получено А.С. СССР №1646726.

Раздел 6.3 посвящен вопросам совершенствования технологии серебрения титана. Разработанная схема однослойного серебрения титана включает операции химического обезжиривания, химического полирования в растворе, г/л: NH2OHHCl 200 - 250, NH4FHF 60 - 80 (t=80-900С, время обработки 1 - 1,5 мин.); гидридную обработку в растворе г/л: HCl 230-260, H2SO4 550-600 (t=45-500С, время обработки 20-25 мин.); серебрение в синеродисто-роданистом электролите состава, в г/л: AgNO3 40 - 45, K4Fe(CN)6 80 - 90, K2CO3 20 - 25, KCNS 120 – 130 (jнач=0,45-0,5 А/дм2, jосн=0,2-0,4 А/дм2, t=18-250С) и соответствующие промывки после операций, а также термическую обработку на воздухе при t=200-3500С в течение 20-120 мин.

По сравнению с традиционной многослойной схемой, процесс значительно упрощается за счет исключения операций химического никелирования, электрохимического меднения и соответствующих промывок.

Тестирования на показатель потерь мощности электромагнитных колебаний волн СВЧ-диапазона показали, что образцы, покрытые по предлагаемой технологии, характеризуются более стабильными параметрами и не уступают серийным изделиям, покрытых по многослойной схеме, а по коррозионной стойкости превосходят их (рис. 15).

а б


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.