Подбор электролита

От состава электролита зависят его электропроводность и скорость растворения металла. Для получения высоких технологических показателей процесса необходимо, чтобы: а) в электролите не протекали вовсе или протекали в минимальном количестве побочные реакции, снижающие выход по току; б) растворение заготовки происходило только в зоне обработки; в) на всех участках обрабатываемой поверхности протекал расчетный ток. Таких универсальных электролитов не существует, поэтому при подборе состава электролита приходится в первую очередь учитывать те тре­бования, которые являются определяющими для выполнения данной операции. Так, если необходимо увеличить скорость растворения, берут электролиты с большей удельной проводимостью, а для повышения точности лучше использовать электролит с пониженной проводимостью.

Электролиты подбирают в зависимости от обрабатываемого материала. Первое и основное требование при подборе электролитов состоит в том, что содержащиеся в водном растворе электролита анионы и катионы должны хорошо диссоциировать при любых комбинациях. При соблюдении этого требования электролит обладает высокой электропроводностью.

Следуя второму требованию при выборе состава электролита, необходимо, чтобы потенциал материала электрода-инструмента был более положительным, чем потенциал осаждения катионов. Это препятствует осаждению металлических катионов на электрод-инструмент. Данное условие выполняется, если катионы электролита обладают большим отрицательным стандартным потенциалом. Стандартный потенциал - потенциал, измеренный относительно нормального водородного электрода, на поверхности которого в стандартных условиях протекает обратимая реакция Н₂  2Н⁺+2е.

Третьим требованием является наличие в электролите активирующих анионов, разрушающих под действием тока поверхностные оксидные пленки. Это обеспечивает преимущественное протекание на аноде реакции растворения и высокую производительность процесса.

Необходимо, чтобы сродство компонентов обрабатываемого сплава к анионам электролита и их сродство к кислороду были близки между собой. Это обеспечивает избирательность растворения сплавов, высокое качество поверхности и точность обработки и является четвертым требованием к электролитам.

Пятым требованием следует считать соответствие концентра­ции анионов, имеющих близкое сродство к тому или иному компоненту обрабатываемого сплава, содержанию этого компонента в сплаве. Это позволяет достичь равномерного анодного растворения всей поверхности заготовки.

Шестым требованием считается обеспечение в ходе реакций в электролите перехода продуктов реакции анодного растворения в нерастворимое состояние. Это дает возможность постоянно удалять продукты обработки из раствора (например, отстоем, фильтрованием, центрифугированием) и поддерживать требуемый состав электролита.

Необходимо, чтобы электролит обладал невысокой вязкостью. Это условие облегчает прокачку и ускоряет процессы тепло- и массопереноса в промежутке. Электролит должен обладать невысокой коррозионной активностью к оборудованию, быть безвредным для здоровья людей, пожаро- и взрывобезопасным.

В качестве электролитов наиболее часто используют нейтральные растворы неорганических солей: хлориды, нитраты и сульфаты натрия и калия.

В растворы могут вводиться в качестве добавок:

• буферные вещества для снижения защелачивания электролита (борная, лимонная, соляная кислоты);

• ингибиторы коррозии, например нитрит натрия;

• активирующие вещества, которые снижают пассивирующее действие оксидной пленки;

• поверхностно-активные вещества для снижения гидравлических потерь и устранения кавитации. С этой целью применяют, например, моющую жидкость ОП-7;

• ускорители осаждения продуктов обработки - коагуляторы. Они способствуют быстрой очистке электролита. В качестве коагуляторов можно использовать небольшие количества (1...5 г/л) полиакриламида.

Для большинства сталей в качестве электролитов используют растворы хлорида натрия (8... 18%) или нитрата натрия (15...20%). Для низколегированных сталей в качестве антикоррозионной добавки используют 0,02...0,03% нитрита натрия.

Титановые сплавы обрабатывают в растворах хлорида натрия (5...15%) с добавкой 3...10% бромида калия при нормальной или повышенной (310...330 К) температуре. В случае обработки алюминиевых сплавов используют растворы нитрата натрия (10...25%) с добавкой 1...3% лимонной кислоты.

Для каждого электролита удельная проводимость может быть самой различной в зависимости от его состава, концентрации, температуры. На этот показатель влияют содержание газообразных продуктов реакции в растворе, частота импульсного напряжения и крутизна фронта импульсов.

С увеличением концентрации электролита удельная проводимость растет, достигает максимального значения, а затем снижается. Это объясняется тем, что по мере увеличения концентрации все сильнее проявляется взаимное притяжение ионов, которое снижает их подвижность и возможность переноса зарядов.

Для хлорида натрия наибольшая удельная проводимость достигается при концентрации около 250 г/л, хлорида калия - 210 г/л.

С повышением температуры Т возрастает подвижность ионов и растет удельная проводимость:

 = ₀[1 + (Т - 291)], (8)

где ₀ - удельная проводимость электролита при T = 291К;  - температурный коэффициент, в расчетах можно принять  = 0,0225.

Удельная проводимость  (См/м) для растворов хлорида натрия и нитрата натрия различной концентрации (г/л) имеет следующие значения:

Концентрация	50	100	150	200
Хлорид натрия	6,7	12,1	16,4	19,6
Нитрат натрия	4,36	7,82	11	13

Условия протекания реального процесса анодного растворения отличаются от расчетных из-за изменения удельной проводимости, выхода по току, скорости течения электролита и других характеристик на различных участках обрабатываемой поверхности.

При анодном растворении в межэлектродном промежутке выделяются газообразные и твердые нерастворимые Продукты обработки. Все они выносятся потоком жидкости и поступают в ванну для хранения электролита. Там нерастворимые продукты удаляют из электролита отстоем, центрифугированием и другими спосо­бами, а газы удаляются в окружающую среду.

Вследствие движения электролита концентрация газообразных продуктов обработки у выхода из межэлектродного промежутка (МЭП) больше, чем в начале, удельная проводимость в этом месте снижена. Это снижение частично компенсируется повышением удельной проводимости за счет роста температуры жидкости при прохождении через нее тока. Для выравнивания удельной проводимости по обрабатываемой поверхности в межэлектродный промежуток можно вводить газ от внешнего источника. Однако такой способ находит ограниченное использование из-за значительного снижения скорости анодного растворения металла.

В ходе реакции водород уходит в атмосферу и электролит за-щелачивается. Как известно, нейтральные электролиты имеют водородный показатель рН = 7. Возрастание показателя рН снижает скорость анодного растворения, а при обработке алюминия вызывает химическое травление заготовки вне зоны обработки. В процессе ЭХО раствор необходимо подкислять до получения нейтрального состояния.

Исследования показали, что изменение свойств электролита влияет на производительность, точность обработки и качество поверхности. Для получения высоких технологических показателей стремятся контролировать изменение характеристик электролита, сохраняя постоянной его удельную проводимость на всех участках обрабатываемой поверхности в течение всего периода обработки. В современных станках имеются устройства для стабилизации и регулирования свойств электролита в процессе ЭХО.