АО НПЦ «Салют»

Отдел технических методов обработки

Бюро электрических методов обработки

Инструкция по применению электролитов для электро-химической обработки

Выполнил: инженер-технолог третьей категории Кузнецов А. Ю.

Принял: Рогов В. В.

Москва, 2015

Подготовить инструкцию по электролитам, применяемым для ЭХО на на-шем предприятии в цехах №3, 5, 8, 23, 26, 38.

В инструкции указать:

- состав электролитов;

- методы контроля (химсостава, загрязнённости, температуры, плотности и т. д.);

- давление и объёмный расход электролитов при их использовании (либо косвенная оценка давления и расхода);

- сроки использования и замены;

- методика подготовки электролитов.

Особое внимание обратить на электролит, используемый в цехе №23 – для ЭХО аэродинамических занижений в детали 222.04.04.17 – на станке ЭТМ –

200К.

Обучиться работе на станке (вместе с Шиндиным А. Ю.) у технолога цеха №23 Иваненкова Ивана тел. 67-23.

Подготовить инструкцию по обработке на станке ЭТМ – 200К деталей 222.04.04.017 и других.

Срок выполнения: 30 июня 2015 г.

Срок промежуточного отчёта – до 30.04.2015 г.

Содержание

Задание	2
Введение	5
1 Состав электролитов	8
1.1 Обработка титановых сплавов	8
1.1.1 Анализ патентных материалов	8
1.1.2 В растворе NaNO3	9
1.1.3 В растворе NaNO3 + NaCl	13
1.1.4 В растворе NaCl	13
1.1.5 В прочих растворах	14
1.2 Обработка железохромоникелевого сплава ХН35ВТЮ	15
1.3 Электролиты для обработки твёрдых минералокерамических сплавов	19
1.3.1 Составы электролитов	19
1.3.2 Эксперименты на электрохимическом копировально-про-шивочном станке ЕТ500 по обработке твёрдых металлокерамических сплавов.	21
1.4 Обработка магнитных сплавов	22
1.5 Обработка циркония и его сплавов	26
1.6 Электролиты, применяемые при различных операциях	27
2 Методы контроля электролитов и сроки замены	32
Контроль параметров электролита на станках SFE	34
3 Давление и объёмный расход электролитов при их использовании (либо косвенная оценка давления и расхода)	35
Обработка титановых сплавов	36
4 Приготовление электролитов	46
4.1 Примеры приготовления электролитов в цехах № 5 и № 8 завода «Салют»	50
4.2 Приготовление электролита для электрохимической обработки циркония и его сплавов	51
4.3 Система подачи и подготовки электролита в электрохимических станках SFE	52
Заключение	55
Список использованной литературы	56

Введение

В основе механизма съёма материала при ЭХО лежит процесс высокоско-ростного анодного растворения в среде жидкого электролита. Эксплуатаци-онные требования к электролиту обусловлены такими критериями эффектив-ности технологического процесса, как надёжность, безопасность жизнедея-тельности, трудоёмкость и себестоимость изготовления единицы продукции.

Электролит, являющийся элементом технической системы ЭХО, безуслов-но, оказывает влияние на технологическую надёжность процесса ЭХО. Это влияние можно оценить такими показателями, как долговечность (ресурс или срок службы) электролита, которая на практике оценивается допустимой проработкой Q_д (А·ч/л), показателями восстанавливаемости (среднее время регенерации t_р до заданного уровня главного показателя качества, частота ре-генераций f_р или корректировок состава, коэффициент восстановления k_в), показателем сохраняемости электролита (средний срок сохраняемости t_с).

Подбирая значения перечисленных выше показателей, можно регламенти-ровать определённые требования к электролиту. Например, ресурс электро-лита между последовательными регенерационными или корректировочными процедурами не должен быть меньше 15 – 30 А·ч/л, коэффициент восстанов-ления свойств электролита должен быть выше 0,9. Выбор конкретных значе-ний показателей основывается на тщательной технико-экономической оценке технологического процесса. Это в полной мере относится и к оценке эконо-мического показателя эксплуатации электролита. Затраты на изготовление электролита, материалы, расходуемые при его эксплуатации, восстановление и поддержание его свойств, затраты на специальное оборудование для реге-нерации растворов и утилизации вторичных продуктов электролиза непос-редственно сказываются на результатах деятельности производственного подразделения. Отсюда вытекают требования к электролиту, касающиеся на-личия в его составе дефицитных и дорогостоящих компонентов, требования, регламентирующие технологические процессы очистки, регенерации и ути-лизации вторичных продуктов электролиза. В большинстве случаев укруп-нённый экономический показатель качества электролита D_э в достаточной степени характеризуется себестоимостью С_э изготовления электролита и удельными затратами на поддерживание (стабилизацию) его свойств С_с.

Социальный показатель качества электролита S_э включает в себя такие по-казатели низшего ранга, как показатели безопасности жизнедеятельности Бж (токсичность: класс опасности, ПДК, МДК; пожароопасность: категория, группа и другие), экологической агрессивности Э_а, культуры производства К_п.

Особое внимание при оценке технического уровня новых рабочих жидкос-тей уделяется вопросам охраны труда и экологической безопасности соот-ветствующих технологий. К основным опасным производственным факторам при ЭХО относятся пожаро- и взрывоопасность, токсичность компонентов электролита или продуктов электролиза. Поэтому, выбирая компоненты электролита, следует руководствоваться стандартами безопасности труда. В тех случаях, когда электролит всё же содержит опасные вещества, следует тщательно прорабатывать мероприятия по охране труда с целью исключения их антропогенного воздействия. Можно отметить, что хлоратные водные растворы (NaClO₃, KClO₃), обладающие высокими технологическими качест-вами для целей ЭХРО, предложенные ещё в начале 70-х годов, не нашли практического применения именно из-за высокого уровня пожаро- и взрыво-опасности.

К сожалению, токсичные и канцерогенные свойства целого ряда веществ недостаточно изучены, отсутствуют сведения о пожаро- и взрывоопасности многих водных и водно-органических растворов, паровоздушных и газовых смесей, используемых и образующихся при ЭХО. Всё это затрудняет разра-ботку и внедрение новых электролитов.

Количество патентов на новые составы электролитов исчисляется сотня-ми, поэтому актуальной является разработка методики выбора или синтеза такого электролита, который в условиях данной технологической задачи обеспечивает наибольший технико-экономический эффект [1].

1 Состав электролитов

Электролит является важнейшим элементом технической системы элект-рохимической обработки. В определённых случаях влияние электролита на показатели эффективности технологического процесса является определяю-щим [1], и если из анализа патентных материалов СССР 70-х – 80-х гг. предс-тавляла интерес сама идея изобретения, направленная на устранение отрица-тельного влияния окисной плёнки на процесс ЭХО, что достигается примене-нием одной или нескольких сильных кислот, то к настоящему времени разра-ботаны рекомендации по применению различных электролитов для обработ-

Рекомендуемые составы электролитов и режимы ЭХО

Таблица 1

	Электролит (концентрация, мас. ч.)	Режимы ЭХО				Ra, мкм
		U, В	Т, ºC	i, А/см2	a, мм
ВТ3-1	10% NaCl + H2O	8	50 – 60	10	0,3	0,6 – 2,3
	6,5% KNO3 + 3,4% KBr + 6,9% NaCl + H2O	12	25 – 30	21 – 25	0,5	3,5 – 2,0
ВТ9	10% NaCl + H2O	12	35 – 40	15	0,3	0,6 - 10
	10% NaCl + 10% KBr + H2O	12	20 – 30	15	0,3	0,9
	15% NaCl + 10% NH4NO3 + H2O	17	28	20 – 30	0,5	0,5
12Х18Н9Т	15% NaCl + 10% KNO3 + H2O	10 – 12	20 – 25	22 – 28	0,4 – 0,5	0,3 – 0,7
	6% NaCl + 10% NaNO3 + H2O	8	5 – 35	10	0,4 – 0,5	0,2
	10% NaCl + 2% NaF + H2O	10 – 15	18 – 25	15 – 50	0,1 – 0,5	–
	10% NaCl + 1% NaNO2 + H2O	10 – 15	18 – 25	15 – 50	0,1 – 0,5	–

Таблица 2

Показатель		Производительность относительно базового раствора П, %	Шероховатость поверхности Ra, Rz, мкм	Наводороживание поверхностного слоя СН, мас. %	Коэффициент выравнивания КВ
Водно-органические растворы солей	+50% H2O	180	Ra = 0,32	–	2,0
	+25% H2O	200	Ra = 0,8	–	1,5
	NaClO4 в CH3CN + 10% H2O	240	Ra = 1,5	0,02	1,2
Неводные растворы минеральных солей	NaClO4 в CH3CN	290	Ra = 0,064	0,01	1,0
	NaClO4 в C2H5OH	240	Ra = 0,32	0,02	1,6
	NH4Cl в CH3OH	100	Ra = 0,032	0,008	1,6
Многокомпонентные водные растворы	NaCl + Na- ClO4	190	Ra = 1	0,05	10
	NaCl + HF + NaNO3	125	Ra = 2,5	0,04	5
	NaCl + NaNO3	120	Ra = 30 - 60	0,015	7,5
	NaCl + KBr	100	–	0,035	5
Водные растворы кислородсодержащих солей	NaClO4	165	Ra = 0,64	0,08	6
	NaClO3	110	–	–	–
	NaNO3	100	Ra = 40 – 60	0,04	3
Водные растворы галоидных солей	NaF, KI	75	–	–	–
	KBr	100	Rz = 20 – 40	0,035	5
	NaCl	100	Rz = 20 – 40	0,035	5

ки авиационных материалов. В качестве примера в таблицах 1 и 2 приводятся рекомендуемые составы электролитов и параметры режима обработки для некоторых сталей и сплавов, из которых видно, что выбор электролитов огра-ничивается достаточно узким перечнем водных растворов галоидных и азот-нокислых солей [1].

Известно, что проблемы анодного растворения сплавов связаны с избира-тельным растворением каждого из компонентов в электролите. Электролиты должны содержать анионы, способствующие равномерному травлению всех компонентов сплава. В таблице 3 показаны технологические параметры ЭХО металлов, которые являются основой большинства применяемых сплавов. Необходимо учесть, что многие металлы (Fe, Со, Ni, Cu, Тi, Мо, Та и др.) мо-гут переходить в раствор в виде катионов различной валентности, соответст-

Таблица 3

Металл	Удельный съем металла, мм3 /A·ч	Анодный выход по току, %	Энергоёмкость процесса кВт·ч/кг
25 %-ный раствор NaCl
Железо (Армко)	114	86	17
Кобальт	117	96	10
Никель	119	96	6,7
Алюминий	140	112	16
Медь	195	98	8,5
Титан (ВТ-3-1)	100	78	51
30 %-ный раствор NaNO3
Железо (Армко)	75	56	18
Кобальт	-	-	-
Никель	14	11	70
Алюминий	145	117	20
Медь	131	66,0	6,4
Титан (ВТ-3-1)	93,5	72,5	36

венно, с различными электрохимическими эквивалентами. Кроме того, выход по току зависит от гидродинамических параметров процесса, плотности тока и др. Поэтому данные в таблице 3, как и аналогичные данные в научно-тех-нической литературе, следует считать ориентировочными; в различных слу-чаях результаты, например, по удельному съёму металлов и сплавов могут отличаться более, чем на 10 %.

Несмотря на то, что большинство компонентов ЛПМ (Fe, Со, Ni, Cu, Тi) интенсивнее обрабатываются в водном растворе хлористого натрия, качество обрабатываемых поверхностей ЛПМ получается наилучшим при обработке в электролитах на основе азотнокислого натрия [4]. В частности, разрешающая способность электрохимического маркирования с использованием электро-литов на основе NaNO₃ в 1,1...1,3 раза выше, чем при использовании элект-ролитов на основе NaCl [5].