книги из ГПНТБ / Лайнер, В. И. Защитные покрытия металлов учеб. пособие

лот, а также с фтористоводородной кислотой. Лучшие ре­ зультаты получаются при электролитической полировке нержавеющей стали 18—8 в смеси фосфорной кислоты с глицерином. Преимущества таких электролитов сводят­ ся к следующему: 1 ) можно получить поверхность с вы­ соким коэффициентом отражения света при сравнитель­ но низкой плотности тока; 2 ) полированная поверхность получается при небольшом съеме металла; 3 ) точечное разъедание наблюдается редко. При хорошо подготов-

Рис. 10. Влияние концентрации 85%-ной НэРО< (плотность 1,71) в 96%-ном глицерине (плотность 1,25) при анодной плотности тока 7,8 А/дм2, температуре 1 0 0 ° С на ко­ эффициент зеркального отражения

света нержавеющей стали

ОФъемные процентыфосфор­ ной кислоты в глицерине

ленной предварительно механическим путем поверхности в результате последующей электрополировки можно по­ лучить поверхность с хорошим зеркальным отражением.

На рис. 10 показано влияние на отражение света нержавеющей стали концентрации 85%-ной Н3 Р 0 4 (плот­ ности 1,71) в 96%-ном глицерине (плотности 1,25) при анодной плотности тока 7,8 А/дм2, температуре 100° С и продолжительности обработки 15 мин. Лучшие показа­ ния (93% зеркального отражения) получаются при кон­ центрации фосфорной кислоты 35—45% (объемн.)

В Японии применяют в промышленности электроли­ ты, в которых главным компонентом является фосфор­ ная кислота, а процесс протекает при комнатной темпе­ ратуре и переменном токе. Так, для полирования изде­ лий из углеродистой стали применяют следующий состав электролита и режим процесса:

70

Для полирования пружинной стали состав электро­ лита и режим процесса следующие:

При электролитическом полировании быстрорежущей стали встречаются затруднения, поскольку она содержит такие элементы, как вольфрам, который растворяется в щелочах, и кобальт, растворяющийся в кислотах. Для этой цели используют постоянный ток высокой плотно­ сти. Главным компонентом таких электролитов является азотная кислота. Помимо нее, вводят фтористоводород­ ную, щавелевую, хромовую, серную кислоты, а также со­ ли железа, никеля, кобальта. Ниже приводится состав (мл) одного из таких электролитов и режим:

Коррозионная стойкость аустенитных хромоникеле­ вых и хромистых сталей повышается в результате элект­ рополировки. Электронографически установлено, что в результате селективного растворения на поверхности хромоникелевой стали образуется пленка N i0-C r2 0 3, а на поверхности хромистой стали Fe0-C r2 0 3. Эти пленки и повышают сопротивление коррозии полируемых из­ делий.

Турбинные лопатки изготовляют из жаропрочной хромомарганцовистой стали. Электролитическая поли­ ровка повышает их механические и химические свойст­ ва. Процесс осуществляется при следующем режиме и составе электролита.

Химическое полирование стальных изделий не приме­ няется столь широко, как электрохимическое, однако для изделий малых размеров и сложной формы этот метод имеет определенные преимущества.

71

Для изделий из низкоуглеродистой стали предложен электролит следующего состава, г/л:

Тешіература процесса 20° С, продолжительность 30— 60 мин.

За 1 ч снимается слой металла около 10 мкм. Эффект выравнивания поверхности тем больше, чем грубее ис­ ходная поверхность.

В Японии для химического полирования углероди­ стых сталей применяют электролит состава (объемных частей):

Продолжительность процесса зависит от температу­ ры следующим образом:

С повышением температуры улучшается блеск и по­ вышается интенсивность выделения окислов азота. Чем выше содержание углерода в стали, тем меньше воды должно быть в полируемом растворе и выше темпера­ тура.

Химическое полирование мелких деталей в оптиче­ ской и часовой промышленности успешно осуществляет­ ся в обезвоженной Н3РО4. Для этого ее длительно на­ гревают при температуре 250° С так, что она частично переходит в пирофосфорную кислоту. Реакция длится около 1,5 ч, конец ее узнается по прекращению выделе­ ния водорода. После охлаждения добавляют около 10% H2 SO4 . Точное соотношение кислот выбирают в зависи­ мости от содержания углерода в полируемых деталях— чем оно больше, тем меньше должно быть содержание серной кислоты. Процесс протекает при 200° С и длится от нескольких секунд до нескольких минут. Выгружен­ ные детали тщательно промывают в слабощелочном рас­ творе. Оптимальный полирующий эффект наблюдается при содержании в стали 0,6% С, т. е. при чисто перлит­ ной структуре. В дегидратированной смеси фосфорной и

72

серной кислот можно химически полировать также хро­ мистую сталь (13% Сг) и хромоникелевую сталь (18%

Сг, 8 % Ni).

Хотя основные закономерности электролитического полирования металлов были установлены на основе анодного поведения меди в растворах ортофосфорной кислоты и первые промышленные установки были рас­ считаны на обработку изделий из меди и ее сплавов, в настоящее время этот процесс находит ограниченное применение. В значительной степени это объясняется тем, что для неответственных целей изделия из меди и медных сплавов быстро подвергают травящей полиров­ ке (химической) в смеси серной и азотной кислот в при­ сутствии небольших количеств соляной кислоты. В от­ ветственных случаях медные изделия анодно полируют в концентрированной фосфорной кислоте.

Начиная с пятидесятых годов, промышленное приме­ нение получил запатентованный в США способ химиче­ ского полирования меди и латуни в растворе состава, % (объемы.):

Главный недостаток этого электролита, в котором процесс протекает при температуре 60—70° С, заключа­ ется в большом съеме металла (25—40 мкм), а также в выделении вредных газов и в ограниченном сроке службы — явлении, характерном для всех электролитов, содержащих уксусную кислоту и работающих при повы­ шенных температурах.

Хорошие результаты получаются при химическом по­ лировании медных или латунных изделий в растворе состава, мл:

при комнатной температуре в течение 2 — 6 мин. Рекомендуется покачивание обрабатываемых изделий. Электролитическое полирование никеля успешно осу­

ществляется в растворах серной кислоты (плотность 1,6) при температуре 35° С, плотность тока 40 А/дм2 и продолжительности 3—5 с. Применительно к никелиро­

73

ванным изделиям процесс не получил промышленного применения из-за возможности оголения основного ме­ талла в углублениях, где толщина покрытия меньше средней и из-за выявления различного рода дефектов, которые при механической полировке «замазываются»!

Серебряные и серебренные изделия можно электрополировать в цианистом электролите для серебрения при анодной плотности тока 2 —3 А/дм2. Рекомендуется пре­ рывать ток (через 3—4 с), чтобы дать возможность рас­ твориться образующейся пленке AgCN и вновь образо­ ваться. При электрополировке серебренных изделий удобнее поступать следующим образом. После оконча­ ния процесса серебрения изделия в той же ванне вклю­ чают в качестве анодов, а штангу с серебряными анода­ ми соединяют с отрицательным полюсом. Ток прерывают через 3—4 с; анодная плотность тока должна быть в 4— 5 раз больше, чем в процессе серебрения. Общая продол­ жительность такой обработки составляет 1 — 3 мин.

5—10 В, катоды — медные. Необходимо сильное переме­ шивание электролита.

Другой электролит для электрополировки золота име­ ет состав, г/л: ЮСН3 СООН; 3H2 S 0 4; 25C6H5NH2S, тем­ пература процесса 25—45° С, плотность тока 1,5—3 5

А/дм2.

4.Уксуснохлорнокислые электролиты

Универсального электролита, в котором можно было полировать любые металлы, нет и, вероятно, не может

кислоты) удовлетворительно полируются углеродистые стали, алюминий и его сплавы, бериллий, цинк, сви­ нец, олово, титан и ряд других металлов и сплавов. Эти электролиты, которые были предложены Жаке и Роке, при определенных условиях взрывают, в связи с чем к

хлорнокислой ванны емкостью 800 л были человеческие жертвы и произошли большие разрушения. При рассле­

74

довании обстоятельств взрыва было установлено, что причинами были очень высокая концентрация (7 5 %) хлорной кислоты в уксусном ангидриде, превышение тем­ пературы электролита (допустимый предел 27° С), вследствие выхода из строя автоматического охлажде-

р

Рнс. 11. Тройная (в процентах по массе) диаграмма смесей хлор­ ной кислоты ( Р ) , уксусного ангидрида ( А п ) и воды ( W ) , при­ годных и непригодных для электролитической полировки:

Было проведено тщательное исследование с целью установления взрывобезопасности смеси хлорной кисло­ ты и уксусного ангидрида от детонации, нагрева, искр и т. д. На рис. 11 выше жирной линии показана область опасных концентраций. На этом рисунке видно, что все предложенные электролиты, даже те, которые содержат наибольшее количество хлорной кислоты, лежат вне опасной зоны. Точка С характеризует смесь 6 8 % (объемн.) НСІО4 плотностью 1,59 г/см3+32% уксусного ап-

75

Т а б л и ц а 10

Составы электролитов на основе хлорной кислоты и уксусного ангидрида или ледяной уксусной кислоты

для электрополировки металлографических шлифов и аналогичных образцов

5 мл воды

—4

гидрида, что соответствует полному сгоранию а точка А «безводную» смесь (24,3% НС104; 75,7% уксусного ан­ гидрида). Смесь С взорвалась от запала, содержащего 0,6% гремучей ртути, а смесь А не взорвалась даже когда в детонатор было добавлено 50 г пентрита.

Это исследование показывает, что при условии соблю­ дения ряда предосторожностей главным образом в от­ ношении температуры и отсутствия пламени уксусно­ хлорнокислые ванны безвредны и безопасны. Еще в большей степени снижает опасность замена уксусного ангидрида уксусной кислотой. Готовить смесь рекомен­ дуется путем добавления к укусусному ангидриду не­

больших количеств хлорной кислоты при помешивании и охлаждении.

По данным Жаке, в ФРГ в начале пятидесятых годов насчитывалось около 40 промышленных уксусно-хлорно- кислых установок, разрешенных специальной организа­ цией по предупреждению несчастных случаев.

В приведенном выше исследовании было установле­ но, что даже при повышении температуры "до 200° С смесь не взрывается. Для предупреждения такого нагре­ ва промышленные установки оборудованы приспособле­ нием, которое автоматически подает воду в ванну как только температура повысится до взрывоопасной.

Использование таких электролитов (табл. 10) для приготовления металлографических шлифов, т. е. неболь­ ших объемов, не связано с какой-либо опасностью.

Помимо электролитов, на основе хлорной кислоты и уксусного ангидрида (или уксусной кислоты) для ря­ да металлов и сплавов рекомендуются смеси на основе хлорной кислоты и этилового или метилового спирта иногда вместе с бутилцеллюсолвом, укусусной кислотой

Заслуживают внимания также электролиты, предло­ женные для полирования некоторых редких и радиоак­ тивных металлов. Тантал рекомендуют полировать в растворе, содержащем 90 мл H2 S 0 4 и 10 мл HF при тем­

1 Ь А/дм . Вследствие образования на поверхности по­

лируемых изделий плотной пленки сила тока периодиче­ ски колеблется. F д с

80

Вольфрам легко полируется в широком интервале концентраций едкого натра ( 1 0 — 1 2 0 г/л) и электриче­ ского режима; рекомендуются катоды из нержавеющей стали. Метод часто используют для уменьшения диамет­ ра вольфрамовой проволоки тонкого сечения.

50 А/дм2, напряжении 40 В и продолжительности элект­ ролиза 20 с; 2) 100 мл Сг03 (84 г/100 мл Н2 0 ), 300 мл

СН3СООН при плотности тока 30 А/дм2, напряжении 50 В и времени 30—60 с. Этот электролит применим для

пассивированную поверхность активируют в растворе, со­ держащем 50 мл Н3 РО4 и 50 мл диэтиленгликоля при плотности тока 50 А/дм2 и напряжении 5 В.

Глава III. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ВЫДЕЛЕНИЯ И РАСТВОРЕНИЯ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

1.Общие сведения

Впервой половине XIX в. русский ученый Б. С. Яко­ би, работая над усовершенствованием гальванического элемента, обнаружил интересное явление, которое легло

воснову гальванотехники — гальванопластики и галь­

ваностегии. Сущность этого явления заключалась в том,