3.1. Обработка чистого металла

Уравнение (3.1) позволяет вычислить массу воды, гидроксида и водорода по значению массы снимаемого металла (сплава), подвергшегося электрохимическому преобразованию при электрохимической обработке (металл является анодом). Применительно к какому-либо одному металлу формула для расчета массы указанных веществ имеет вид:

Х_r = , (3.2)

где Х_r – масса реагента (Х₁ – воды, Х₂ – гидроксида, Х₃ – водорода), г;

m – масса снимаемого металла с анод-заготовки, г;

n_r – число молей реагента из уравнения (3.1) (n₁ – воды, n₂ – гидроксида, n₃ –

водорода);

М_r – молярная масса реагента, г/моль.

М – молярная масса металла, г/моль.

Объем водорода при нормальных условиях, л: V = (X₃/2) · 22.4.

Масса снимаемого металла (сплава) вычисляется на основе размеров детали (анод-заготовки), величины припуска, подлежащего удалению, и плотности металла.

Применительно к турбинной лопатке

, (3.3)

где l – длина лопатки, см;

h – ширина лопатки, см;

k_с – число одновременно обрабатываемых сторон (одна или две; число

катод-инструментов);

z – величина припуска на анод-заготовке, см;

ρ – плотность металла, г/см³.

3.2. Обработка сплава

Знание процентного состава сплава, формул гидроксидов и уравнений реакций позволяет вычислить общую массу любого реагента (воды, гидроксида, водорода).

Общая масса воды, которая требуется для реакции (3.1) со сплавом массы m, содержащим ингредиенты с долей каждого δ_i

. (3.4)

Общая масса гидроксидов, образующихся при реакции (3.1) со сплавом массы m

. (3.5)

Общая масса водорода, образующегося в результате реакции со сплавом массы m

. (3.6)

В процессе ЭХО вода теряется не только при реакции (3.1), но и со шламом. Со шламом теряется также электролит. Эти потери необходимо компенсировать, что достигается добавлением раствора электролита в гидравлическую систему (в рабочий бак). Потери раствора в расчете на одну лопатку составляют

M_p = X⁰₁ + K_p ∙ Х_ш , (3.7)

где К_р – коэффициент, учитывающий содержание раствора в шламе, после его отделения; показывает, во сколько раз масса раствора, содержащегося в шламе, больше массы шлама.

Х_ш – масса шлама, образующегося при ЭХО одной лопатки. Значение Х_ш меньше общей массы гидроксидов Х⁰₂, так как наряду с Cr(OH)₃ образуется растворимая хромовая кислота; при вычислении Х_ш следует учесть лишь ту долю хрома, которая переходит в Cr(OH)₃. В остальном расчет Х_ш выполняется так же, как и Х⁰₂

Х_ш = Х⁰₂ – Х_р , (3.8)

где Х_р – масса растворимой хромовой кислоты.

. (3.9)

где δ_Х – доля хрома в сплаве, δ_Р – доля хрома, который дает растворимую кислоту Н₂CrО₄, 2,27 – отношение молярных масс хромовой кислоты (118) и хрома (52).

Наименьшее содержание раствора в шламе достигается при использовании фильтр-прессов. В этом случае К_р ≈ 1, т.е. масса раствора примерно равняется массе шлама. Значительно хуже отделяется раствор в центрифугах, используемых в настоящее время в системах ЭХО на ряде машиностроительных заводов, а также в отстойниках.

При ЭХО хромоникелевых сплавов образуются гидроксиды, среди которых лишь хромовая кислота хорошо растворяется в воде. В небольшой степени растворяется также молибденовая кислота Н₂МоО₄ (при 25^оС – около 3 г на литр воды). Данные по растворимости в растворах NaCl и NaNO₃ отсутствуют. Возможно, часть молибдена попадает в шлам в составе молибдатов никеля и других металлов.

Масса электролита (например, NaCl или NaNO₃), которая расходуется при обработке 1 лопатки

m_э = b ∙ К_р ∙ Х_ш , (3.10)

где b – массовая доля электролита в растворе.

Концентрация раствора (массовый процент), добавляемого в систему для компенсации потерь рабочего раствора при ЭХО одной лопатки

. (3.11)

Из уравнения (3.11) видно, что для компенсации потерь рабочего раствора следует добавлять раствор меньшей концентрации.

Для компенсации потерь воды следует добавить в рабочий бак массу воды m_к (в составе раствора или отдельно от электролита с массой m_э)

. (3.12)

Уравнения (3.1, 3.2, 3.5, 3.8) дают возможность на основе данных по массе образующегося шлама определить производительность системы очистки от шлама и выбрать фильтры.

Уравнения (3.1, 3.2, 3.6) позволяют проектировать систему вентиляции, предупреждающую образование взрывоопасных концентраций водорода.