Физико-химическое обгрунтування режимів електрохімічного полірування меди

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

смотреть на реферати схожі на «Фізико-хімічне обгрунтування режимів електрохімічного полірування міді «

1. ВВЕДЕНИЕ

Серед різноманітних способів обробки металів з безпосереднім застосуванням електрики одне з найважливіших місць займає електрохімічне полірування (далі ЭХП). ЭХП — процес анодного розчинення металів, у результаті якого виникає блиск та покращується микрогеометрия поверхні. ЭХП було відкрито Бейтелем (Німеччина) навіть від нього російським хіміком Є.І. Шпитальским, якого у 1910 року німецький патент, а 19 січня Є.І. Шпитальскому, працював у Московському університеті, видана привілей на «спосіб надання поверхням металів і гальванічних опадів металів полировано — блискучого виду». У 1930 року Жакові опублікував свій «перший патент на спосіб отримання Ni. Цінність ЭХП не лише отриманням блискучих поверхонь металів (що є велике практичного значення), він справляє сприятливо впливає на багато фізико-хімічні і коррозионные властивості металів. Відомо, наприклад, що ЭХП покращує оптичні властивості металів (коефіцієнт відображення світла), механічні властивості, зменшує коефіцієнт тертя між металевими поверхнями, збільшує здатність металів до пластичної деформації в холодному стані, підвищує магнітну проникність деяких ферромагнитных матеріалів, усуває явище холодної емісії. З іншого боку, ЭХП широко використовують у металографії з метою виготовлення шлифов для мікроскопічного дослідження кристалічною структури металів і сплавів, щодо микротвёрдости металів, процесів окислення, корозії, каталізу, электроосаждения. У промисловості ЭХП також знаходить саме широке застосування. Що ж до технології виробництва радіоелектронних засобів, то сучасна мікроелектроніка була немислима без ЭХП. Нині освоєно ЭХП багатьох технічно важливих металів і сплавів (понад 34 металів). 2. МЕСТО ПРОЦЕСІВ ЭХП МЕТАЛІВ У ТЕХНОЛОГІЇ МАШИНОСТРОЕНИЯ І ПРИ ВИРОБНИЦТВІ РАДІОЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ У ЧАСТНОСТИ

ЗАГАЛЬНЕ Процес ЭХП можна використовувати для дослідницьких технологічних цілей й у потреб промисловості. Можливість і й доцільність використання ЭХП у дослідницькій роботі такими міркуваннями. Багато методи лабораторних досліджень, у тій чи іншій мері засновані на вивченні поверхні металу, стичного із зовнішнього середовищем. Це належить до оптичним, магнітним і електрохімічним властивостями і до электродной дифракції. Корозія й відвертий спротив до истиранию й у що свідчить залежить від стану поверхні. Під час вивчення низки властивостей матеріалів вдаються до мікроскопічному аналізу, бо між структурою металу та її властивостями існує певна залежність. Для дослідження мікроструктури поверхню розглядають в отражённом світі з допомогою мікроскопа. Зазвичай підготовка поверхні зразків до такого дослідженню полягає у послідовному шліфуванні і полировании її. Проте проведені останнім часом роботи показали, що механічне полірування перестав бути бездоганним способом підготовки зразків. У процесі полірування більшою або меншою мірою спотворюється структура поверхні металу, що зумовлює виникненню наклёпанного шару. Результати досліджень, проведені таких умов, що неспроможні дати точного уявлення про істинного будову і властивості металу. Застосування ЭХП як методу підготовки зразків на дослідження дозволяє їм отримати правильніше уявлення про будову і тих властивості металу, пов’язані зі станом поверхні, наприклад, для дослідження з електронним мікроскопом. Доцільність застосування ЭХП у промисловості пов’язані з поліпшеннями експлуатаційних властивостей деталі економічними перевагами в результаті заміни механічного полірування. На ряді заводів ЭХП використовується для декоративної обробки виробів. Поліруються різні деталі техніки (медичну апаратуру, товари народного споживання, ювелірні вироби, панелі радіоапаратури). Хороші результати дало застосування ЭХП в інструментальному виробництві, а також і обробки деталей, що працюють у умовах тертя. Поруч із виробнича практика виявила недоліки, властиві цього процесу. Яка ЭХП інтенсивність згладжування поверхні металу незначна. При полировании деталей великих розмірів не вдається отримати дзеркального блиску. Інтенсивний і рівномірне блиск досягається, переважно, на чистих металах і шляхетних сплавах. Декоративний вид ЭХП поверхні залежить також від структури металу та її попередньої механічного оброблення. Усе це необхідно враховувати в виборі об'єктів для полірування. Далі наводяться деякі області практичного застосування ЭХП. ДЕКОРАТИВНА ОЗДОБЛЕННЯ ИЗДЕЛИЙ Однією можливість ЭХП є надання блиску поверхні металу, незалежно від класу чистоти його. Кращий декоративного вигляду поверхні характеризується ЭХП виробів циліндричною чи сферичної форми, гірше — пласких виробів, особливо великих размеров.

Якщо ЭХП є заключній операцією технологічного процесу, необхідно вживати заходів до підвищення стійкості полірованих деталей проти корозії. Це стосується, передусім, до сталевим деталям.

Застосування ЭХП для защитно-декоративной обробки деталей в гальванічних цехах дозволяє зменшити кількість операцій та переходів і поліпшити якість продукції рахунок підвищення міцності зчеплення гальванічних покриттів. Бо за ЭХП відбувається розчинення оброблюваного металу, то товщина гальванічних покриттів може бути 2−3 км більше, чому це передбачається вимогами, що висуваються до готової продукції. У результаті тривалість покриття деталей в гальванічних ваннах кілька збільшується. Особливий інтерес представляє застосування ЭХП для декоративної обробки дорогоцінних металів — золота і срібла. У процесі втрат металу зводяться до мінімуму, оскільки він залишається в электролите і можливо, у подальшому извлечён з розчину. Полірування срібла може здійснюватися в тієї ж ванній, як і сріблення деталей. Перевага такого процесу очевидно. ПОЛІРУВАННЯ ДЕТАЛЕЙ ПРАЦЮЮТЬ ЗА УМОВ ТЕРТЯ Сприятливе вплив, що надає ЭХП на фрикционный властивості металу, дозволяє вживати той процес для чистовий обробки деталей, що працюють у умовах тертя. У виробничої практиці для полірування таких деталей використовується електроліт, у якому H3PO4, H2SO4, CrO3. Температура розчину 50 — 60(, анодная щільність струму 40 — 50 А/дм2, тривалість електролізу 5 — 10 хвилин. Через війну ЭХП в розмірі 5 — 6 раз зменшувалася час підробітки виробів із углеродистой стали марки сталь 10. У окремих випадках полірування механічним способом видається можливим, оскільки деталі або дуже малі, або мають складну структуру. Застосування ЭХП в обробці деталей дозволило виключити операції механічного полірування, підвищити якість поверхні деталей, понизити продуктивність різноманітних машин і знизити втрати сировини. Застосування ЭХП у інших галузях промисловості в обробці деталей, що працюють у умовах тертя, також дало позитивні результати. 2.3 ПОЛІРУВАННЯ РІЖУЧОГО ІНСТРУМЕНТА Стійкість ріжучого інструмента залежить від властивостей металу, із якої він виготовлений, і навіть чистоти і порядку стану поверхонь у ріжучих граней. При виготовленні ріжучого інструменту та його експлуатації років він неодноразово піддається шліфуванню абразивами. У процесі шлифования, під впливом місцевого розігріву, відбуваються структурні зміни поверхневого шару металу. Результатом цих змін є зниження твердості і поява шлифовочных тріщин. Усе це призводить до погіршення експлуатаційних якостей ріжучого інструмента, зниження його стійкості. З з підвищення стійкості ріжучого інструмента у промисловості використовується хімічне чи електрохімічне травлення, яке видаляє поверховий здеформований шар металу. Однак такий спосіб часто наводить до корозії неушкоджених шарів металу, а при хімічному травленні і збільшення шорсткості ріжучих граней. Останнім часом для чистовий обробки ріжучого інструмента знаходить місце ЭХП, має суттєву енергетичну перевагу перед обробкою інструментів травлением. При ЭХП розчинення поверхневого шару металу не супроводжується корозією решти його маси. Товщина удаляемого шару то, можливо витримана з достатньої точністю, що дозволяє зберегти необхідні розміри інструмента. Завдяки переважного розчинення микровыступов, підвищується чистота поверхні ріжучих граней і поліпшуються працюють. Остання обставина причина полегшення сбегания стружки і поступового зменшення нагріву інструмента у процесі різання. Найбільшого застосування знайшло ЭХП свёрл. Результати випробувань показують, що ЭХП приводить до підвищення стійкості свёрл. Найбільше підвищення спостерігається для свёрл, виготовлених із углеродистой стали. ЭХП надає сприятливо впливає на стійкість інструментів призначених як обробки металів, так обробки деревини. Ефективність ЭХП то більше вписувалося, що більше час обробки інструмента. Ще одна особливість ЭХП у цьому, що його сприяє зменшенню потужності, затрачиваемой на обробку різанням. Отже, ЭХП сприяє енергозбереження. ЭХП ріжучих інструментів проводиться у разі той самий технологічної схемою, як і полірування інших деталей. ПОЛІРУВАННЯ МІРЯЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТА При полировании міряльного інструмента ЭХП може виконувати роль доводочной операції. Крім суворого дотримання режимів електролізу, велике значення у тому разі має розташування електродів у ванні. Нерівномірність розподілу силових ліній поверхнею об'єкта при ЭХП призводить до викривлення його форми. Досліди показали, що з точному дотриманні режиму електролізу вдається виробляти інструмент, зрозумілу вимогам 1 і 2 класу точності. ШВАЙКА АЖ І НАПРАВКА ІНСТРУМЕНТА У медичному промисловості ЭХП застосовують для направки деяких хірургічних інструментів. Інструменти завешивают в ванну під струмом так, щоб у электролите перебувала лише робоча частина інструмента. Тривалість електролізу залежить від ширини що краючою крайки, кута заострения і звичайно становить 0,5 — 5 хв. Зазвичай направка і швайка аж інструмента повинно бути зі збереженням необхідних кутів заострения. Може здійснюватися у звичайному полировочном электролизёре. ПІДВИЩЕННЯ ЧИСТОТИ ПОВЕРХНІ ДЕТАЛЕЙ Процес анодного розчинення можна використовувати підвищення чистоти поверхні деталей. Інтенсивність згладжування микронеровностей залежить від природи металу, чистоти поверхні і умов електролізу. У процесі ЭХП метал розчиняється як на микровыступах, а й у микровпадинах. Підвищення вихідної чистоти поверхні металу призводить до зменшенню швидкості згладжування. Велика тривалість процесу значний съём металу при ЭХП зазначають, що ЭХП недоцільно застосовувати для чистовий обробки грубих поверхонь (тобто спочатку потрібно обробити механічно, та був передати на ЭХП). ВЫВЛЕНИЕ ДЕФЕКТІВ ПОВЕРХНІ МЕТАЛУ На механічно полірованої поверхні невеликі дефекти металу — лінії, раковини, тріщини, сторонні включення, — часто вже не може бути виявлено візуальним переглядом. Там, коли деталі не несуть навантажень, і полірування переслідує лише мети декоративної обробки, таке становище не влечёт у себе неприємних наслідків. Якщо полируемые деталі несуть значні навантаження, присутність пороків з їхньої поверхні може призвести до поломки деталей. У таких випадках необхідно ухвалити спеціальні заходи для своєчасного виявлення дефектів. ЭХП є своєрідною методом дефектоскопії. Через війну анодного розчинення металу видаляється поверхневий пласт його, приховує дефекти. Розміри пір, тріщин і раковин збільшуються настільки, що можна помітити навіть неозброєним оком. Чітко видно стають неметалеві включення, навколо яких растравливается метал. ЭХП можна використовувати при контроль знань зварних швів на деталях, виявлення поверхневих тріщин, які утворюються при термічної обробці деталей. ПОЛІРУВАННЯ ЗАГОТОВОК І НАПІВФАБРИКАТІВ ЭХП можна використовувати у ролі остаточної операції, але й обробки заготовок і напівфабрикатів. Це може замінити звичайне хімічне травлення видалення поверхневих включень і продуктів корозії. Поліпшуються свариваемость і штампуемость металів (підвищення здатність до пластичної деформації). Велике зацікавлення представляє отримання ЭХП тонких металевих дротів. Виготовлення їх, особливо з легко окисляющихся металів шляхом протягання, поєднується зі значними технологічними труднощами. ЭХП спеціальному установці вдається зменшити діаметр дротів від 13 км за кілька мікрон. Отримані таким шляхом дроту з торію, урану і ніобію відрізнялися високої чистотою поверхні і є тривалий час не тьмяніли. ЭХП У ВИРОБНИЦТВІ РАДІОЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ У ЧАСТКОВОСТІ Більшість із приведённого раніше машинобудування має місце і за виробництві радіоелектронних засобів. Але тут потрібно набагато велика точність, отже, і більше точний технологічний розрахунок процесів. 3. СОСТАВЫ ЕЛЕКТРОЛІТІВ І РЕЖИМИ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОГО ПОЛІРУВАННЯ МЕДИ

Найбільше застосування ЭХП міді її сплавів отримали електроліти на основі ортофосфорной кислоти. При дослідженні впливу різних гілок чинників на процес полірування міді, помічено, що концентрацією ортофосфорной кислоти і щільністю струму існує певна залежність. Що концентрація кислоти в электролите, тим нижче значення граничною щільності струму на кривих анодною поляризації і тим меншим то, можливо робоча щільність струму, коли він відбувається полірування. З зменшенням концентрації кислоти звужується діапазон напруг, обмежують ділянку граничного струму. Тут наводяться такі залежності тривалості полірування від концентрації кислоти: |ПИТОМИЙ ВЕС |ПОЧАТКОВА ЩІЛЬНІСТЬ |ТРИВАЛІСТЬ | |ЕЛЕКТРОЛІТУ ПРИ 15(С |СТРУМУ У А/дм2 |ПОЛІРУВАННЯ У МІН. | |1,55 |1,5 |17 | |1,50 |2,0 |13 | |1,40 |3,5 |10 | |1,30 |7,5 |6 | |1,20 |10,5 |4 |

Підвищення температури і перемішування електроліту посилює дифузію анодних продуктів, наслідком є збільшення щільності струму, при якої стрибок анодного потенціалу. У перемешивающемся розчині кислоти частки 1,09 стрибок потенціалу спостерігається при 20(і щільність струму 20 А/дм2, при 30(і 16,5 А/дм2 і за 40(і 18 А/дм2. У тому ж электролите при повітряному перемішуванні стрибок анодного потенціалу відбувається за температурі 20 і 30(і, при 19,5 і 27 А/дм2. При 40(стрибка потенціалу немає навіть за щільності струму 90 А/дм2. Сприятливе впливає на процес полірування накопичення в розчині іонів міді. У таблиці 3.1 наведено даних про вплив концентрації міді на тривалість процесу полирования.

|Содержание H3PO4 — 1000 г/л |Зміст H3PO4 — 585 г/л | |Початкова щільність струму 1,8 А/дм2 |Початкова щільність струму 7,5 А/дм2 | |Зміст міді в|Продолжительность|Содержание міді в|Продолжительность| |электролите, г/л |полірування, мин. |электролите, г/л |полірування, хв.| |5 |13 |5 |6 | |10 |12 |10 |5 | |40 |10 |20 |4 |

Таблиця 3.1 Нормальна експлуатація електроліту починається при змісті у ньому 3−4 г/л міді. Тому приготовлений розчин ортофосфорной кислоти слід попередньо пропрацювати з мідними анодами при щільності струму 0,5 — 1 А/дм, пропустивши нього майже п’ять А-ч електрики. Найбільш придатним до роботи є електроліт, у якому 716 г/л H3PO4 (питому вагу розчину 1,55). Бо за цьому гарна риса полірування можна досягнути в дуже вузькому інтервалі плотностей струму, рекомендується регулювати процес за щільності струму, а, по напрузі. Підвищення напруги вище значення, відповідного початку виділення кисню, призводить до отриманню блискучої, але изъязвлённой поверхні, що пов’язано, очевидно, із виділення пухирців газу, прилипающих до поверхні металу. Якість полірування залежить також від форми полируемых виробів і структури їхній поверхні. Так, поверхні, звернені на дно ванни, зазвичай поліруються гірше, ніж бічні поверхні, а вони часто й труяться. Дослідження показують, що, залежно від становища вироби у ванні змінюється і режим полірування. При горизонтальному становищі анода під катодом анодная щільність струму, відповідна стадії полірування, становила 0,31 А/дм2, при горизонтальному становищі анода над катодом — 2,15 А/дм2, при вертикальному становищі анода — 1,63 А/дм. Нерівномірність розподілу струму призводить до того, потенціал на окремі ділянки поверхні відповідає оптимальним значенням, потрібним для нормального ходу процесу полірування, що призводить до нерівномірному полированию. При полировании гальванічних покриттів кращі результати досягаються при обробці опадів міді, отриманих з ціанистих електролітів і що характеризуються меншої кристалічною структурою, ніж мідні опади, отримані з кислих електролітів. Однофазний сплав міді - (-латунь полірується краще многофазных сплавів. Інтенсивність блиску поверхні латуні, полірованої після отжига, нижче інтенсивності блиску тієї ж латуні, полірованої одразу після прокату. Фосфат електроліт періодично коригується додаванням кислоти та води. Щоденний контроль його здійснюється шляхом виміру питомої ваги розчину. Щоб уникнути перегріву електроліту, що може спричинити до появі дефектів на деталях, объёмную щільність струму підтримують в межах 0,3 — 0,5 А/л. Катодами при полировании служать мідні листи. Співвідношення поверхні анода і катода 1:3 — 1:5. У процесі електролізу на поверхні катода виділяється губчатий осад міді. Щоб цей осад не забруднював електроліт, катоди вміщують у чохли з кислотоупорной тканини. Перед початком роботи катода його треба очистити металевої щёткой. На підвищення стійкості деталей проти корозії рекомендується після ЭХП занурювати їх у 1 хв. У розчин 10% K2Cr2O7. Полірування міді латуні можна робити в электролите, що містить крім ортофосфорной кислоти і хромовий ангідрид. У цьому помітно змінюється перебіг процесу полірування. Якщо звичайному фосфорнокислом электролите гарна риса полірування досягається лише за режимі граничного струму, то электролите, що містить хромовий ангідрид, полірування відбувається у широкому інтервалі плотностей струму 5 — 70 А/дм2 і супроводжується виділенням кисню. Тривалість полірування зменшується до 2 — 3 хв. Можливість вести процес у широкому діапазоні плотностей струму представляє особливий інтерес при полировании деталей складної конфігурації чи великої площі, обробка що у фосфорнокислом электролите пов’язана з частими випадками шлюбу. Хороші результати отримано при полировании мідних і латунних деталей і мідних гальванічних покриттів в электролите наступного складу (у «вагових відсотках): Ортофосфорная кислота… 74 Хромовий ангидрид…6 Вода… 20 Питома вага електроліту 1,60 — 1,62. Режим полірування: анодная щільність струму 30 — 50 А/дм2, температура електроліту 20 — 40(, тривалість полірування 1 — 3 хв. Катоди — свинцеві, співвідношення поверхні анода і катода 1:2 — 1:3. Відстань між електродами 100 — 120 мм. Для приготування електроліту хромовий ангідрид розчиняють в ортофосфорной кислоті і отриманий розчин, у разі потреби, прогрівають за нормальної температури 120(до необхідного частки. Після цього електроди обробляються струмом з мідним анодом, пропускаючи 10 А-ч/л електрики. У початковий період роботи (до 50 А-ч/л) Бажано вести полірування при щільності струму 40 — 50 А/дм2 і температурі розчину 30 — 40(. Надалі щільність струму то, можливо знижена до 30 — 40 А/дм2, а температура електроліту — до 20 — 30(. У электролите, що містить H3PO4 і CrO3, при анодної щільності струму 40 А/дм2 і температурі електроліту 20(за 1 хв. Розчиняється шар міді завтовшки 2 — 3 км. У наступній таблиці (Таблиця 3. 2) наведено склади електролітів і режими ЭХП міді її сплавів. |Склад |Анодная |Температура |Продовжить. |Полируемый | |електроліту |щільність |електроліту, |електролізу, |метал чи | | |струму, А/дм2 |(З |хв. |сплав | |H3PO4 |4 — 8 |15 — 25 |2 — 8 |мідь | |у.в. 1,35 | | | | | |H3PO4 у.в. 1,6|15 — 20 |15 — 25 |2 — 5 |медь,(-латунь| |H3PO4 у.в. 1,5|10 — 15 |20 — 25 |3 — 5 |бронза | |H3PO4 74% | | | | | |CrO3 6% |30 — 50 |20 — 30 |0,5 — 2 |Мідь і латунь| |H2O 20% | | | | | |H3PO4 80−88% | | | |мідь, | |CrO3 12% |2 — 2,5 |75 — 80 |30 — 60 |латунь, | |H2O до 8% | | | |бронза. |

Таблиця 3.2 Проведені дослідження виявили позитивний вплив на процес полірування алифатических спиртів, особливо бутилового і амилового, які запобігають травлення і підвищують інтенсивність блиску поверхні металів. Добавки деяких амінів, наприклад уротропина і полиэтиленполиамина, зменшують съём металу при електролізі, але з запобігають невеликого точечної травлення мідних сплавів. Найцікавіше можуть становити аміди деяких органічних кислот, які, будучи додано в електроліт на досить невеличкому кількості, як запобігають травлення, а й сприяють поліпшенню блиску і згладжування микрошероховатостей поверхні металу. При погіршенні якості полірування в електроліт додають H3PO4 до встановленої концентрації та органічне з'єднання 10 — 20% від початкового її змісту в розчині. Коли поверхні деталей з’являється крапкове травлення, своєрідний питтинг, то зазначені електроліти слід додати 3 — 5 мл/л бутилового спирту. У наступній таблиці (Таблиця 3. 3) наведено режими ЭХП і склад деяких електролітів, що мають у своєму складі спирти. |Склад електроліту |Катод|Е, В|Ia, |t,(|Время|Примечание | | | | |А/дм|C |, хв| | | | | |2 | | | | |H3PO4 |мідь |2−5 |2−7 |20 |10−15|Рекомендуется для | |(уд. вес)… 350мл | | | | | |полірування мідних | |C2H5OH… 620| | | | | |сплавів з великим | |мл | | | | | |змістом свинцю. | |H3PO4 | | |8 |27 |неск. |Применяется США для| |(85%-ая)… 41,5 | | | | |Мін. |полірування латуні і | |Глицерин… 24,| | | | | |інших мідних сплавів| |9 | | | | | | | |Этиленгликоль… 16,| | | | | |Добавки амінів | |6 | | | | | |підвищують блиск | |Молоч. к-та (85%-ая). 8,| | | | | |поверхні. | |3 | | | | | | | |H2O… 8,| | | | | | | |7 | | | | | | |

Таблиця 3.3 4. МЕХАНИЗМ І КІНЕТИКА ПРОЦЕССА

4.1 УЯВЛЕННЯ ДЕЯКИХ АВТОРІВ Вивчаючи ЭХП міді в ортофосфорной кислоті, Жакові вперше запропонував досить просто пояснити цього процесу. Сутність його теорії ось у чому. Під час проходження струму через електроліт у поверхні анода утворюється рідкий шар із продуктів анодного розчинення, має підвищену в’язкість і велика електричне опір. Товщина цієї в’язкому рідкої плівки неоднакова в різних ділянках шорсткуватої поверхні; в заглибинах більша за діаметром (h1), ніж виступах (h2) (див. Рис 4. 1).

Рис 4.1 У результаті нерівномірної ізоляції поверхні анода є і нерівномірний розподіл електричного струму у ньому. На виступах встановлюється вища щільність, ніж западинах. Тому виступи розчиняються інтенсивніше, що в счёте веде до вирівнювання шорсткуватої поверхні. Відповідно до іншого думці, головну роль при ЭХП грає дифузія продуктів анодного розчинення від поверхні електрода у загальну масу електроліту. Через те, що градієнт концентрації продуктів анодного розчинення. З допомогою цих теорій важко пояснити ЭХП при сильному штучному перемішуванні чи коли процес супроводжується сильним газовыделением на аноді і катоді. Освіта у поверхні анода рідкого шару, чудового за складом і властивостями від електроліту обсягом, і навіть диффузионные і конвекційні процеси простежуються інших випадках анодного розчинення металів незалежно від цього, відбувається у своїй ЭХП чи нерівномірне травлення поверхні. Нерівномірний розподіл струму лежить на поверхні анода зокрема у відсутність яких би не пішли плівок. Силові лінії електричного поля була в электролите концентруються у напрямку до кутках, ребрам і виступам до поверхні електрода. Відомо, що гальванічні опади мають велику товщину саме цих ділянках. З термодинамической погляду слід вважати імовірним перехід іонів металу у розчин з виступів, бо в цих ділянках робота виходу іона з твердої фази в рідку менше, ніж у поглибленнях. Сточки зору простих геометричних міркувань слід також очікувати переважне розчинення піків і, отже, вирівнювання поверхні. Насправді часто трапляються випадки, коли анодное розчинення погіршує микрогеометрию поверхні металу рахунок локального нерівномірного травлення (освіту питтингов і виразок). Отже, основну роль при ЭХП грають не микрогеометрические характеристики поверхні, а її електрохімічні характеристики, склад електроліту й умови анодної поляризації. ЕХ характеристики поверхні металу визначаються сукупністю всіх властивостей, що впливають на характер анодного розчинення (кристалічна структура, співвідношення площ анодних і катодних ділянок та характер їх розподілу, поверхневі плівки та його природа, неметалеві включення). Вирівнювання поверхні металу тому, що градієнт концентрації акцептора в диффузионном шарі на виступах шорсткуватій поверхні більше, ніж у впадинах, унаслідок чого виступи більш інтенсивно розчиняються. Виявлення кристалічною структури (травлення) не спостерігатиметься у разі, коли концентрація акцептора лежить на поверхні анода стане рівної нулю. Г. С. Воздвиженський розглядає анодное розчинення металів як процес «электродекристаллизации», яка від текстури поверхні металу. Анодное розчинення металу локалізується на окремі ділянки (недосконалі межі, місця добудови кристала) поверхні, що у особливо вигідному у енергетичному відношенні умовах. Основні становища даної теорії зводяться ось до чого: 1) при ЭХП розчиняються насамперед все недосконалі елементи кристалічною ґрати поверхневого шару металу; ЭХП супроводжується освітою постатей анодного травлення, виявленням мікроструктури і, отже, микрошероховатости; характер электродекристаллизационного процесу визначається текстурою поверхні металу; основну увагу має приділятися вивченню умов анодного розчинення окремих структурних елементів поверхні металу і розряду аніонів на їх із урахуванням те, що стаціонарні электродные потенціали і поляризовані характеристики окремих граней різні. Попри правильність засад, теорія Г. С. Воздвиженского страждає однобічністю, та як приймається до уваги лише вплив текстури на процес анодного розчинення металу при ЭХП. При оптимальному режимі полірування створюються умови, щоб забезпечити рівномірний розчинення поверхневого шару металу попри ЕХ гетерогенність поверхні. Отже, текстура металу грає подчинённую роль при ЭХП. Л.И. Левін вважає, що ефект вирівнювання поверхні при ЭХП пояснюється лише тим, що у піках шорсткуватої поверхні концентруються силові лінії струму, у результаті відбувається зміна поверхового натягу плівок на піках, розрив цих плівок і, отже, більш інтенсивне розчинення піків. Це становище справедливо, але механізм процесу ЭХП не вичерпується. Відомо, що з будь-яких анодних процесах має місце концентрація силових ліній струму на піках поверхні, але завжди у своїй спостерігається ЭХП. К. П. Баташев передбачає, що вирівнювання поверхні мідного анода при ЭХП в H3PO4 зумовлено вичерпанням хімічної активності електроліту у впадинах. Завдяки уповільнення процесу дифузії, насичення прианодного шару у западинах досягається швидше, ніж над виступами, через що і відбувається розчинення останніх. У другій роботі К. П. Баташев висловлює думка у тому, основним процесом, визначальним протягом ЭХП, є розряд аніонів на виступах анода, що йде разом з розчиненням виступів. Через війну розряду аниона відбувається руйнація прианодного шару у виступу з одночасним зміною стану поверхні останнього. Обидва ці негативні явища забезпечують підтримку на виступах анода більшої щільності струму до того часу, наразі ці виступи не зникнуть рахунок розчинення. Не можна вважати правильним те, що основним процесом, визначальним протягом ЭХП, є розряд аніонів на виступах анода, що йде разом з розчиненням виступів. Відповідно до уявленням інших, процес ЭХП супроводжується освітою пасивних плівок на аноде.

СОВРЕМЕННЫЕ УЯВЛЕННЯ Механізм процесу ЭХП то, можливо правильно объяснён з урахуванням сучасних уявлень про анодною пасивності. У реальних умов ЭХП концентрація іонів металу у анода неспроможна зростати безмежно, оскільки він лімітується твором розчинності солі металу. Концентрація продуктів анодного розчинення у поверхні полируемого зразка збільшується в мірі збільшення анодної щільності струму, й у кінцевому счёте можна досягти умови задля досягнення анодною пасивності. Якщо оксидная плёнка має іонної провідністю, то поруч із ЕХ окисленням може бути процес переходу іонів металу у розчин та інформаційний процес виділення газоподібного кисню. За наявності лише електронної провідності у оксидной плівки, очевидно, процес іонізації металу буде практично заторможено, але плівці можуть протікати процеси, пов’язані з проходженням через неї електронів, наприклад розряд гідроксильних іонів. За відсутності помітного хімічного впливу електроліту на образующуюся неэлектропроводную плівку електрод в ЕХ відношенні стає інертним, і ньому не можуть протікати будь-які анодные процеси. Отримано анодные поляризаційні криві для мідних зразків у розчині H3PO4 (задовільно. вагу 1,55) при t=25(. Зразки представляли за своєю формою порівняно великі моделі заглиблень і виступів. Отримані криві представлені на Рис 4.2. З власного виду ці криві дуже подібні між собою, але вони мають і істотний- ные отличия. Скачок пітний- циала для гострого піка настає при щільності струму в 1,7 рази більшою, ніж для глибокої впадины.

Рис 4.2 Ці досліди показують, що з досягнення ідентичних умов (щодо стану поверхні) на виступах й у западинах потрібно різна щільність струму, причому велика для виступів. За таких даних, можна вважати, що умови пассивирования гострих піків менш сприятливі, ніж западин, оскільки процеси активації (чи депассивации) на перших протікають з більшої легкістю, ніж других. Ефект вирівнювання шорсткуватої поверхні при ЭХП можна собі так. Метал у процесі ЭХП не перетворюється на стан стійкою пасивності, оскільки відбувається безупинне хімічне розчинення пассивирующей окисной плівки в электролите. Згладжування шорсткостей поверхні при ЭХП відбувається внаслідок неоднаковою ступеня пассивирования виступів і заглиблень. Поглиблення перебувають у більш усталеному стані пассивации, ніж виступи, тому останні інтенсивніше розчиняються. Менша ступінь пассивирования виступів пояснюється їх підвищеної хімічної активністю і більше інтенсивним розчиненням окисной плівки ними, оскільки процеси дифузії іонів металу і іонів електроліту у виступів мають велику швидкість, ніж у заглибинах. З іншого боку, окисные плівки на гострих піках менш досконалі і більше пористи, що у своє чергу сприяє більш інтенсивному їх розчинення на піках і, отже, самих піків. Електроліти, застосовувані для полірування металів, звичайно містять активуючих іонів (наприклад, іонів галогенів), які перешкоджають наступові пассивации анода внаслідок руйнації окисных плівок чи сильного гальмування його зростання. Проте чи виключена можливість, що у разі застосування електролітів із дуже окислительными властивостями чи легко пассивирующихся металів може виникнути необхідність запровадження електроліт активаторів. В усіх життєвих теоріях ЭХП наголошується головним чином відмінність швидкостей розчинення виступів і западин про те, щоб пояснити ефект вирівнювання (полірування) шорсткуватій поверхні. Справді, ці відмінності існують, але де вони притаманні як процесу ЭХП, а й будь-якою іншою анодним процесам. У розглянутих раніше теоріях переважно випадках містяться правильні становища, але вони страждають тим недоліком, що до уваги будь-якої одиничний чинник", і приписують йому вирішальне значення. Самій характерною і характерною рисою процесу ЭХП є придушення структурного травлення металевої поверхні, попри її фізико-хімічну і электрохимическую гетерогенність. Навіть за умови рівномірного розчинення поверхні металу можна пояснити ефект згладжування шорсткостей, з простих геометрично міркувань. У насправді, виступи розчиняються від усіх сторін, а западини тільки одного напрямі. З іншого боку, при анодном розчиненні швидкість анодних процесів вище на виступах, ніж у западинах, що також сприяє розчинення виступів. Важливо, щоб за анодном розчиненні не з’являлася нова шорсткість в результаті виборчого травлення поверхні металу. Нехай маємо гранично гладку поверхню металу чи сплаву, отриману механічним поліруванням або іншими у спосіб. Якщо даного металу чи сплаву підібрали підходящий електроліт і оптимальні умови полірування, то при анодном розчиненні якість поверхні у принципі на повинен погіршуватися, при цьому забезпечується виключно рівномірний розчинення окремих ділянок поверхні. Це може відбутися лише за умови, якщо властива будь-якої поверхні металу, і особливо сплаву, ЕХ гетерогенність буде зацікавлений у процесі ЭХП виявлятися в мінімальної ступені та окремі мікро- і макро-участки, попри розбіжності їх стаціонарних потенціалів, будуть розчинятися з однаковим швидкістю. Саме те й характеризується ЭХП. 5. ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМІВ ПОЛИРОВАНИЯ

Характер анодного розчинення металу залежить з його природи, стану поверхні, складу електроліту та режиму (температури, тривалість полірування, електричного режиму, перемішування). Далі коротенько розглянуті всі ці режими, узгодження яких служить обгрунтуванням режимів полірування. 5.1 ТЕМПЕРАТУРА ЕЛЕКТРОЛІТУ Температура електроліту має значний вплив на якість ЭХП. Для кожної системи метал — електроліт є суворо певний інтервал оптимальних температур. Зниження температури збільшує в’язкість електроліту і утрудняє дифузію продуктів анодного розчинення від поверхні металу у загальну масу електроліту і свіжого електроліту до аноду. Досягнення заданої щільності струму цього потрібно більш високу напругу на клемах ванни. Підвищення температури надає на приведені вище параметри зворотне вплив. Як за зниженні і підвищенні температури межі допустимих значень якість ЭХП може значно погіршитися. 5.2 ТРИВАЛІСТЬ ПОЛІРУВАННЯ Тривалість процесу ЭХП залежить від наступних чинників: вихідного стану поверхні виробу, режиму, складу електроліту, природи металу тощо. Збільшення часу ЭХП норми задля досягнення заданої чистоти поверхні як не веде до подальшого поліпшити якість поверхні, а часом навпаки — погіршує її. Взагалі тривалість полірування зменшується зі збільшенням щільності струму та різким поліпшенням якості вихідної підготовки поверхні. 5.3 ЕЛЕКТРИЧНИЙ РЕЖИМ Основними параметрами електричного режиму процесу ЭХП є величина анодного потенціалу, анодная щільність струму і непередбачуване напруження на клемах ванни. Характер і швидкість будь-який електрохімічної реакції визначаються величиною анодного потенціалу, тому найдоцільніше, як і зазначає К. П. Баташев, регулювати процес ЭХП за величиною анодного потенціалу. Насправді контроль процесу здійснюється за величині анодної щільності струму, котрий іноді за напругою на клемах ванни, хоча ці показники (особливо напруга на клемах ванни) який завжди є точними і певними. Для будь-який системи метал — електроліт існує оптимальна щільність струму, коли він досягається найкраще якість ЭХП поверхні. На відміну більшості катодних процесів осадження металів процес ЭХП здійснюється зазвичай за більш високих плотностях струму. При низьких плотностях струму, коли метал перебуває у активному стані перебуває й розчиняється майже з 100% виходом по току, зазвичай спостерігається травлення поверхні. Насправді при ЭХП застосовують такі щільності струму, у яких поруч із розчиненням металу відбувається розряд гідроксильних іонів чи кислородсодержащих іонів (SO42-, PO43-) із газоподібного кисню. У цьому вихід по току, тобто. ступінь корисного використання електричної енергії на розчинення металу, значно знижується. Іноді ЭХП успішно протікає при низьких плотностях струму, без виділення кисню на аноді, наприклад при ЭХП міді її сплавів в розчині H3PO4. При плотностях струму, що перевищують оптимальні значення, відбувається бурхливе газовыделение, перегрів і травлення поверхні металу, підвищується питома витрата енергії та подальше зниження виходу по току. Зі зміною концентрації електроліту, ж розмірів та конфігурації электрополировочной ванни, розташування катода і полируемого вироби електричні характеристики ЭХП можуть у помітної ступеня змінитися. Якщо за виборі складу електроліту можна керуватися деякими міркуваннями теоретичного порядку, то встановлення оптимального режиму ЭХП здійснюється поки що лише дослідним шляхом. ПЕРЕМІШУВАННЯ ЕЛЕКТРОЛІТУ У процесі ЭХП в стаціонарних умовах продукти анодною реакції накопичуються у поверхні полируемого металу. У окремих випадках дифузія і конвекція що неспроможні забезпечити відвід цих продуктів від анода в загальну масу електроліту і доставку свіжого електроліту до аноду, внаслідок чого можуть порушуватися оптимальні умови полірування. У таких випадках необхідно застосовувати перемішування електроліту. З іншого боку, перемішування запобігає локальне нагрівання поверхні анода і дозволяє підтримувати більш рівномірну температуру електроліту. Зазвичай перемішування застосовується тоді, коли на аноді утворюються труднорастворимые в электролите плівки і коли необхідно видаляти прилипающие чи повільно рухомі щодо одного напрямі бульбашки кисню. У першому випадку збільшується швидкість розчинення плівок на аноді, у другому — поверхню звільняється з пухирців газу, які можуть викликати освіту таких дефектів лежить на поверхні, як питтинги чи «полосчатость». Іноді кращі результати виходять під час обертання і коливальному русі анода. Перемішування електроліту зумовлює необхідність збільшення щільності струму. 6 ВИСНОВОК У курсової роботі досліджені фізико-хімічні процеси, які відбуваються при ЭХП міді, і навіть теорія ЭХП загалом. Розглянуто застосування полірування металів в технології машинобудування. Описано склади деяких електролітів і режими електрохімічного полірування міді їх обгрунтування. Також дано узагальнена поняття про механізм і кінетиці процесу відповідно до думок деяких дослідників та у світі сучасних уявлень. Проте слід зазначити, що ЭХП, попри свою широке застосування, усе ще недостатньо вивчене і деякі положення усе ще потребують доопрацюванні і переосмисленні. Виконана курсова робота дозволила з’ясувати важливість физико- хімічного підходу під час вирішення технологічних проблем електрохімічного полірування. 7 БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК 1. Щиголев П. В. Електрохімічне і хімічне полірування металів. М. ,

1959. 2. Грилихес С. Я. Знежирення, травлення і полірування металів. Л. :

Машинобудування, 1983. 3. Грилихес С. Я. Електрохімічне травлення, полірування і оксидування металів. Машгиз, 1957. 4. Довідник по електрохімії. Під ред. Сухотина А. М. Л.: Хімія, 1981. 5. Технологія хімічної промисловості та електрохімічної обробки поверхні металів. Машгиз, 1961.

----------------------- H1

H2

ЖИДКАЯ ПЛЁНКА

МЕТАЛЛ

33

2

1

500

8

7

6

5

4

3

2

1

0

0

1000

1500

2000

2500

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой