Что такое электрополировка и как она работает?

Электрополировка, являясь эффективной технологией обработки поверхности металла, играет ключевую роль в производстве по заказу. Этот процесс позволяет улучшить качество и текстуру поверхности металла, а также повысить коррозионную стойкость изделия посредством электрохимических реакций. В данной статье представлен обзор электрополировки.

Что такое электрополировка?

Электрополировка — это процесс электрохимической обработки, при котором поверхность металла полируется анодным растворением, когда металл погружается в подходящий электролит и подвергается воздействию тока низкой плотности. Электрополировка применяется к большинству распространённых металлических материалов и, как и химическая полировка, в последнее время применяется для полировки полупроводниковых материалов.

Электрополировка основана на преимущественном растворении неровностей поверхности для достижения гладкой и блестящей поверхности, подобно химической полировке. Электрополировка требует подачи электрического тока. В электрополировальной ванне полируемая деталь служит анодом, а нерастворяющийся металл — катодом; к этим двум электродам подаётся напряжение.

При подаче напряжения на систему на поверхности анода происходит реакция окисления: атомы металла теряют электроны, превращаясь в ионы, которые попадают в электролит. Важно отметить, что плотность тока максимальна на вершинах поверхности, поэтому скорость растворения значительно выше, чем во впадинах. В конечном итоге это приводит к тому, что поверхность становится ровной и гладкой. Одновременно электролит образует на поверхности образца пассивирующую пленку (например, оксидный слой или вязкую солевую пленку). Эта пассивирующая пленка толще в впадинах, что дополнительно замедляет растворение и усиливает выравнивающий эффект. В результате получается гладкая поверхность без внутренних напряжений.

Условия электрополировки

Источник питания: в принципе используется постоянный ток, хотя для таких материалов, как сталь и алюминий, может использоваться и переменный ток. К распространённым источникам постоянного тока относятся селеновые выпрямители, трансформаторные выпрямители и аккумуляторные батареи.

Электролитическая ячейка

Основной корпус бака обычно изготавливается из стали с внутренней облицовкой. Материал облицовки зависит от состава электролита и часто включает стекло, керамику, свинец, эмаль, целлулоид, нержавеющую сталь, пластик, сталь или медь. Электролиты, содержащие уксусную кислоту или уксусный ангидрид, нельзя использовать в свинцовых баках. Электролиты на основе плавиковой кислоты могут использоваться в свинцовых или пластиковых баках.

Отопление и охлаждение

В зависимости от типа металла может потребоваться повышение температуры ванны. Нагреватели обычно размещаются непосредственно в растворе, а также часто используются системы охлаждения с рубашкой.

Катод

Материал катода должен быть нерастворим в электролите. Часто используются материалы с низким сопротивлением, такие как свинец, медь, алюминий, графит и нержавеющая сталь. Для обеспечения равномерного растворения вспомогательные катоды часто имеют форму, соответствующую геометрии детали. Такие вспомогательные катоды обычно изготавливаются из легкообрабатываемого свинца.

Изоляция

Участки анода (заготовки), не требующие полировки, а также оснастка (кондукторы/стойки) должны быть изолированы для предотвращения их растворения. В качестве изоляционного материала для этой цели обычно используют виниловую смолу.

полоскание

Процедуры промывки после полировки в принципе аналогичны процедурам химической полировки. После полировки детали следует тщательно промыть, высушить и смазать как можно быстрее.

электролит

Для успешного электрополирования на поверхности металла должна образоваться жидкая или твёрдая плёнка, через которую металл должен растворяться со стабильной скоростью, контролируемой диффузией. Поэтому электрополирующий раствор должен одновременно выполнять двойную функцию: растворять металл и формировать защитную плёнку. Кроме того, он должен обладать исключительно высокой электропроводностью и хорошей рассеивающей способностью. Под рассеивающей способностью в данном контексте понимается равномерность распределения плотности тока по поверхности детали.

Алюминий и его сплавы : могут использоваться как кислые, так и щелочные электролиты, такие как щелочные, фторидные и фосфорно-хромовые системы. Наиболее широко используемой системой является смесь фосфорной, серной и хромовой кислот.

Сталь: В качестве электролитов используются системы на основе хлорной кислоты, фосфорно-серно-хромовой кислоты и фосфорно-щавелево-глицериновой кислоты. Для электрополировки нержавеющей стали наиболее распространённым выбором является раствор фосфорно-серно-хромовой кислоты.

Медь и её сплавы: Известные полирующие растворы включают системы на основе фосфорной кислоты и системы на основе фосфорной, серной и хромовой кислот. В чистом растворе фосфорной кислоты образование вязкого слоя насыщенной, труднорастворимой соли фосфата меди на поверхности анода усиливает полирующий эффект. Для сохранения целостности этого вязкого слоя перемешивание необходимо проводить при низких температурах.

Процесс электрополировки

Механическая полировка . Образец сначала подвергается механической полировке для уменьшения его толщины до определенного уровня (обычно десятки микрометров) в рамках подготовки к последующей электрополировке.

Выбор электролита. Подходящий электролит подбирается в зависимости от материала образца. Например, для нержавеющей стали обычно используют смесь фосфорной и серной кислот, а для алюминия — смесь азотной кислоты и метанола.

Установка для электрополировки. Используется специализированное оборудование. Образец закрепляется в качестве анода, электролит служит проводящей средой, а катод обычно изготавливается из инертного материала.

Контроль тока и времени. Подаётся соответствующий ток и напряжение, контролируется время электрополировки. Плотность тока и время должны быть оптимизированы в зависимости от материала образца и требуемой конечной толщины.

Проверка образца. Толщина образца и качество поверхности регулярно проверяются до достижения желаемой тонкости и гладкости.

Рекомендации по электрополировке

Контроль плотности тока

Слишком высокая плотность тока может привести к чрезмерному растворению, а слишком низкая плотность тока приведет к плохому эффекту полировки.

Температура электролита и время обработки

Для материалов, склонных к пассивации, требуется более высокая температура электролита, обычно выше 60 °C. Более высокая температура также расширяет диапазон эффективной плотности тока для достижения блестящей поверхности. Продолжительность электрополирования зависит от накопления анодных продуктов на поверхности детали и времени, необходимого для образования вязкой плёнки определённой толщины. После достижения полирующего эффекта дальнейшее увеличение времени полирования нецелесообразно и может иногда приводить к негативным последствиям.

Расстояние между электродами

В электролитических процессах ток, как правило, концентрируется у краев электродов. Следовательно, при обработке больших плоских материалов края с большей вероятностью приобретут блестящую поверхность, чем центральная часть. Чтобы смягчить неравномерное распределение тока, площадь анода обычно делают больше площади катода, а расстояние между электродами увеличивают. Однако увеличение расстояния между электродами увеличивает энергопотребление. Поэтому, в зависимости от таких факторов, как удельное сопротивление электролита, температура и плотность тока, расстояние между электродами обычно поддерживается в пределах от 10 до 60 см.

Свойства электрополировки

Электрополировка эффективно снижает шероховатость поверхности и особенно подходит для сложных геометрических форм и внутренних поверхностей, часто улучшая исходный уровень шероховатости на 1–2 ступени.

После электрополировки изменяется ряд свойств, связанных с состоянием поверхности металла. Этот процесс удаляет наклепанный слой, что приводит к снижению твердости поверхности детали до достижения ею стабильного базового значения. Однако такое удаление может потенциально снизить предел усталости; степень этого снижения зависит от таких факторов, как свойства металла, его структура, а также степень и влияние предварительного наклепа.

Кроме того, электрополировка образует на полированной поверхности пассивирующую пленку — тонкий, не имеющий зазоров оксидный слой, — что значительно повышает коррозионную стойкость.

О Getzshape

Компания Getzshape поставляет детали, изготовленные с высокой точностью и соответствующие мировым стандартам, а также обеспечивает качественную обработку поверхностей, включая электрополировку. Соответствуя стандартам ASTM B912 и ASME BPE, мы гарантируем инженерам превосходную коррозионную стойкость, высочайшее качество поверхности и точность размеров критически важных компонентов по всему миру. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших возможностях.