CC BY
0
УДК 621.9.047.4
ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЕ ПОЛИРОВАНИЕ БЕЗ КОРРЕКТИРОВКИ СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА И ПОТЕРИ КАЧЕСТВА
Д. В. Шарапова Научный руководитель - А.В. Сутягин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: sibgau-uks@mail.ru
В статье приведено описание процесса электролитно-плазменного полирования без корректировки состава электролита и потери качества
Ключевые слова: электролитно-плазменная полировка, состав, анод, катод, шероховатость
ELECTROLYTE-PLASMA POLISHING WITHOUT CORRECTION OF THE ELECTROLYTE COMPOSITION AND LOSS OF QUALITY
D. V. Sharapova Scientific adviser - A.V. Sutyagin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: sibgau-uks@mail.ru
The article describes the process of electrolytic-plasma polishing without adjusting the electrolyte composition and loss of quality
Keywords: electrolytic-plasma polishing, composition, anode, cathode, roughness
Процесс электролитно-плазменной обработки является одним из перспективных методов формирования поверхностей с заданными свойствами. Данная полировка позволяет проводить очистку поверхности изделий и уменьшение их шероховатости, удаление заусенцев, а так же происходит формирования поверхностных слоев коррозионно и термостойких покрытий [1].
Сущность электролитно-плазменного полирования основана на различных режимах электрических процессов, которые проходят вблизи анода (рис. 1).
К аноду подводится положительный заряд от источника питания, катодом является ванна, в которую помещён анод. При подачи напряжения в десятки вольт и прохождении электрического тока плотностью 0,0-0,5 А/см2 происходит электролиз (участок АВ) -процесс переноса ионов металла и наблюдение газовыделения в зависимости от состава электролита и материала электродов.
При увеличении напряжения до 60-70 В происходит переходный (коммутационный) режим (участок ВС), где образовывается нейтральная газовая оболочка, которая периодически пробивается возникающим импульсом напряжения. В момент пробоя гремучий газ оболочки воспламеняется, и она взрывается. После взрыва происходит схлопывание изолирующей оболочки, активный электрод вновь соприкасается с электролитом, процесс повторяется. С повышением рабочего напряжения и температуры
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
электролита частота колебаний тока увеличивается из-за сокращения времени образования пароплазменной оболочки.
При достижении напряжения в 200-350 В образуется устойчивая парогазовая оболочка вокруг анода и происходит процесс электролитно-плазменной обработки (участок СБ). Под действием электрического напряжения в парогазовой оболочке возникает разряд, представляющий из себя ионизированную электролитическую плазму, обеспечивающую протекание интенсивных химических и электрохимических реакций между анодом и средой парогазовой оболочки. Излишняя теплота, возникающая при нагреве, отводится через систему охлаждения. Плотность тока уменьшается до 0,5-1,0 А/см2. На данном участке вольт-амперная характеристика имеет падающий характер, т.к. возрастает сопротивление цепи с увеличением напряжения. Рост сопротивления объясняется увеличением толщины паровой плёнки и образованием внутреннего слоя на аноде, имеющего высокое сопротивление [2].
Появление эффекта полирования и очистки поверхности изделия возникает при воздействии на поверхность детали химически активной среды и электрических разрядов.
Рис. 1. Вольт-амперная характеристика процесса ЭПП на аноде
Электролитно-плазменная обработка имеет множества достоинств такие как совмещение очистки и полировки изделий, что позволяет сэкономить время, процесс не требует несколько стадий, возможность автоматизации электролитно-плазменного процесса, но основным минусом является корректировка состава электролита без потери качества.
Авторы в работе [3] провели исследования процесса электролитно-плазменной обработки для того, чтобы понять как провести обработку без корректировки состава электролита и без потери качества. Они вывели формулу с помощью которой можно установить температуру электролита в зависимости от концентрации фтор-ионов в электролите:
Т = (-222,4) • К (Б -)+122,0,
где Т - температура электролита, °С, К(Б -) - концентрация фтор-ионов, моль/л, (-222,4) и 122,0 - эмпирические коэффициенты.
В процессе полирования поддерживают рассчитанную температуру Т ± 2,5°С в диапазоне 70-95°С и концентрации фтор-ионов К (Б -) ± 0,02 моль/л, путём охлаждения электролита и к обрабатываемой детали прикладывают электрический потенциал от 270 В до 290 В, причём используют электролит, содержащий регуляторы кислотности для достижения рН раствора в диапазоне 4,5-6,5 рН и неорганическую легкорастворимую соль сильного основания и сильной кислоты концентрацией 0,4-0,5 моль/л. Деталь погружают в
электролит на основе водного раствора соли плавиковой кислоты с концентрацией фтор-ионов от 0,12 моль/л до 0,23 моль/л. В качестве соли используют фторид аммония или фторид натрия.
Исследования в работе [2] проводились на титановом сплаве марки ВТ6. Сплав ВТ6 подвергали серии испытаний электролитно-плазменного полирования в среде раствора фторида натрия в течении 2 минут, прикладываемый к детали потенциал, выбранном в диапазоне от 250 до 300 В, в качестве электролита был использован раствор фторид натрия, концентрация раствора изменялась в диапазоне от 0,09 моль/л до 0,27 моль/л с шагом 0,03 моль/л, температура электролита изменялась в диапазоне от 65°С до 100°С с шагом 5°С.
Концентрацию фторид ионов в электролите устанавливали в зависимости от температуры электролита по следующей расчётной формуле:
Т(°С)=(-222,4) • К(Б -)+122,0.
Результаты представлены в табл. 1. Если полирование детали наблюдается и
шероховатость поверхности не превышает 0,06 мкм, то результат считается
удовлетворительным (У.Р.), в остальных случаях результаты принимаются за неудовлетворительный (Н.Р.).
Таблица 1
Результаты экспериментов_
Электролит - фторид натрия
и, В Температура, °С
65 70 75 80 85 90 95 100
250 0,13 Н.Р. 0,11 Н.Р. 0,11 Н.Р. 0,10 Н.Р. 0,11 Н.Р. 0,10 Н.Р. 0,09 Н.Р. 0,10 Н.Р.
260 0,09 Н.Р. 0,04 У.Р. 0,03 У.Р. 0,03 У.Р. 0,03 У.Р. 0,03 У.Р. 0,04 У.Р. 0,10 Н.Р.
270 0,09 Н.Р. 0,04 У.Р. 0,04 У.Р. 0,03 У.Р. 0,02 У.Р. 0,02 У.Р. 0,03 У.Р. 0,11 Н.Р.
280 0,10 Н.Р. 0,03 У.Р. 0,03 У.Р. 0,03 У.Р. 0,02 У.Р. 0,03 У.Р. 0,02 У.Р. 0,10 Н.Р.
290 0,11 Н.Р. 0,03 У.Р. 0,02 У.Р. 0,02 У.Р. 0,02 У.Р. 0,03 У.Р. 0,04 У.Р. 0,10 Н.Р.
300 0,10 Н.Р. 0,10 Н.Р. 0,11 Н.Р. 0,10 Н.Р. 0,10 Н.Р. 0,12 Н.Р. 0,12 Н.Р. 0,11 Н.Р.
Исследования авторов работы [2] показали, что применение предлагаемого способа полирования деталей позволяет повысить стабильность процесса, в том числе увеличить количество циклов полирования деталей без корректировки состава электролита без потери качества. Средние значения шероховатости полированной поверхности для предлагаемого способа - Яа 0,04-0,02 мкм. Меньший разброс значений шероховатости полированной поверхности, обработанной по предлагаемому способу, указывает на повышение надёжности процесса обработки.
Библиографические ссылки
1. Электролитно-плазменная обработка при нестандартных режимах в условиях высокоградиентного электрического поля / Ю.Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2017. Т. 16, №5. С. 391-399.
2. Куликов И.С. Электролитно-плазменная обработка материалов: монография / Куликов И.С., Ващенко С.В., Каменев А.Я.; Минск: Белорусская наука, 2010. 232 с.
3. Патент № 2706263 Российская Федерация, МПК С25Б 3/16 (2006.1). Способ электролитно-плазменного полирования изделий из титановых и железохромоникелевых сплавов : № 2019101785 : заявл. 23.01.19; опубл. 15.11.19 / Смыслов А. М., Таминдаров Д. Р., Мингажев А. Д., Плотников Н. В., Кутушева Л. Р. : ил. Текст: непосредственный.
© Шарапова Д.В., 2021
