Научная статья на тему 'О ВОЗМОЖНОСТИ НАВОДОРОЖИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ АНОДНОЙ ОБРАБОТКЕ'

О ВОЗМОЖНОСТИ НАВОДОРОЖИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ АНОДНОЙ ОБРАБОТКЕ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
28
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОРОДОМ / INTERACTION WITH HYDROGEN / ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ / ELECTRIC DOUBLE LAYER / ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНА / ELECTRON TRANSFER / ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОДА / ELECTRODE POTENTIAL / ПЛОТНОСТЬ ТОКА / CURRENT DENSITY

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Миленина Е.С., Литвинов Ю.В., Шалимов Ю.Н., Гусев А.Л.

В работе рассмотрена возможность образования водородных соединений в структуре металла при его анодной обработке. Предложен механизм образования этих соединений, где высказано предположение о вероятном взаимодействии ионов водорода со свободными атомами металла. Экспериментальными данными подтверждено, что на процесс миграции элементарных частиц в объеме металла оказывает влияние градиент температур, возникающий за счет термокинетического эффекта на границе раздела металл - раствор электролита. Ключевые слова: взаимодействие с водородом, двойной электрический слой, перенос электрона, потенциал электрода, плотность тока.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Миленина Е.С., Литвинов Ю.В., Шалимов Ю.Н., Гусев А.Л.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

About possibility of hydrogenation of metals at anode processing

In work possibility of formation of hydrogen connections in metal structure is considered at its anode processing. The mechanism of formation of these connections where the assumption of probable interaction of ions of hydrogen with free atoms of metal is come out is offered. By experimental data it is confirmed that process of migration of elementary particles in metal volume is influenced by the gradient of temperatures arising at the expense of effect of a thermal emission on border has undressed electrolyte metal-solution.

Текст научной работы на тему «О ВОЗМОЖНОСТИ НАВОДОРОЖИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ АНОДНОЙ ОБРАБОТКЕ»

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

FJ

HYDROGEN ECONOMY

Статья поступила в редакцию 03.12.10. Ред. рег. № 909 The article has entered in publishing office 03.12.10. Ed. reg. No. 909

УДК 621.05

О ВОЗМОЖНОСТИ НАВОДОРОЖИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ АНОДНОЙ ОБРАБОТКЕ

1 1 12 Е.С. Миленина , Ю.В. Литвинов , Ю.Н. Шалимов , А.Л. Гусев

1ФГУП НКТБ «Феррит» 394066 Воронеж, Московский пр., д. 179 Тел: (4732) 43-77-02; e-mail: shalimov_yn@mail.ru

2Научно-технический центр «ТАТА» 607183 г. Саров Нижегородской обл., а/я 787 Тел: (83130) 6-31-07, 9-44-72; факс: (83130) 6-31-07; е-mail: gusev@hydrogen.ru

Заключение совета рецензентов: 23.12.10 Заключение совета экспертов: 30.12.10 Принято к публикации: 05.01.11

В работе рассмотрена возможность образования водородных соединений в структуре металла при его анодной обработке. Предложен механизм образования этих соединений, где высказано предположение о вероятном взаимодействии ионов водорода со свободными атомами металла. Экспериментальными данными подтверждено, что на процесс миграции элементарных частиц в объеме металла оказывает влияние градиент температур, возникающий за счет термокинетического эффекта на границе раздела металл □ раствор электролита.

Ключевые слова: взаимодействие с водородом, двойной электрический слой, перенос электрона, потенциал электрода, плотность тока.

ABOUT POSSIBILITY OF HYDROGENATION OF METALS AT ANODE PROCESSING

E.S. Milenina1, Yu.V. Litvinov1, Yu.N. Shalimov1, A.L. Gusev2

'The Federal State Unitary Enterprise a Scientific Design Technical Bureau "Ferrite" 179 Moscow ave., Voronezh, 394066, Russia Tel.: (4732) 43-77-02; e-mail: shalimov_yn@mail.ru

2Scientific-Technical Centre "TATA" P.o. 787, Sarov, Nizhegorodskii reg., 607183, Russia Tel.: (83130) 6-31-07, 9-44-72; fax: (83130) 6-31-07; e-mail: gusev@hydrogen.ru

Referred: 23.12.10 Expertise: 30.12.10 Accepted: 05.01.11

In work possibility of formation of hydrogen connections in metal structure is considered at its anode processing. The mechanism of formation of these connections where the assumption of probable interaction of ions of hydrogen with free atoms of metal is come out is offered. By experimental data it is confirmed that process of migration of elementary particles in metal volume is influenced by the gradient of temperatures arising at the expense of effect of a thermal emission on border has undressed electrolyte metal-solution.

Keywords: interaction with hydrogen, electric double layer, electron transfer, electrode potential, current density.

Введение

В эпоху бурного развития технологии электрохимической размерной обработки металлов (60-70 гг.) прошлого века появились разрозненные сведения о возможном наводороживании некоторых металлов при их анодной обработке. Много вопросов сразу возникло по механизму взаимодействия водорода с металлом, так как наличие свободного атомарного

(или молекулярного) водорода на аноде исключено. С другой стороны, включение водорода, мигрирующего из катодной области на электрод - анод, тоже исключено.

Тем не менее, факт образования водородных соединений в структуре анодно-поляризованного металла был установлен и требовал объяснения с позиций теории электродных процессов.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (91) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

Этот вопрос интересен не только с позиции теории процессов взаимодействия водорода с металлами, но и имеет практическое значение для технологов гальванических производств, поскольку позволит разработать эффективные методы борьбы с водородным охрупчиванием деталей машин.

Теория процессов

Вопрос взаимодействия металлов с водородом следует рассматривать в непосредственной взаимосвязи со структурой металла и механизмом образования его водородных соединений.

Так, при катодном восстановлении металлов на электроде, за редким исключением, протекают как минимум две реакции, представленные формулами (1), (2):

Me+ + ne ^ Me0; (1)

H + + e ^ H0. (2)

Если металл катода имеет большое сродство к водороду, то становится вероятным процесс

МеП + HL ^ Men + H, (3)

где n и m - стехиометрические коэффициенты.

В более ранних работах [1] нами было установлено, что водород взаимодействует с электролитическими металлами по дефектам структуры. Именно по этой причине в классической литературе [2] констатируется факт наличия водородного пробела для некоторых переходных металлов IV периода.

При этом следует иметь в виду, что под дефектом структуры подразумеваются такие структурные объекты, как межзеренные границы, выход на поверхность дислокаций и т. д.

Энергетический потенциал дефекта может сильно различаться по своей величине, которая и определяет вероятность взаимодействия его с водородом. Что же касается механизма переноса заряда электрона в двойном электрическом слое, то здесь он осуществляется по классической схеме, описанной в работах [3, 4].

При наводороживании металла в условиях анодной обработки условия взаимодействия совершенно иные. Во-первых, материал анода принципиально отличен по своей структуре (на порядок меньше число дефектов).

Во-вторых, в качестве взаимодействующей частицы здесь выступает ион водорода, образующийся в результате параллельно протекающих реакций окисления металла и воды:

Ме0 - ne ^ Ме+ (N)

2H2O - 4e ^ O2 + 4H+ (N+1)

Ион водорода H+, обладая очень малым радиусом, под действием свободных электронов на поверхности

электрода, которые образуются при окислении свободных атомов металла в положительно заряженные ионы, свободно мигрирует через зону проводимости вглубь структуры металла. В этом случае образование водородного соединения возможно по схеме

H + + Me0 + e ^ MeH (N+2),

где e - электрон проводимости (свободный электрон).

В этом случае для образования водородных соединений металла наличие дефектов структуры не является обязательным условием, так, взаимодействующий ион водорода Н+ обладает гораздо более высокой активностью, чем свободный атом водорода. Для окончательного раскрытия механизма взаимодействия водорода с металлами при их анодной обработке необходимо проведение дополнительных экспериментальных исследований по изучению плотности распределения гидридных соединений по глубине металла, а также по определению факторов, определяющих скорость миграции ионов Н+ вглубь металла. По нашему мнению, одной из причин, оказывающих влияние на перемещение ионов Н+, является градиент температурного поля, возникающий вследствие протекающих на границе раздела металл - раствор электролита электрохимических и химических реакций, являющихся отдельными стадиями суммарного электрохимического процесса.

Влияние режимов анодного растворения титановых сплавов на величину термокинетических эффектов

В результате протекающих на электроде (аноде) процессов возникают термокинетические эффекты, природа и механизм действия которых в литературе имеют различные объяснения.

Изменение значения технологических параметров оказывает существенное влияние на термокинетику электродных процессов. Анализ зависимостей анодного выхода по току титана, приведенных в работе [5], показывает, что он в сильной степени зависит от плотности тока, состава электролита и соотношения компонентов сплава.

Для сплава ВТ5Л значения А°% = f (ia) представлены в табл. 1.

Таблица 1

Зависимость скорости растворения от плотности тока для сплава ВТ5 Л

Table 1

Dependence of dissolution rate on current density for alloy ВТ5 Л

Параметр Анодная плотность тока ia, А/см2

5 10 20 30 40 60 100

Выход по току, % 77 68 78 80 92 83 80

Скорость растворения, мг/с - 0,07 0,18 0,27 0,37 0,55 0,91

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (91) 2010 л л

© Научно-технический центр «TATA», 2010 ' '

Для указанного химического состава электролита на аноде наиболее вероятно протекание двух процессов:

Т10 - 4е ^ Т14 +,

2Н20 - 4е ^ 02 + 4Н+.

На активных центрах растворения возможно образование оксидов по схеме

4Т + 302 ^ 2Т1203, Т1° + 02 ^ ТЮ2.

Эти химические процессы могут являться основной причиной изменения величины температурных эффектов в приэлектродной зоне.

Кроме того, некоторую долю величины термокинетического эффекта вносит процесс молизации кислорода за счет образования молекулы при взаимодействии двух атомов, спины электронов которых антипараллельны (реакции дезинтеграции).

По данным авторов [6], значения энтальпии образования оксидов составляют [7]: ТЮ - 123,9 ккал/моль; ТЮ2 - 225,5 ккал/моль; Т1203 - 362,9 ккал/моль; Т1305 - 587,6 ккал/моль.

Теплота образования молекулы кислорода составляет 117 ккал/моль.

По данным Реми Г., соединения титана в двухвалентном состоянии в воде малоустойчивы, поэтому расчет тепловых эффектов следует вести на трехвалентный или четырехвалентный титан.

Количество образующихся оксидов с наибольшей вероятностью можно оценить именно по величине тепловых эффектов по формуле (4) на аноде, приняв во внимание наиболее значительные эффекты анодных реакций

Е 0з = Q МОЛ,О2 + QTiÜ2 + Q]

ГИДР/Ti44

(4)

т. е. реакций, протекающих по схемам: 0 + 0 ^ 02; 20 + Т ^ ТЮ2; ТЮ2 + Н20 ^ Н2ТЮ3.

Последняя реакция носит формальный характер, так как ионы титана присутствуют в растворе в виде титанат-ионов ТЮ2-.

С учетом превышения температуры в приэлек-тродном слое относительно объема электролита воспользуемся формулой (5) авторов [8]:

АИ° =ДЯ298 (я; - И 298 ) ] . (5)

Например, для реакции образования оксидов поправка на температуру в 50 °С дает изменение величины АН 0,4 ккал/моль.

Анализ кривых зависимости ДТ = _Д/а, Кпр), приведенной на рисунке, показывает, что, несмотря на большие скорости протока электролита в межэлектродном зазоре (МЭЗ), наблюдается адекватное повышение температуры в зоне реакции при увеличении ¡а.

лт, г

во

60

к Vy/ / J.......

20 40 60 X 0 Ю0 120 КО

к Ч у

/

у // X

L А/СМ 2

Л с г 100

80 60

W

го

у, I /

у / / /

/ -----

V to i € 6 v г Ш 12 V по

Щ 4

Зависимость величины температурного эффекта от химического состава электролита: а) 15-20 вес. % NaNOs, 20-25 вес. % NH4CI, остальное H2O;

b) 50-60 г/л NaNOs, 3-8 г/л NO2, 4-5 г/л Na2СOз, 10-15 г/л глицерин; с) 20-30% H3PO4 и скорости протока электролита V1 = 0 м/мин; V2 = 80 м/мин; V3 = 350 м/мин Dependence of size of temperature effect on an electrolyte chemical compound: а) 15-20 weight. % NaNO3, 20-25 weight. % NH4CI, the rest H2O; b) 50-60 г/л NaNO3, 3-8 g/l NO2, 4-5 g/l Na2СOз, 10-15 g/l glycerine; с) 20-30% H3PO4 and speeds of a channel of electrolyte, Vi = 0 м/мин; V2 = 80 м/мин; V3 = 350 м/мин

Угол наклона кривых определяется скоростью протока электролита, и при уменьшении ее до 0 наблюдается резкое повышение температуры в при-электродной зоне уже при 1а > 30 А/см2, а это, в свою очередь, приводит к возникновению термокинетической неустойчивости в зоне МЭЗ.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

b

c

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (91) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

Результаты исследования зависимости выхода по току при анодном растворении сплава от состава электролита показывают, что последний определяется в основном анионным составом электролита при постоянной плотности тока.

Так, например, введение в электролит бромида калия тормозит процесс анодного растворения титана за счет протекания на аноде сопряженной реакции окисления Вг--иона (табл. 2).

Таблица 2

Зависимость выхода по току при анодном растворении сплава ВТ5Л

Table 2

Dependence of current efficiency during anodic dissolution of alloy ВТ5 Л

Таблица 3 Зависимость скорости растворения от химического состава сплава

Table 3

Dependence of dissolution rate on the chemical composition of the alloy

Марка Выход Скорость

сплава по току, % растворения, мг/с

ОТ4-1 50 1,0

ОТ4 16 0,55

ВТ-14 20 0,19

ВТ-16 9,5 0,11

Химический состав электролита ia, А/см2 Выход по току Скорость растворения, мг/с

7% NaCl + 14% NaNO2 30 94 0,51

4,8% NaCl + 4,8% KNO3 + + 1,2% KBr + 0,4% Na2SO4 30 17,5 0,06

Если для первого электролита на аноде возможно протекание трех совместных процессов

Т10 - 4е ^ Т14 +;

2H2O - 4e ^ O2 + 4H+

Ti + O2 ^ TiO2,

и можно считать, что на последние две реакции затрачивается всего 6% общего количества электричества, то для второго электролита на аноде возможно протекание четырех процессов, т. е. в дополнение к перечисленным имеет место процесс окисления иона Вг-:

2Вг- - 2е ^ 2Вг0 ^ Вг2.

Анализ температурных измерений и зависимости выхода по току металла позволяет высказать предположение, что, несмотря на увеличение доли электричества на побочные процессы, тепловой эффект (суммарный) увеличивается незначительно, то есть преобладающим становится процесс окисления бромид-ионов, так как значение теплоты молизации

0МОЛ,Вг2 < 0МОЛ, О2. В результате этого наблюдается

лишь незначительное уменьшение теплового эффекта на аноде.

Исследование выхода по току при анодном растворении титановых сплавов различного химического состава позволило установить, что его величина определяется количеством и природой окисляющихся и восстанавливающихся компонентов в сплаве. Результаты этих исследований приведены в табл. 3, где га = 30 А/см2, температура электролита t = 20 °С и скорость протока 3,6 м/с (электролит - 10% раствор №С1).

Сопоставление результатов табл. 3 и химического состава сплавов, приведенных в табл. 4, дает возможность оценить влияние легирующих компонентов на кинетику анодного процесса. Установление этой взаимосвязи необходимо для решения главной задачи: выбора оптимального химического состава электролита и технологических режимов электрохимической размерной обработки (ЭХРО) титановых сплавов.

Таблица 4

Содержание легирующих компонентов в титановых сплавах, % [9]

Table 4

The content of alloying components in titanium alloys, % [9]

Сплав Структура Al Mo Mn V

ОТ4 а+Р 2,5-4,5 - 0,8-2,0 -

ОТ4-1 а+Р 0,7-2,2 - 0,5-1,8 -

ВТ-14 в (ОЦК) 3,5-6,0 2,5-3,8 - 0,2-1,5

ВТ-16 1,6-3,0 6,5-8,0 - -

Наименьшее значение выхода по току наблюдается для титана марки ВТ-16, содержащего значительное количество молибдена в качестве легирующего элемента. В электролите такого же состава склонность к пассивации можно проследить для сплавов, различающихся лишь содержанием алюминия. Например, сплавы ОТ4 и ОТ4-1 по содержанию компонентов различаются лишь содержанием А1 в своем составе. Из литературных данных известно [6], что алюминий в растворах, содержащих 80;;- -ионы, даже при наличии кислой среды склонен к переходу в пассивное состояние.

Результаты исследований, приведенные в табл. 3, как раз и подтверждают наше предположение о том, что повышение содержания алюминия в сплаве при прочих равных условиях тормозит процесс анодного растворения металла и тем самым меняет

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (91) 2010 © Научно-технический центр «TATA», 2010

коренным образом сам механизм электродных реакций. При анодной обработке титанового сплава ОТ4 на электроде вероятным становится процесс 2А1 + 302 ^ А1203 образования оксида алюминия и, соответственно, увеличивается количество электричества на окисление воды, то есть реакция молиза-ции - О + О = 02 - кислорода приводит к увеличению количества выделяющейся теплоты.

Возникновение температурных полей, источниками которых являются непосредственно электродные системы, вносит существенные коррективы в процессы гидродинамики МЭЗ, тепломассопереноса и может привести в конечном итоге к появлению термокинетической неустойчивости.

Вектор направления теплового поля практически всегда будет рассогласован с вектором электрического поля и при ламинарном течении электролита в МЭЗ без учета конвективной составляющей направлен встречно электрическому полю.

Используя известное уравнение теплопередачи [10], можно записать выражение для процесса теп-лопереноса:

сИ 2 [ С С С | 1 -гч -

— = —— — +ю„ — + М— I— -М .(6)

С т р У ёх Су ) р

теплопередача

конвекция

хим. компонент

Г di di di -I юх— + ю — + ю2 — ^ dx dy dz

1

P(T)

div^ Ii , (7)

проводности; | юx — + ю — + ю z — | - конвективная

но пренебречь, так как в направлении X массопере-нос осуществляется в объемах, значительно превышающих таковой в направлении (Х,У), т. е. принять в качестве условия неравенство

di ) Г di di

ю z- I »I ю x —, ю y-

dz J ^ dx dy

(8)

В выражении для химической составляющей

-&уУ /,, плотность должна входить как темпе-

р(Т) ^ "

ратурозависимая от технологических параметров величина:

мд,> + JМД )г)

P(T)

(9)

где

J i (J МД,1 + J МД )

- плотность потока массы за

Проводя анализ по всем трем компонентам правой части уравнения, можем сделать следующие допущения. Для этого сравним скорости переноса реагентов, в данном случае ионов и молекул, за счет действия сил электрического и теплового поля. По данным автора [7], подвижность (скорость движения) иона калия при Г = 18 °С и напряженности поля 1 В/см составляет 0,000675 см/с. При увеличении напряженности до 50 В/см (например, в случае использования импульсных режимов обработки) скорость составит 0,0135 см/с. Соответственно, за счет действия теплового поля скорость перемещения частиц составит ~ 0,15 см/с [11].

С учетом эффектов тепловыделения на электродах приведенное уравнение теплопроводности можно переписать в виде

Ст р(Т) ^

счет молекулярного и конвективного переноса. Так как пик температуры смеси изменяет свое значение вследствие тепловых эффектов на электродах, то согласно эффекту Соре нарушается порядок перемещения составляющих электролит компонентов, и это приводит к изменению кинетики электродных процессов.

В конечном итоге уравнение теплового баланса импульса энергии примет вид

± = -^У2Т (, т,Ки )-[ю С У—ШУУ I (Т),, .

Ст р(Т) ^ У 2 ) р(Т) ''

(10)

Температура электрода определяется как

Т = Т + АТ :

1 ЭЛ - ДА 1 ЭЛ-ТА 1 ш •

АТ = •

a + Vnpia

(11)

где . V2Т((,т,¥ )-перенос тепла за счет тепло-р(Т)

а а а -+м у-+ м 2-

ёх у ёу

составляющая.

В выражении для конвективной составляющей компонентами значений для направлений X и У мож-

где АТ - величина температурного перепада между ТЭЛ-ДА - ТЭЛ-ТА; а - определяемый по номограммам

коэффициент; К™ - скорость протока, м/с; ,а - плотность тока, А/см .

Исследование зависимости АТ = у(/а, Кпр), представленной на рисунке, подтверждает предполагаемые механизмы тепловыделения на электродах.

Как следует из характера изменения зависимостей АТ = Д,а, Кпр), приведенных на рисунке, Ь, повышение температуры электролита в приэлектрод-ном пространстве происходит не столь резко, как в предыдущем случае (рисунок, а).

Анализ характеристик зависимости: АТ есть функция, зависимая от скорости протока и химического состава электролита. Можно установить, что химический состав играет незначительную роль в повышении температуры на электроде, поскольку основными реакциями, определяющими тепловой

1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (91) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

эффект, являются непосредственно стадии образования оксидов на поверхности электрода, а также выделение кислорода при разложении воды. Наиболее существенное влияние на величину температурного градиента оказывает скорость протока электролита, что видно из характера изменения АТ.

Следует отметить, что истинная температура в зоне реакции намного превышает значение температуры, фиксируемое с помощью датчика, поскольку геометрические размеры преобразователя температуры не позволяют фиксировать этот параметр непосредственно на границе раздела металл - раствор электролита.

Таким образом, полностью подтверждается предложенный нами метод оценки тепловых эффектов на электроде при ЭХРО металлов, в частности титановых сплавов.

С точки зрения оптимизации состава электролита, необходимо в каждом случае учитывать все аспекты технологических особенностей того или иного способа ЭХРО. Анализ составов электролитов, предложенных авторами [12, 13], показывает, что их можно разделить на три основные группы:

1) электролиты с преобладающими реакциями газовыделения в МЭЗ, которые не содержат компонентов подавления реакций разложения воды;

2) электролиты, включающие компоненты подавления реакций газовыделения на электродах (Ш- -ионы);

3) электролиты на основе органических растворителей.

Что касается электролитов первой группы, то уменьшения влияния тепловых эффектов и газовыделения на электродах при их использовании можно достичь, применяя импульсные режимы питания электродной системы или оптимизируя условия гидрогазодинамики в МЭЗ.

Электролиты второй группы, в состав которых входят компоненты, являющиеся продуктами окисления или восстановления на электродах, позволяют значительно снизить температуру в МЭЗ и расширить диапазон анодных токов, при которых возможен переход электродной системы в режимы термокинетической неустойчивости. Недостатком этих электролитов является необходимость корректировки химического состава в процессе работы, так как постоянный расход составляющих компонентов при протекании электрохимических реакций на электродах должен быть скомпенсирован. Соответственно экономическим затратам ЭХРО металлов при их использовании нельзя отнести к ресурсосберегающим технологиям. Кроме того, как правило, регенерация таких электролитов является во многих случаях проблематичной и требует значительных капитальных затрат.

Электролиты третьей группы по своим технологическим особенностям могут быть применены в тех процессах, где использование водных растворов электролитов невозможно. Обладая рядом уникаль-

ных возможностей (высокий выход по току, практически отсутствие газонаполнения МЭЗ, малые энергозатраты), эти электролиты весьма высоки по стоимости, требуют особых мер предосторожности при их эксплуатации, практически не могут быть регенерированы в процессе эксплуатации.

Исходя из вышеизложенного анализа химических составов электролитов, наиболее перспективными с точки зрения простоты и экономичности следует считать электролиты первой группы.

Совершенствование технологий ЭХРО для этих электролитов должно быть направлено:

- на оптимизацию химического состава электролитов;

- на разработку совершенных конструкций систем электрод-деталь с точки зрения гидрогазодинамики,

- на определение оптимальных технологических режимов (температура, импульсные режимы, другие виды совершенствования электрохимических процессов).

Заключение

На основании высказанной теории переноса ионов водорода через двойной электрический слой на аноде можно заключить, что вероятность такого перехода возможна. Экспериментом установлено, что в зависимости от режима обработки проникновение ионов водорода возможно на глубину порядка нескольких миллиметров. Взаимодействие ионов водорода со свободным атомом металла может происходить только для элементов, имеющих большое сродство к электронам (геттеры). В этом случае в атомной структуре должны присутствовать свободные электроны для образования гидридов с насыщенными связями, ускоряющим полем для ионов водорода, по всей вероятности, может служить температурный градиент на границе раздела металл -раствор электролита. Тепловые эффекты, возникающие на границе раздела при высоких плотностях тока, достигают больших значений и способны играть роль ускоряющего поля для молекул ионов. Кроме того, определенный вклад в этот процесс вносит эффект Соре, согласно которому частица с малыми молекулярными весами устремляется в более горячие области пространства. К числу таких частиц относится ион водорода. Таким образом, наводорожива-ние металлов высокой степени активности возможно при их анодной обработке при условии высокой поглощающей способности металла по отношению к водороду. Единственным отличием от процесса катодного наводороживания является возможность взаимодействия с кристаллической структурой металла, не имеющей дефектов, поскольку проникающая способность ионов водорода и его малые размеры позволяют беспрепятственно осуществлять подобный процесс.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (91) 2010 © Научно-технический центр «TATA», 2010

Список литературы

1. Гранкин Э.А. Влияние условий электролиза и термической обработки на внутреннее трение и коррозионную стойкость электролитического хрома. Дисс. канд. техн. наук. Воронеж: ВПИ, 1973.

2. Маккей К. Водородные соединения металлов. М.: Мир, 1968.

3. Корыта М., Дворжак И., Богачкова В. Электрохимия. М.: Мир, 1977.

4. Фрумкин А.Н. Электродные процессы. Избранные труды. М.: Наука, 1987.

5. Кащеев В.Д., Клопова С.В., Давыдов А. Д. Особенности начального периода электрохимической размерной обработки титановых сплавов // Электронная обработка материалов. 1969. С. 12-16.

6. Реми Г. Курс неорганической химии. Под ред. А.В. Новосиловой. М.: Мир, 1966.

7. Ашитан Г.Л., Байсупов А.И., Барон Ю.М. и др. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Л.: Машиностроение, 1988.

8. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.: Химия, 1975.

9. Саушкин Б.П., Петров Ю.Н., Нистерян А.З., Маслов А.В. Электрохимическая обработка изделий из титановых сплавов. Кишинев: Штиинца, 1988.

10. Гамбург Ю.Д. Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов. М.: Янус-К., 1997.

11. Исаченко В.И., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Уч. для вуз. М.: Энергия, 1975.

12. А. с. 1139586 СССР, МКИ В 23 Н 3/08. Электролит для электрохимической обработки титана и его сплавов / Румянцев Е.М., Никматулин Р.Г., Волков В.И., Лилин С.А. и др.

13. А. с. 1096068 СССР, МКИ В 23 Р 1/16. Электролит для размерной электрохимической обработки титана и сплавов на его основе / Давыдов А. Д., Ев-геньева Т.И., Зверенцева Е.О. и др.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (91) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.