Обоснование режимов и рабочей среды для повышения качества поверности каналов поверхности каналов волноводов из сплава 32 НКД Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 621.787

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ И РАБОЧЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРНОСТИ КАНАЛОВ ПОВЕРХНОСТИ КАНАЛОВ ВОЛНОВОДОВ

ИЗ СПЛАВА 32 НКД

Л. А. Кайль Научный руководитель - И. В. Трифанов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассмотрено полирование нержавеющей стали и никеля электрохимическим методом в растворах ионных жидкостей: В min NTf2, ВттВ!^, и В min d.

Ключевые слова: ионные жидкости, электрохимия, металлические образцы.

THE RATIONALE AND MODES OF WORKING ENVIRONMENT TO IMPROVE THE QUALITY OF SURFACE CHANNEL WAVEGUIDES ALLOY 32 NKD

L. A. Kayl Scientific Supervisor - I. V. Trifanov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

In this work considered polishing stainless steel and Nickel electrochemical method in solutions of ionic liquids: ВminNTf2, ВminBf4, and ВminQ.

Keywords: ionic liquids, electrochemistry, metal sample.

Для создания волноводных элементов КВЧ-диапазона широко используют сплав 32 НКД, который обладает стабильностью геометрических размеров при t от 60-100 °C. Для снижения шероховатости поверхности труб волноводов из сплава 32 НКД предлагается обработать поверхность электрохимическим методом. Электрохимические методы обработки металлов приобретают все большее значение вследствие легкости их реализации, а также возможности оптимизации условий получения поверхностей с требуемым качеством. Качество микрорельефа при электрохимической обработке зависит от режима электролиза: плотности тока, времени и электролита. Электрохимическую обработку осуществляют следующим образом (рис. 1.): заготовку 1 соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока (анод); инструмент 2 (катод) является отрицательным полюсом; при этом профиль катода соответствует профилю поверхности, которую необходимо получить в результате обработки. Заготовку и инструмент помещают в камеру, изготовленную из неэлектропроводного материала. Подача электролита в зазор между анодом и катодом приводит к замыканию электрической цепи и в результате этого к растворению поверхности анода. При съеме материала происходит изменение конфигурации межэлектродного зазора, что вызывает перераспределение плотности электрического тока. Интенсивное движение жидкости обеспечивает стабильный и высокопроизводительный процесс анодного растворения, вынос продуктов растворения из рабочего зазора и отвод теплоты, возникающей во время обработки [1].

Традиционные способы электрохимического полирования основаны на применении многокомпонентных электролитов на базе агрессивных и сильно токсичных кислот с рабочей температурой близкой к кипению, и с добавлением поверхностно активных веществ, ингибиторов кислотной коррозии и других экологически опасных компонентов. Один из основных недостатков этих традиционных способов полирования на производстве - необходимость проведения специальных дорогостоящих

Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»

мероприятий, связанных с экологической безопасностью людей и окружающей среды при приготовлении, использовании и регенерации электролитов, а также при утилизации отходов [2].

Рис. 1. Схема электрохимической обработки

В настоящее время происходит стремительное развитие научных исследований и технологических разработок в области «зеленой химии». Одним из важных направлений «зеленой химии» является замена традиционных растворителей. Перспективным представляется использование ионных жидкостей, так как эти соединения не горючи, термически устойчивы, обладают низким давлением паров и низкой токсичностью, а также могут быть использованы повторно. Ионная жидкость находят широкое применение в электрохимии, благодаря своим уникальным свойствам, таким как достаточно высокая ионная проводимость, широкое электрохимическое окно стабильности.

Исследовали анодную обработку никеля и нержавеющей стали в ионных жидкостях (ИЖ): 1-бутил-3-метилимидазолий бис(трифлюорометилсульфонил)имид (ВштКТ^), 1-бутил-3-метилимидазолий тетрафторборат (ВштВ^), 1-бутил-3-метилимидазолий хлорид (ВштС1). Электрополирование металлов исследовали в гальваностатическом и потенциостатическом режимах при постоянной температуре Т ~ 25 °С на воздухе, сила тока 4-8 мА, время полирования 10-15 мин. Используемый объем электролита - 3 мл. Электроды располагали вертикально, расстояние от рабочего электрода (анода) до вспомогательного электрода составляло 0,3-0,5 см. В качестве вспомогательного электрода использовали платиновую проволоку.

Стоит отметить, что после электрохимического полирования металлов в (ВштКТ^), поверхность приобретает зеркальный блеск. Сравнивая электронно-микроскопические снимки поверхности нержавеющей стали (рис. 2) до и после электрополирования, можно заметить, что мельчайшие выступы, шероховатости и гребешки на поверхности исходных образцов сгладились. На рис. 2, б хорошо видна ячеистая структура поверхности. Образовавшиеся ячейки имеют размер (~150 нм) меньший по сравнению с длинами волн видимого света, что придает поверхности наблюдаемый зеркальный блеск. Полирующий эффект более выражен в трифлатимидной ИЖ, по сравнению с хлоридной (рис. 2, в), в которой имеются полированные участки и участки с ямками травления.

н- ■«■ЯМ Н1№Н1 М Н Ш.1Н ЪяИЛМГ рЦ 1 м-ав* «мш виц» ™ ■Фгт1ь_ няъ^'в г*! «гам Щ И«'«*«'!' ЗцпИ'Ш гы, 11 ■.]*<) |М •--«"»а» ■М№-*>П ЧчЯмИ |РЩ

Рис. 2. Микроструктура поверхности стали до полирования (а) и после полирования (б, в) в ионных жидкостях ВштЫТ:2 (б) и Вш1шС1 (в)

Похожая ячеистая структура также образуется при полировании никеля в ВштКТ£2 (рис. 3). В среднем диаметр ячеек составил ~100 нм.

Рис. 3. Микроструктура поверхности никеля после полирования в ВтпКЩ

Как видно из рис. 2, б и 3, в настоящей работе периодически упорядоченная структура получена при полировании аустенитной нержавеющей стали и никеля в ВштКТ^ в достаточно мягких условиях при комнатной температуре. Вероятно, эта ИЖ обладает оптимальным для электрополирования значением вязкости. Лучшей полирующей способностью обладает ионная жидкость ВштКТ^ . После полировки металлических образцов в этом электролите поверхность становится блестящей и гладкой (плотность тока 4-8 мА/см2, время полирования 10-15 мин, температура 25 °С) [3].

Согласно полученным результатам, можно заключить, что ионные жидкости могут сами проявлять полирующие свойства. Это может сократить число стадий предобработки металла, исключив механическую полировку.

Библиографические ссылки

1. Байсупов И. А. Электрохимическая обработка металлов. М., 1993.

2. Ставышенко А. С. Технология электрохимического полирования поверхности деталей из коррозионностойких сталей // Технология машиностроения. 2009. № 8.

3. Джунгурува Г. Е. Электрохимическое модифицирование поверхности металлов с использованием фторсодержащих ионных жидкостей : диссертация. М., 2014.

© Кайль Л. А., 2016