CC BY
11
УДК 66.087.7
Строилов А.М., Гайдукова А.М.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ СПЛАВА АЛЮМИНИЯ Д16 ПОСЛЕ ХИМИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ
Строилов Андрей Михайлович, студент 1 курса магистратуры кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; andrestr.rui@mail.ru
Гайдукова Анастасия Михайловна - кандидат технических наук, доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125480, ул. Героев Панфиловцев, дом 20.
Работа посвящена исследованию получения блестящих покрытий на сплавах алюминия марки Д16 в результате химического и электрохимического полирования. Был проведен подбор составов электролитов и режимов полирования (температура, продолжительность обработки, плотность тока, напряжение, перемешивание раствора). Проведён сравнительный анализ блеска полученных образцов.
Ключевые слова: сплав алюминия Д16, химическое полирование, электрохимическое полирование, блестящее покрытие.
COMPARATIVE ANALYSIS OF REFLECTIVITY IN CHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL POLISHING OF ALUMINUM ALLOY D16
StroilovA.M.1, Gaydukova A.M.1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The work is devoted to the study of obtaining shiny coatings on aluminum alloys of the D16 brand as a result of chemical and electrochemical polishing. The selection of electrolyte compositions and polishing modes (temperature, processing time, current density, voltage, mixing of the solution) was carried out. A comparative analysis of the gloss of the obtained samples was carried out
Keywords: aluminum alloy D16, chemical polishing, electrochemical polishing, shiny coating.
Введение
Использование различных сплавов алюминия в современной промышленности находит широкое распространение из-за их высокой коррозионной стойкости, а также относительно низкой стоимости. Алюминий и его сплавы широко применяются как конструкционные материалы в различных отраслях промышленности. Благодаря быстрому образованию пассивной оксидной пленки, большинство сплавов алюминия приобретают высокую коррозионную устойчивость в атмосферных условиях. При этом для них характерны часто наиболее опасные виды коррозионного разрушения: питтинговая и межкристаллитная коррозия. Разрушение защитной пленки, которая образуется на поверхности алюминия, обусловлено увлажнением поверхности и концентрацией агрессивных примесей.
Существует несколько видов полирования алюминия, например, механическая, химическая, электрохимическая, а также электроплазменная полировки. Каждый метод используется в различных областях промышленных производств. Однако все виды полирования имеют свои недостатки, что в свою очередь приводит к определенному ряду проблем для получения качественных покрытий. Так, например, при механической полировке алюминиевых изделий используются абразивные ленты и круги, которые быстро изнашиваются. Также механическая полировка всегда связана, как правило, с ручным трудом, что в современных
производствах минимизируют для автоматизации процессов [1].
В последнее время становятся всё более популярны химическое и электрохимическое полирование. Так, при химическом полировании следует отметить меньшую трудоемкость, а также низкую энергоемкость и высокую
производительность процесса. Электрохимическая обработка металла для получения высоких показателей отражательной способности, в свою очередь, исключает энергозатратные и трудоемкие механические методы, а также не вызывает структурные изменения поверхностного слоя обрабатываемых металлических деталей или изделий [2].
Полирование поверхности металлов дает возможность для улучшения их механических свойств, позволяет снизить коэффициент трения контактирующих поверхностей, а также придает способность металлу к пластической деформации.
Сущность химического полирования
заключается в погружении, предварительно обезжиренной, протравленной и осветленной детали в емкость с химически активным раствором, где происходит растворение металла. В ходе данного химического процесса происходит взаимодействие подготовленного металлического изделия с раствором, результатом которого является образование тонкой оксидной пленки, а также сглаживание микронеровностей и появление блеска, увеличение которого связано с предотвращением
травления металла. Процесс химического полирования алюминиевых сплавов проводят как в кислых, так и в щелочных растворах.
Электрохимическое полирование проводят практически в тех же растворах, в которых проводят химическое, однако при электрохимическом есть возможность контролировать процесс полностью. Его сущность заключается в том, что к обрабатываемой детали применяют анодную обработку. Изделие погружают в электролит определенного состава, который может быть как кислотным, так и щелочным, подключают его к аноду источнику тока, затем в электролит помещают катоды и проводят процесс. Основными факторами, которые влияют на данный процесс являются плотность тока и напряжение, а также время обработки [3, 7].
В настоящее время химический и электрохимический способы полирования наиболее распространены для обработки различных деталей и изделий из сплавов алюминия и чаще всего используются перед непосредственно
анодированием и нанесением лакокрасочных покрытий, для увеличения защитных свойств против коррозионного разрушения, а также для получения красивого декоративного вида изделия.
Так как процесс полировки очень чувствителен к разным примесям сплава, то для конкретной марки требуется проводить поиск новых электролитов и параметров электролиза.
Цель данной работы - подбор составов электролитов и режимов химической и электрохимической полировки сплава алюминия Д16 для получения блестящего покрытия.
Экспериментальная часть
Исследования проводились на образцах алюминия марки Д16. Д16 (А1 - 90,9 - 94,7%, Си -3,8 - 4,9%, М§ - 1,2 - 1,8%, Мп - 0,3 - 0,9%, - до 0,5%, Бе - до 0,5%, Zn - до 0,25%, Сг - до 0,1%) - это промышленный деформируемый термически устойчивый алюминиевый сплав. Д16 применяется для изготовления труб, листов, плит, прутков и сложного проката которые широко применяются в машиностроении, судостроении, авиастроении, а также строительстве [4-5].
В исследованиях была задействована трехэлектродная ячейка, в которой анод располагали между двумя катодами. Материал катодов - никель. Размер образцов 20х30 мм.
Предварительную обработку сплава алюминия проводили по известной технологии [6]: обезжиривание, травление. Для химического полирования использовали электролит следующего состава (%масс): 65 ортофосфорная кислота (Н3РО4), 25 азотная кислота (НЫОз), 10 уксусная кислота (СНзСООН). Температура электролита при химическом полировании составляла 90 - 950С и поддерживалась постоянной в ячейке при помощи термостата. Электрохимическое полирование проводили в электролите состава (% об.): 20 хлорная
кислота (HCIO4), 80 этиловый спирт (С2Н5ОН). Температура электролита электрохимического полирования не превышала 100С. Контроль процесса осуществляли по напряжению 10,5 В.
После завершения полирования образцы промывали под холодной проточной водой, а затем в течение 1 минуты выдерживали в горячей дистиллированной воде.
Анализ качества полировки осуществляли определением шероховатости поверхности, а также величиной отражательной способности на приборах: Mitutoyo SJ-310 и Elcometer J480T-268 (угол блеска 600 - универсальный угол, наиболее используемый для зарубежных покрытий и пластиков по ISO 2813) соответственно.
Полученные экспериментальные данные представлены на рисунках 1, 2.
Рис. 1 Изменение параметра шероховатости Яа (1) и единицы блеска Ои (600) (2) во времени химической обработки сплава алюминия Д16
2.5 3
' т. мин
Рис. 2 Изменение параметра шероховатости Яа (1)
и единицы блеска Ои (600) (2) во времени электрохимической обработки сплава алюминия Д16
Из полученных данных видно, что параметр шероховатости образца Ra зависит от продолжительности обработки и с течением времени его значение падает. Видно, что минимальному значению Ra соответствует максимальное значение единицы блеска. Установлено, что наиболее блестящее и менее шероховатое покрытие получается в результате электрохимической обработки образца. При этом съем металла несколько ниже, чем после агрессивной химической полировки (табл. 1).
Таблица 1. Изменение массы образца от времени обработки
Измеряемый Продолжительность
параметр химического полирования, с
20 30 35 40
Хим. обработка Аш, г 0,051 0,074 0,081 0,11
Продолжительность
химического полирования, мин
1,5 2,5 3 3,5
Электрохим. обработка Аш, г 0,049 0,051 0,067 0,075
Заключение
Таким образом, в ходе проведённых экспериментальных исследований было установлено, что время процесса как химического, так и электрохимического полирования подготовленных образцов сплава алюминия Д16 в значительной мере влияет на шероховатость поверхности и на их отражательную способность. Было определено оптимальное значение продолжительности процесса, при котором удается получить наиболее блестящее покрытие. Исходя из полученных результатов, видно, что электрохимическая полировка позволяет достичь более высоких показателей, чем химическая полировка.
Список литературы
1. Мовсисян Б. В., Багдасарян А. С. Влияние параметров электролиза в кислотной среде на
процессе электрохимического полирования алюминия // Актуальные научные исследования в современном мире. - 2021. - № 5-1(73). - С. 175-182.
2. Лелетич В. С. Химическое и электрохимическое полирование // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 01-20 мая 2019 года. - Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2019.
- С. 1483-1487.
3. Игисенов Б. К., Касутин В. Е., Выблов К .В., Сравнительный анализ методов полирования корпусных деталей из алюминиевых сплавов // Наука и образование: проблемы и стратегии развития. -2017. - Т. 2. - № 1(3). - С. 81-87.
4. Халикова Г.Р., Трифонов В.Г. Структура и механические свойства жидкоштампованного алюминиевого сплава Д16 // Письма о материалах. -2011. - Т. 1. - № 3. - С. 138-142.
5. Кисель А.Г, Ю. В. Титов Ю.В., Д. С. Реченко Д.С., Гребень В.Г. Влияние смазочно-охлаждающих жидкостей на силы резания при токарной обработке алюминиевого сплава Д16 // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность. - 2013.
- № 1. - С. 046-048.
6. Прикладная электрохимия. Под. ред. А. П. Томилова. Химия. Москва, 1984
7. Масловский В.В., Дудко П.Д. Полирование металлов и сплавов: учеб. пособие для подготовки рабочих на производстве. М.: Высшая школа, 1974. -255 с.
