Электрохимическая обработка металлов

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ, группа методов, предназначенных для придания обрабатываемой металлич. детали определенной формы, заданных размеров или св-в поверхностного слоя. Осуществляется в электролизерах (электролитич. ваннах, электрохим. ячейках спец. станков, установок), где обрабатываемая деталь является либо анодом (анодная обработка), либо катодом (катодная обработка), либо тем и другим попеременно. Осн. вид катодной Э. о. м.- гальваностегия (см. Гальванотехника). Анодными методами Э. о. м. являются разл. виды электрохим. травления, полирование, формообразование, размерная обработка, оксидирование и др. Во всех анодных процессах происходит либо растворение металла (локализованное в определенных местах или равномерное по всей пов-сти), либо превращение поверхностного слоя металла в оксидный или др. слой (см. Анодное растворение).
Электрохим. травление (ЭХТ). Термин объединяет неск. технологий, основанных на анодном растворении металла. ЭХТ применяют для очистки пов-сти всевозможных деталей, проволоки, лент, труб от разнообразных загрязнений (оксидных, жировых и др.) в качестве предварит. обработки перед нанесением покрытий, прокаткой и др. ЭХТ для очистки от загрязнений производят в р-рах к-т, обычно содержащих разл. добавки (напр., ингибитор коррозии), в щелочных р-рах или расплавах при постоянном или переменном токе. ЭХТ подвергают практически любые металлы и сплавы. ЭХТ используют для осуществления т. наз. электрохим. фрезерования с целью получения заданного "рисунка" на пов-сти детали локальным анодным растворением металла. Места, к-рые не должны подвергаться растворению, покрывают слоем фоторезисторного материала или спец. трафаретом. Т. обр. можно производить обработку деталей типа печатных плат, перфорирование, а также травление в декоративных целях. Анодным травлением удаляют заусенцы и скругляют острые кромки.
Важная область использования ЭХТ - развитие пов-сти (увеличение уд. площади пов-сти). Наиб. широкое пром. применение имеет травление алюминиевой фольги в хлоридных р-рах для электролитич. конденсаторов; этот процесс позволяет повысить уд. пов-сть в сотни раз и увеличить уд. емкость конденсаторов, уменьшить их размеры. Развитие пов-сти методом ЭХТ применяют для улучшения адгезии металла к стеклу или керамике в электронной технике, копировального слоя к печатным формам в полиграфии, усиления сцепления покрытия с металлом при эмалировании металлич. изделий и др. Анодным травлением снимают дефектные гальванич. покрытия с деталей с тем, чтобы возвратить их в произ-во, а также при регенерации металлич. пластин офсетных биметаллич. печатных форм.
ЭХТ применяют в практич. металловедении; широко известно анодное травление металлографич. шлифов для выявления микроструктуры сплавов. При этом травление проводят в таких условиях, когда достаточно резко проявляется различие скоростей растворения разных по хим. и фазовому составу компонентов сплава. В результате избирательного ЭХТ м. б. выявлены границы фаз, сегрегация фосфора в стали, дендритная структура титановых сплавов, сетка трещин в хромовом гальванопокрытии, оценена склонность нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии.
Электрохим. полирование (ЭХП) заключается в преимущественном анодном растворении выступов на шероховатой пов-сти и приводит к достижению низкой шероховатости (электрохим. сглаживание) или зеркального блеска пов-сти (глянцевание). Глянцевание улучшает декоративные св-ва изделия, придает пов-сти высокую отражат. способность. ЭХП и сглаживание пов-сти применяют для повышения эксплуатац. надежности, долговечности и др. эксплуатац. св-в деталей. положит. влияние ЭХП на изделие объясняется неск. причинами: 1) удаление дефектного (деформированного, имеющего трещины, повышенное содержание вредных элементов) поверхностного слоя, образовавшегося при мех., термич., электрич. обработке изделия; 2) уменьшение шероховатости пов-сти и сглаживание профиля пов-сти; 3) образование тонкой поверхностной оксидной пленки, предохраняющей металл от коррозионного воздействия среды.
Анодное растворение в режимах ЭХП тонкого поверхностного слоя металла, загрязненного радиоактивными в-вами,-один из осн. методов радиохим. дезактивации оборудования. При ЭХП обычно удаляется слой металла от 2,5 до 80 мкм. Конечная шероховатость пов-сти определяется исходной шероховатостью, продолжительностью ЭХП, условиями проведения процесса (т-ра, плотность тока), составом электролита (р-ры щелочей, солей, но чаще всего смеси к-т). Получению высокого качества ЭХП мешают большие размеры кристаллитных зерен, неравномерная структура, наличие неметаллич. включений (напр., карбидов), глубокие следы прокатки, ока-линные загрязнения, слишком высокая начальная шероховатость пов-сти.
Анодное формообразование (ЭХФ) используют для изготовления деталей с заданными формой, размерами и качеством пов-сти. При ЭХФ деталь получают в условиях, когда форма катода-инструмента копируется на аноде-заготовке. Процесс проводится в потоке электролита (обычно р-ры солей, напр. NaNO₃) при плотностях тока в десятки А/см², межэлектродном расстоянии порядка 0,1 мм. По мере растворения анода-заготовки катод с помощью спец. механизма продвигается в направлении растворения. В отличие от традиционной мех. обработки, ЭХФ характеризуется отсутствием мех. контакта между инструментом и деталью, низкими т-рой и давлением в рабочей зоне, отсутствием износа инструмента и заусенцев на обработанной детали. ЭХФ пригодно для обработки легкодеформируемых деталей, хрупких и твердых материалов, обработки в труднодоступных местах.
Электрохим. растворением с помощью вращающегося дискового электрода или др. катода-инструмента производят разрезание заготовок из разл. металлов и сплавов, тонкостенных труб, металлич. монокристаллов, полупроводниковых материалов.
Разновидность Э. о. м.- электролитный нагрев с целью термич. или хим.-термич. обработки деталей (нагрев с последующей закалкой в электролите, науглероживание, азотирование поверхностного слоя). Этот вид обработки проводится в таком режиме, когда растворение металла крайне мало, а сильный нагрев происходит при прохождении тока через парогазовый приэлектродный слой, к-рый возникает из-за вскипания электролита около электрода при высоких значениях плотности тока и напряжения.
Электрохим. оксидирование имеет две осн. разновидности: получение барьерных тонких (толщиной до мкм) и пористых толстых (до неск. сотен мкм) анодных оксидных пленок. Барьерные пленки получают в р-рах электролитов типа Н₃ВО₃, не растворяющих оксиды, обычно в два этапа. На первом этапе - в гальваностатич. условиях; при этом напряжение увеличивается во времени, а толщина оксидной пленки пропорциональна прошедшему кол-ву электричества. После достижения заданного напряжения режим изменяют на вольтостатический: ток снижается во времени, диэлектрич. св-ва оксидной пленки повышаются. Одна из наиб. важных областей применения барьерных оксидных пленок - получение диэлектрич. слоя электролитич. конденсаторов.
Пористые анодные оксидные пленки выращивают в агрессивных по отношению к оксиду электролитах, напр. в 15%-ной H₂SO₄, при постоянном напряжении. Такие пленки состоят из двух слоев: тонкого барьерного и значительно более толстого пористого. Они широко применяются в качестве декоративно-защитных покрытий. Для улучшения защитных св-в после оксидирования пористые пленки подвергают операции "наполнения" ("уплотнения"), чаще всего обработкой в горячей воде. Для повышения декоративных св-в пористые пленки на алюминии окрашивают в разные цвета, подвергая обработке р-рами красителей или дополнит. элек-трохим. обработке переменным током в электролитах, содержащих соли Сu, Ni, Sn (см. Крашение оксидированного алюминия).
Новое направление Э. о. м.- микродуговое оксидирование, т.е. формирование анодной оксидной пленки в условиях протекания электрич. микроразрядов на аноде, что расширяет возможность получения оксидных покрытий с различными полезными св-вами.
Э. о. м. применяют для маркирования изделий. Нужные знаки на металлич. пов-сти получают локальным изменением цвета в результате очень неглубокого травления (или оксидирования) либо в результате рельефного травления. Получили развитие комбинир. методы обработки, в к-рых электрохим. воздействие на металл совмещено с к.-л. другим (напр., мех., эрозионным, лазерным).

Лит.: Ямпольский A.M., Травление металлов, М., 1980; Анодные оксидные покрытия на металлах и анодная зашита, 2 изд., К., 1985; Штанько В.М., Животовский Э.А., Электрохимическая обработка металлопродукции, М., 1986; Грилихес С. Я., Электрохимическое и химическое полирование, Л., 1987; Дураджи В.Н., Парсаданян А. С., Нагрев металлов в электролитной плазме, Киш., 1988; Давыдов А.Д., Козак Е., Высокоскоростное электрохимическое формообразование, М., 1990.

А. Д. Давыдов.