Электрохимическая полировка: описание, применение, материалы

4 Электрохимическая полировка – что изменит присутствие тока?

При электрохимической полировке нержавеющей стали изделие тоже погружается в раствор, но только в этом случае через него пропускают электрический ток. На металле есть тонкая оксидная пленка, ее толщина неодинакова на всей поверхности из-за наличия микровпадин и микровыступов. В углублениях она более толстая. Кислотный раствор интенсивней реагирует в местах, где этот защитный слой утончается. Из-за такой разности скорости реакции поверхность получается идеально гладкой и значительно лучшего качества, чем после механической обработки. Покрытия имеют мелкозернистую структуру и лишены пор, благодаря чему значительно снижается коэффициент трения.

К достоинствам этого метода относится высокое качество поверхности, отличная производительность. Электрохимическое полирование не требует физических усилий как при механической обработке, к тому же можно исключить этап обезжиривания. Поверхность полируется очень быстро. Плюс ко всему гальванические покрытия обладают превосходной прочностью сцепления с поверхностями, отполированными механическим методом.

Процесс электрохимической полировки

А вот в недостатки можно записать зависимость от электроэнергии и ее расход. Кроме того, изделие необходимо предварительно отшлифовать механическим способом. Электрохимическая полировка чувствительна к качеству состава, температуре электролита, времени выдержки и плотности пропускаемого тока

Как и в химическом методе, работать придется с вредными для организма составами, поэтому обязательно уделяем должное внимание технике безопасности. Для электрохимического полирования нержавеющих сталей преимущественно используются электролиты на основе серной, хромовой и фосфорных кислот

Состав № 1

Берется 730 г/л фосфорной и не более 700 г/л серной кислоты. Добавляется триэтаноламин 4–6 г/л и совсем немного катапина (0,5–1,0). Раствор нагревают до температуры не менее 60 °C и не более 80 °C. Через изделие проводится ток плотностью от 20 до 50 А/дм2. Делать электрохимическое полирование нужно около пяти минут.

Состав для полирования

Состав № 2

Детали из хромоникельмолибденовой или хромоникелевой нержавеющей стали помещают в состав из ортофосфорной и серной кислот, взятых в соотношении 65 % и 15 % соответственно. Еще добавляется 12 % глицерина, 5 % хромового ангидрида и очищенная вода (оставшиеся 3 %). Процесс протекает при температуре от 45 до 70 °C и плотности тока около 7 А/дм2. Время выдержки зависит от ряда факторов. Сварные изделия достаточно полировать всего 10–12 минут, а после пескоструйной обработки нужно выдержать в растворе около получаса.

2 Механические методы – классика, доступная каждому

Это наиболее простой способ добиться зеркально гладкой поверхности. Заключается он в следующем. Высокая скорость вращения полировального материала и возникающее при этом трение приводит к повышению температуры, в результате тончайший поверхностный слой оплавляется и становится идеально гладким.

Механическое полирование материала

Существует два вида полировки – черновая и чистовая. Первая делается более крупнозернистыми материалами и необходима для устранения шероховатости поверхности. В качестве рабочего инструмента выступают специальные пасты или ленты, на которые нанесены абразивные частички. Чистовое полирование – финишный этап. В этом случае нашли свое применение специальные порошки, тонкие полировальные пасты, в состав которых дополнительно входят и поверхностно-активные вещества. Они наносятся только на мягкие круги из эластичного материала, которыми и натирают обрабатываемое изделие.

Делать полирование можно и вручную, но это займет очень много времени. Поэтому придется обзавестись специальной шлифовальной машинкой. Начинается обработка наиболее крупнозернистым материалом, а затем каждый последующий раз необходимо уменьшать размер абразива вдвое. При этом лучше не устанавливать скорость больше 4500 об/мин. Финишное полирование начинают с участков, где заметны мелкие риски.

Специальная шлифовальная машинка

Однако если речь идет о мелких элементах незамысловатой формы, тогда возможно избежать электрополировки нержавеющей стали и использовать ручной метод. В этом случае специальная паста наносится на кусочек войлока либо иной мягкой ткани, и поверхность натирается круговыми движениями. Также ручного способа не избежать при обработке труднодоступных мест, куда шлифовальная машинка не сможет достать.

Описание метода

В основе процедуры электрохимического полирования лежит анодное растворение поверхности обрабатываемой заготовки. Во время этого процесса происходит быстрое растворение выступов на поверхности с шероховатым рельефом. Во впадинах детали происходит растворение в замедленном режиме. Шероховатая сторона становится гладкой из-за несбалансированной скорости растворения, что приводит к появлению дополнительного блеска.

Процесс электрохимической полировки детали происходит в несколько этапов:

Изготовление электролитических ванн, предназначенных для полирования поверхности изделия. В их состав входят универсальные электролиты: ортофосфорная кислота, серная кислота, хромовый ангидрид и вода. При полировке изделий, произведенных из нержавеющей стали, дополнительно используется глицерин. Создание ванн происходит при температуре до 90° C, анодной плотности тока до 80 а/дм2 и напряжении до 8 В. Электролитические ванны, нагретые до высоких температур, представляют опасность для здоровья человека. При попадании растворов на кожные покровы высок риск образования химических ожогов.
Подготовка заготовки к обработке. Изделия не должны иметь на своей поверхности глубокие рисунки и крупные царапины, не подлежащие электрохимической полировке

Важно, чтобы деталь была произведена из мягких металлов. Данный параметр оказывает влияние на степень эффективно полирования

Чем тверже металл, тем труднее достичь однородной поверхности при сглаживании шероховатых сторон заготовки.
Взаимодействие детали с растворами электролитов. В этом случае металлическая заготовка выступает в качестве анода – электрода с положительным зарядом, а электролитическая ванна – в роли катода. Время выдержки изделия в растворе зависит от типа материала. Заготовки из алюминия выдерживаются в течение 2 – 3 мин, литые детали из нержавеющей стали – до 30 мин. В результате реакции осуществляется постепенное сглаживание шероховатостей из-за появления гидроксидной или оксидной пленки. Полирование происходит за счет обмена частиц между анодом и электролитом. После завершения электрохимической полировки поверхность заготовки становится однородной и приобретает зеркальный блеск.

Теоретически механизм электрохимической полировки объясняется гипотезой вязкой пленки. В соответствии с гипотезой, полирование детали осуществляется после образования поверхности анода в результате растворения частиц вязкой пленки, в состав которой входят продукты анодного растворения. Пленочная поверхность обладает высокими показателями сопротивления, толщина которой различается на впадинах и выступах заготовки. Из-за разницы величины сопротивления вязкой пленки и способности тока собираться на остриях, на разных участках изделия изменяется скорость растворения шероховатостей. В результате шероховатая сторона полностью сглаживается и приобретает однородную поверхность.

Электрохимическую полировку деталей возможно проводить в домашних условиях. Для этого необходимо приобрести оборудование с валом электромотора и кругами для шлифования или создать электролитическую ванну и изготовить химический раствор из соответствующих веществ.

После завершения этого процесса заготовка помещается в щелочной раствор и подсоединяется к заряженному электроду. Процедура электрохимической полировки включает в себя макрополирование: растворение выступающих вершин большого размера, и микрополирование: сглаживание маленьких поверхностей изделия.

Процесс полировки может быть ускорен при следующих условиях:

толщина обрабатываемой пленки одинакова на всей поверхности детали;
перемешивание и повышение температуры электролитов;
наличие комплексных солей или солей слабодиссоциирующих кислот в составе электролитов;
увеличение значений напряжения и силы тока.

Эти факторы уменьшают величину поверхностного слоя заготовки, что позволяет производить процедуру полировки за меньший промежуток времени.

Электрохимическая полировка металлов: описание процесса, область применения

Металлическому изделию можно придать блеск различными способами. Для этого не обязательно использовать специальные покрытия, можно воспользоваться методом полировки.

Она может быть механической, например, с помощью наждачных кругов, химической — когда металл погружают в специальный раствор, а также электрохимической. В этом случае сочетается воздействие химических компонентов и электроразрядов, которые запускают определенные реакции или усиливают их.

Электрохимическая полировка металлов может быть выполнена и в обычных домашних условиях, если собрать все необходимое оборудование.

Описание процесса

Во время электрохимического полирования обрабатываемая поверхность металла приобретает зеркальный блеск. Также уменьшаются имеющиеся шероховатости. Процесс происходит следующим образом:

Деталь считается анодом, то есть, электродом, несущим положительный заряд. Ее необходимо поместить в ванну со специальным составом.
Еще один важный компонент — катоды, которые необходимы для осуществления реакции.
В результате воздействия протекает реакция, и происходит растворение. Оно неравномерно, сначала удаляются самые заметные шероховатости, которые выступают над поверхностью больше всего. Одновременно происходит полировка — изделие приобретает зеркальный блеск.

Удаление заметных больших неровностей называется макрополированием, а сглаживание мелких дефектов — это микрополирование. Если эти процессы во время проведения обработки протекают одновременно и равномерно, то изделие приобретает блеск и гладкость. Возможно и такое, что блеск будет получен без сглаживания или наоборот. Два вида полирования не обязательно связаны.

Химическая полировка металла приводит к тому, что на поверхности обрабатываемой детали во время процесса образуется особая пленка. По составу она может быть оксидной или гидроксидной. Если она равномерно охватывает всю поверхность, это создает условия для микрополирования. При этом внешняя часть покрытия, располагающаяся на поверхности, непрерывно растворяется.

Чтобы получить возможность провести микрополирование, необходимо обеспечить поддержание равновесия между непрерывным образованием покрытия и растворением, во время работы с деталью толщина слоя должна оставаться неизменной.

Это позволит электронам обрабатываемого металла и применяемого состава в процессе взаимодействовать без опасности растворения металлического изделия в агрессивной среде.

Макрополирование тоже напрямую зависит от образующейся пленки. Она покрывает изделие неравномерно, на выступающих неровностях этот слой более тонкий, поэтому они быстрее растворяются, за счет воздействия тока.

СОВЕТ: эффективность общего воздействия полирующего состава можно повысить, если использовать для обработки электролиты, содержащие в своем составе соли слабо диссоциирующих кислот, которые увеличивают общее сопротивление покрытия.

Кроме этого играет роль механическое воздействие, заключающееся в перемешивании. Может уменьшаться толщина пленки или диффузный слой. Некоторые используемые электролиты выполняют свою функцию только при нагреве, также общее правило, которое действует для всех составов — при нагревании снижается нейтрализация, а скорость растворения пленки повышается.

Именно поэтому важно точно соблюдать все необходимые параметры, чтобы добиться качественной полировки

Оборудование и химикаты

Для работы с различными металлами необходимо подобрать соответствующие электролиты, которые помогут добиться нужного результата:

Чаще всего применяются составы на основе кислоты различного вида — серной, фосфорной или хромовой.
Глицерин может быть добавлен для увеличения общей вязкости, если это потребуется.
Сульфоуреид выступает в роли ингибитора травления.
Для очистки различных изделий после проведения процедуры могут применяться различные растворители или щелочные средства. Нередко используются составы с поверхностно-активными действующими веществами.

Пропорции создания хим состава

Полировка проводится в специальных ваннах

Важно помнить, что их составляющие относятся к токсичным веществам и опасны для здоровья, особенно если используется нагрев, поэтому обращаться со всеми компонентами необходимо с максимальной осторожностью, соблюдая положенную технику безопасности

Оборудование Электроплазменной полировки.

В комплект оборудования электроплазменной полировки входит:

стальная ванна со специальным защитным кожухом и подъемным механизмом; этот слой защищает от паров, а механизм обеспечивает удобное и безопасное погружение металлоизделий;
к ванне подключается трансформатор с определенным диапазоном мощности (диапазон подбирается в соответствии с производительностью установки, общей площадью полируемых поверхностей);

дополнительно устанавливается стойка с элементом управления и датчиками контроля.

Установка допускает, как механическое, так и автоматическое управление. Обязательно комплектуется защитным реле, которое отключает оборудование в случае перегрева. Электроплазменная полировка нержавейки считается наиболее эффективной и безопасной.

Сама установка подключается к промышленной электросети с напряжением 380 В и стандартной частотой 50 Гц. Трансформатор имеет мощностью 400 кВт, что соответствует размеру погружаемых металлоконструкций. Ванна подключается к трубопроводу с проточной водой и системе подачи сжатого воздуха. Обязательно комплектуется вытяжкой. Вся установка по площади занимает место 10 м2.

Под ЭПП не требуется специально заливать фундамент.
Само устройство имеет простую систему управления.

Применяемое оборудование и материалы

В качестве оборудования для электрополировки применяются ванны. Технология схожа с хромированием деталей.

Конструкция ванны для электрополирования

Наружный корпус.
Внутренний корпус.
Внутренняя часть ванны облицовывается термостойким материалом, способным противостоять химической среде. Применяется эмаль марки ЛК-1, фарфор, жаростойкое стекло, керамика.
Электронагреватели.
Между корпусами располагается водяная рубашка. Она необходима для регулировки температуры. На первой стадии подготовки электролита он нагревается до 120 °C. Рабочая же температура составляет 70–80 °C.
Подключаются трансформаторы с выпрямителями. С их помощью идет регулирование подачи электрического тока.

Ведется подбор электролита, который должен отвечать следующим характеристикам:

безопасностью в процессе применения;
хорошей способностью для качественного сглаживания поверхности металла;
длительностью работы;
возможностью полировки разных металлов.

Исследования показали, что оптимальным составом является смесь фосфорной кислоты, серной и хромового ангидрида. Использование такого электролита позволяет вести полировку сталей как инструментальных, так и легированных. Обработке поддаются медь, алюминий, а также нержавейка.

Преимущества и недостатки

Разные виды полировки имеют свои особенности, у электрохимической также есть плюсы и минусы:

Этот способ благоприятно влияет на все свойства стали, увеличивая устойчивость к воздействию коррозии, а также облегчая проведение вытяжки и штамповки. Именно поэтому полировку такого типа часто используются как в лабораторных исследованиях, так и непосредственно для проведения различных работ в промышленности.
Электрохимическая полировка является более дешевым и быстрым способом обработки металлических изделий. Если механический метод занял бы несколько часов, то с воздействием химикатов и электричества можно закончить дело за несколько минут, получив качественный результат.
Полировка с электрохимическим воздействием незаменима при работе со сложными деталями, которые имеют различные полости и отверстия.

Химическая полировка металлов кроме преимуществ, имеет некоторые недостатки. Практически каждый существующий металл требует для проведения работы с ним специального состава, поэтому для разных изделий необходимо делать индивидуальные растворы

Также важно правильно подобрать соотношение компонентов, температуру нагрева, плотность тока — от этого напрямую зависит качество полученного результата. Перед проведением такой обработки может потребоваться предварительное механическое шлифование. Кроме того, процедура требует повышенного расхода электроэнергии

Однако при определенных условиях достоинства метода вполне перевешивают его недостатки, позволяя проводить полировку

Кроме того, процедура требует повышенного расхода электроэнергии. Однако при определенных условиях достоинства метода вполне перевешивают его недостатки, позволяя проводить полировку.

Травление нержавеющей стали в домашних условиях

Наличие на поверхности изделий из нержавеющей стали окалины, оксидов, сварочных швов и других дефектов ухудшает их эксплуатационные свойства, портит внешний вид предметов. При наличии такого рода дефектов требуется дополнительная обработка. Самый популярный вид обработки – травление нержавейки в домашних условиях.

Способы обработки нержавейки

Для обработки нержавеющей стали разработан ряд методов, позволяющих придать изделиям требуемые параметры и эстетичный внешний вид. В домашних условиях можно применять следующие способы:

травление нержавеющей стали;
покраска;
сатинирование (шлифовка и полировка);
воронение;
хромирование.

Процедура травления нержавеющей стали

Основной способ очистить поверхность нержавеющей стали – травление (химическое и электрохимическое). Этот метод используется после термообработки изделия, холодной и горячей пластической деформации, а также для удаления следов сварки. Помимо очистки поверхности, травление нержавеющей стали восстанавливает пассивный слой, предохраняющий нержавеющий сплав от разрушительного воздействия высоких температур.

Травление изделия из нержавейки с помощью кислоты

В основе метода лежит химическое взаимодействие поверхности металла с кислотами разной степени концентрации, в основном серной или соляной, расплавленных щелочных составов. Использование кислот предполагает двухступенчатый процесс: сначала обработка сернокислым раствором, затем – помещение в азотнокислую среду. При использовании щелочного метода используется раствор каустической соды.

При обработке нержавеющей стали необходим тщательный контроль над соблюдением технологических условий. Агрессивная среда, в которую помещают металл, должна воздействовать только на его поверхность, разрушая дефекты, не изменяя структуру самого предмета. Для предотвращения перетравливания применяются специальные присадки.

Электрохимическое (гальваническое) травление

Для его проведения необходимо выполнить ряд процедур.

Приготовление раствора. Подготовить водный раствор кислоты, выбранный для травления. Необходимо тщательно рассчитать его процентное содержание.

Схема изготовления зондов с помощью электрохимического травления

Подготовка поверхности. Необходимо выполнить обезжиривание любым методом, чтобы защитный лак качественно закрепился на нержавейке. После обработки касаться заготовки не рекомендуется, чтобы не вызвать отслоение лака и, как следствие, неоднородную обработку поверхности.

Подготовка к электрохимической полировке

Некоторые детали можно электрополировать без механической подготовки.

Например, некоторые виды фрезерной обработки дают отличные результаты электрополировки без предварительной механической обработки. Холоднокатаный 2B универсальный материал получается ярким, гладким и чистым, хотя любые царапины, полученные при обработке и изготовлении, требуют предварительной механической обработки, чтобы получить однородную электрополированную поверхность. Финишная обработка 2B, на самом деле, предпочтительнее обработки, которая производится с помощью относительно грубых абразивов с зернистостью от 50 до 150, которые оставляют видимые царапины.

Горячекатаный, обработанный кислотой материал после электрополировки становится блестящим и белым, однако проявляются многие углубления и неровности, которые возникают в результате процесса горячей прокатки и удаления окалины. Получение зеркального блеска на этом материале требует многократных проходов с абразивами с постепенно снижающейся зернистостью перед электрополировкой.

Пескоструйная, дробеструйная, стеклоструйная, дробеметная обработка обычно приводят к получению слишком грубых поверхностей, чтобы их можно было полностью сгладить с помощью электрополировки. SEM-исследование после электрохимполировки поверхностей данными видами обработки показывает, что поверхность очищена и сглажена, но так и не стала идеально гладкой:

Аналогичным образом на поверхностях, полированных грубыми абразивными материалами, никогда не удаляются все царапины. По большей части, электрополировка полностью сглаживает абразивные царапины от зернистости 220 и более, но царапины от более грубых материалов, чем 220 зернистости, остаются видимыми

Обратите внимание, что подготовка с абразивами менее 320 зернистости не всегда приводит к получению более качественного покрытия после электрополировки

Электрополировка может быть отличным инструментом для удаления заусенцев.

В некоторых случаях это единственный экономически оправданный метод. Например, заусенец в очень маленьком просверленном, пробитом или резьбовом отверстии. Электрополировка может удалить такой заусенец, и, поскольку процесс обеспечивает преимущественное удаление выступов, он делает это без изменения размеров детали.

Некоторые заусенцы требуют механического удаления. Пробитое отверстие может иметь заусенец перпендикулярно поверхности, слишком большой, чтобы его можно было удалить путем электрополировки. Механическая операция, такая как абразивная шлифовка, может использоваться для удаления большей части заусенцев, оставляя небольшие, острые заусенцы в отверстии. Оставшиеся заусенцы можно затем удалить электрополировкой. Заусенцы, наиболее подверженные удалению методом электрополировки, представляют собой мелкие, острые и их трудно или невозможно удалить механически.

Электрополировка также является ценным инструментом для получения точных радиусов.

Например, когда встречаются две шлифованные поверхности, она может удалить любой мелкий заусенец и оставить небольшой, но определенный радиус. Электрополировка может считаться методом точной обработки, особенно подходящим, когда необходимо удалить очень тонкий слой металла для достижения точного размера с тонкой обработкой поверхности.

Сварка перед электрополировкой может быть особой проблемой, которая связана с процессом сварки и навыками сварщика. С одной стороны, сварной шов может иметь пустоты и включения, которые при удалении поверхностного слоя будут видны. С другой стороны, сварные швы высшего качества могут быть хорошо электрополированы без предварительной обработки. Пассивация перед электрополировкой может быть необходима для достижения наилучших результатов.

Кроме того, фазовые изменения, сегрегация сплавов и выделение карбидов могут стать более заметными после электрополировки, особенно когда эти изменения вызваны сваркой и находятся в ограниченных областях. В некоторых случаях эти проблемы могут быть сведены к минимуму таким же образом, путем пассивации перед электрополировкой.

Электрохимическая полировка – оборудование и технологии

Для заказа услуг по электрополировке Вы можете заполнить нижеследующую форму либо обратиться к нашей статье в разделе «Услуги»: Услуга электрополировки.

Процесс дополняет финишную механическую обработку

Использование электрополировки сталей практикуется в коммерческих целях с 1930-х годов, в основном, касалось придания внешней привлекательности потребительским товарам, таким как посуда и авторучки, фурнитура и др. В последние же годы акцент сместился на обработку инженерного оборудования, особенно в пищевой, медицинской, фармацевтической и полупроводниковой промышленности. Электрохимическое растворение металлической поверхности используется для улучшения гладкости, отражающей способности, чистоты и пассивности стальных изделий

или некоторой комбинации этих характеристик поверхности. При применении к компонентам трубопроводных систем электролитическая полировка помогает достигать и поддерживать необходимые показатели коэффициента шероховатости поверхности.

В то время как обычные процессы механической обработки представляют собой процессы удаления макрометалла, электрополировка – это микропроцесс. Таким образом, она не является конкурентом таких процессов, как шлифование, бластинг, пескоструйная обработка и механическая полировка, а скорее является дополнением.

Почти все металлы и сплавы могут быть электрополированы, но на практике нержавеющая сталь составляет наибольшую часть коммерческого электрополирования. Собственная прочность и коррозионная стойкость нержавеющей стали делают ее предпочтительным материалом для технологического оборудования и многих потребительских товаров.

Пропорции создания хим состава

Полировка проводится в специальных ваннах

Изделия из цветных или черных металлов можно обрабатывать при помощи универсального состава, который окажет необходимое воздействие. Для этого следует добавить все компоненты, соблюдая пропорции. Ортофосфорная кислота составляет основу — 65%. Серной кислоты должно быть 15% и 14% обычной воды. Хромовый ангидрид занимает 6%.

Нержавеющую сталь можно полировать схожим составом, только воды в нем должно быть 13%, а еще следует добавить глицерин в соотношении 12%. Детали могут находиться в ванне до получаса, хотя штампованным изделиям требуется меньше времени для обработки.

Полировка алюминия своими руками: способы, средства, приспособления

Алюминий является довольно мягким металлом. Любое изделие из него со временем теряет свой первоначальный вид, на поверхности появляются потертости, окислы, изделие тускнеет. Если вы хотите придать старой вещи новый вид, то следует отполировать алюминий. Для этого можно использовать один из следующих способов:

электрополирование;
химическое полирование;
декоративное травление.

Дополнительные рекомендации по работам

Полировка алюминия может осуществляться с помощью растворов щелочей:

тринатрийфосфата;
натриевой селитры;
каустической соды;
нитрата натрия.

Их температура должна оказаться выше по сравнению с кислотным методом, предел составляет 120-140 °С. Выдерживать изделия необходимо примерно 5-20 секунд. Когда используется такая методика, потери алюминия будут равны примерно 8 мкм от общей толщины слоя.

Использование электрополировки

Полировка алюминия может осуществляться и другим способом. При этом удается получить сверкающую и гладкую поверхность, а очистка характеризуется высоким качеством. Электролиты для таких работ в большинстве случаев обладают серной и ортофосфорной кислотой, остальные составляющие будут зависеть от материала.

Электролиты позволяют добиться блеска после завершения работ. Для процесса температура должна быть более низкой, чем в вышеописанном случае, температурный предел будет равен от 60 до 90 °С.

Полировку нужно осуществлять в течение 5 минут, тогда как плотность тока может быть равна 10-50 А/дм².

Процесс проведения полировки предполагает применение катодов из свинца, однако существуют и другие сплавы, которые предусматривают использование нержавейки.

На параметры процесса будет влиять состав электролита, температурный предел может изменяться от 40 до 95 °С, что касается выдержки, то она длится от 3 до 6 минут, тогда как плотность тока на аноде составляет предел от 3-20 А/дм². Выбирая катоды, следует предпочесть никелированные.