Способ электролитической обработки металлов и сплавов

 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии посредством микродугового кодирования, в частности к способу электролитической обработки металлов и сплавов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Способ включает изоляцию контактного узла сопряжения защитного элемента системы токоподвода с изделием в присутствии 60 - 100 % водного раствора силиката натрия и проведение начальной стадии электролиза в условиях локального дугообразования вблизи токоподвод до формирования твердофазного уплотнения в зазоре между защитным элементом и поверхностью изделия. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к электролитической обработке металлов и сплавов, проходящей со значительными тепловыделениями, в частности к процессам микродугового оксидирования и электролитному нагреву.

Известны способы электролитической обработки, проводимые с прижимом изделий к токоведущим поверхностям подвесного приспособления. При этом появляется повышенное переходное контактное сопротивление, которое при электрохимических процессах приводит к нежелательному перераспределению тока на погруженную часть приспособления.

Известны способы электрохимической обработки, которые осуществляют с прижимом изделий к токоведущим поверхностям подвесного приспособления с защитной зоны контакта, например оболочкой. Это исключает утечку и перераспределение тока при низковольтном режиме. При проведении обработки на повышенных напряжениях (более 100 В) разогрев изделия приводит к нарушению изоляции и термической деструкции защитной оболочки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату решением является способ электролитической анодной обработки изделий, согласно которому процесс осуществляют подводом тока к изделию с защитной зоны контакта барьерным элементом, размещенным на стержне между электроизоляционной оболочкой и контактным узлом. Защитный барьерный элемент выполнен из материала, стойкого к воздействию микродуговых и дуговых разрядов, а именно фторопласта, керамики, слюды и т. п. Процесс обработки с использованием известного способа характеризуется следующим. Действительно, барьерный элемент в начале процесса затрудняет искро- и дугообразование вблизи токоподвода. Поэтому термохимические реакции проходят на свободно размещенной в жидкости поверхности детали. При этом известно, например, что в месте каждого разряда образуется слой с повышенным сопротивлением, обеспечивающий блуждающее перемещение последующих разрядов по обрабатываемой поверхности. Изделие разогревается. По мере роста сопротивления поверхности дугообразование локализуется вблизи барьерного элемента. Это объясняется тем, что всегда имеющиеся несовершенства сопряжения чистой исходной поверхности изделия и твердого барьерного элемента приводят к распространению процесса по его внешней границе. Технологический слой как бы "подползает" под барьерный элемент. Явление интенсифицируется тем, что здесь затруднена сменяемость электролита. Следствием является локализация разогрева детали, барьерного элемента и токоведущего стержня подвесного приспособления. В конечном счете может произойти разгерметизация зоны токоподвода и нарушение режима обработки изделия перераспределение тока на участки подвесного стержня-токоподвода и самопроизвольное инициирование на них нежелательных термоэлектрохимических реакций. Практически можно утверждать, что в связи с недостаточной надежностью известного технического решения высока вероятность нарушения заданных величин выходных параметров процесса обработки.

Предлагаемый способ электролитической обработки металлов и сплавов направлен на устранение указанного недостатка. Цель достигают за счет того, что изоляцию контактного узла производят сопряжением изделия с защитным (барьерным) элементом системы токоподвода в присутствии раствора силиката натрия, а основной электролитический процесс предваряют начальной стадией электролиза в режиме локального дугообразования вблизи зоны токоподвода до формирования твердофазного уплотнения в зазоре между защитным элементом и поверхностью изделия. Способ предполагает использование 60 100 мас. водного раствора силиката натрия с концентрацией, превышающей концентрацию электролита для формирования твердофазного уплотнения. Начальную и основную стадию электролиза осуществляют в одном и том же электролите, хотя возможна и замена рабочей жидкости. Указанные пределы концентрации раствора силиката натрия обусловлены тем, что в растворе с концентрацией меньше меньшего значения не обеспечивается стабильное дугообразование при электролизе, а большее из значений является максимально возможным.

Изобретение реализуют в следующем порядке. В резьбовое отверстие изделия вворачивают токоподвод-стержень с изоляционной оболочкой и барьерным элементом, причем сопрягаемые поверхности барьерного элемента и изделия предварительно смазывают раствором силиката натрия. Затем изделие помещают в электролит для обработки в режиме дуговых разрядов. Его концентрация ниже, чем раствора, использованного при монтаже изделия на приспособлении-токоподводе. После включения источника тока (постоянного или переменного) устанавливают режим, обеспечивающий искро-, а затем дугообразование в зоне токоподвода. Такая начальная локализация происходит потому, что электропроводность вблизи смазанной более концентрированным раствором силиката натрия поверхности выше, чем на других участках обрабатываемого изделия. Критерием завершения начальной стадии обработки, т. е. сформирования согласно предлагаемому способу твердофазного уплотнения в зазоре между защитным элементом и поверхностью изделия, является распространение равномерного искро- и дугообразования на всей обрабатываемой поверхности. Дальнейшую обработку (основную стадию) ведут на оптимальных технологических режимах. Следует отметить, что термоэлектрохимические процессы, такие как микродуговое оксидирование или электролитный нагрев, проводят при постепенном увеличении напряжения, исходя из необходимости обеспечения известной стадийности.

Примеры реализации способа.

Опыты проводили с целью оценки надежности предложенного технического решения в сравнении с известным (соответствующим прототипу). Были реализованы два процесса микродуговое оксидирование алюминиевого сплава и электролитный нагрев стальных образцов. В обоих случаях использовали конденсаторный источник с регулировкой напряжения до 480 В. Сущность опытов состояла в следующем. По результатам предварительных экспериментов, с учетом общепринятых воззрений на процессы строили эталонные графики зависимости "ток-время" при заданных режимах обработки. После этого в идентичных условиях обрабатывали 2 серии образцов по 30 штук каждая, причем одна серия соответствовала варианту сравнения (сборка на стержне-токоподводе с барьерным элементом), а вторая по предложенному способу. В процессе электролиза постоянно фиксировали изменение величины тока и сравнивали ее с эталонной зависимостью. Отклонения (повышение) тока от эталона характеризовало разгерметизацию и нагрев контактного узла. По полученным данным производили статистическую обработку, вычисляя в процентах количество опытов, соответствующее бездефектной работе контактного узла.

Микродуговое оксидирование. Материал образцов Д16, диаметр цилиндрического образца 20 мм, высота 30 мм. Материал барьерного элемента - фторопласт. Материал противоэлектрода сталь 12Х18Н9Т. Состав электролита, г/л: силикат натрия 4; гидроокись натрия 1. Рабочее напряжение 360 400 В, продолжительность 1,5 ч. Концентрация раствора для герметизации контактного узла при монтаже образца на токоподводе 60 В результате проведения 60 (30 - 30) опытов бездефектными в отношении контактного узла были 73,3 и 100 образцов, соответствующих базовому и предложенному техническим решениям.

Электролитный нагрев. Материал образцов сталь 40, диаметр цилиндрического образца 10 мм, высота 30 см. Материал барьерного элемента - керамика. Материал противоэлектрода сталь 12Х18Н9Т. Состав электролита: силикат натрия 50 мас. Рабочее напряжение 140 160 В, продолжительность 10 мин. Концентрация раствора для герметизации контактного узла 100 Результаты опытов: качественная обработка по базовому и предложенному вариантам, соответственно 13,3 и 93,3 Таким образом, предложенный способ электролитической обработки металлов и сплавов характеризуется повышенной надежностью в сравнении с известным.

Формула изобретения

1. Способ электролитической обработки металлов и сплавов преимущественно в режиме дуговых разрядов в растворе на основе силиката натрия, включающий присоединение к системе подвода тока, изоляцию контактного узла термостойким защитным элементом, размещение в электролите и пропускание электрического тока, отличающийся тем, что изоляцию контактного узла производят сопряжением изделия с защитным элементом системы токоподвода в присутствии раствора силиката натрия, а основной электролитический процесс предваряют начальной стадии электролиза в режиме локального дугообразования вблизи зоны токоподвода для формирования твердофазного уплотнения в зазоре между защитным элементом и поверхностью изделия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сопряжении изделия с защитным элементом используют 60 100 мас.-ный водный раствор силиката натрия с концентрацией, превышающей концентрацию электролита для формирования твердофазного уплотнения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что начальную и основную стадии элеткролиза осуществляют в электролите одного состава.