Электрохимическая полировка нержавеющей стали

Упаковка

Если упаковочные материалы и процессы транспортировки изделий перед электрохимической полировкой выбраны неправильно и не верно используются, они могут создать проблемы при последующей обработке. Кроме того, неправильная упаковка может привести к повреждению при транспортировке, которое невозможно будет исправить во время обработки.

Пузырьковая пленка является подходящим упаковочным материалом, но она не должна вступать в прямой контакт с металлическим компонентом. Химические вещества в обертке оставляют рисунок, который становится очевидным во время обработки. Лучшая практика после электрополировки – обернуть детали в бескислотную, не содержащую серу бумагу.

При необходимости детали могут быть обернуты пузырьковой пленкой поверх бумаги.

В работах по финишной обработке металла принято возвращать детали в той же упаковке, в которой они прибыли. Это следует учитывать при подготовке деталей к отправке на электрохимическую полировку.

Перед электрополировкой должны быть полностью удалены защитные покрытия, особенно в местах, подверженных нагреву, например, в зоне сварного шва. Остатки клея также необходимо полностью удалить, обычно изделие протирают растворителем или ацетоном, перед механической обработкой или электрополировкой.

Во время последующей обработки или монтажа оборудования следует соблюдать осторожность, чтобы избежать контакта с углеродистой сталью или непассивированной нержавеющей сталью. Такой контакт может привести к переносу свободного железа, что ухудшает пассивность детали

Способы полировки нержавеющей стали

Существует несколько технологий полирования нержавейки, среди которых самые распространенные — это механическая, химическая и их разновидности.

Механическая используется при восстановлении зеркальности нержавеющей стали непосредственно на местах, а также при цеховом ремонте и обработке небольших партий изделий. При поточной обработке деталей из нержавейки на промышленных предприятиях, как правило, применяется метод электрополирования в химических растворах.

Довести до блеска нержавейку можно и в домашних условиях доступными каждому способами и средствами.

Механическая полировка

После механообработки или прокатки на поверхности изделий из нержавеющей стали остаются продольные полосы и канавки. Эти неровности в самом лучшем случае имеют 6–7 класс шероховатости, поэтому шлифовка нержавейки до 8–10 класса является обязательным условием подготовки к операции полирования, т. к. этому виду обработки соответствуют 11–14 классы.

Механическая полировка нержавейки может выполняться вручную, без применения приводного инструмента и специальных приспособлений. Такая обработка наиболее распространена в быту и при небольших объемах ремонтно-восстановительных работ. На производственных предприятиях для полирования нержавеющей стали используют следующие виды производственного оборудования:

• ручной электро- и пневмоинструмент;
• полировальные станки;
• барабанные и вибрационные аппараты;
• магнитно-абразивные установки.

ПОСМОТРЕТЬ Палировочные машины на AliExpress →

Самые распространенные абразивные материалы для полировки нержавеющей стали — это различные жидкие полироли, суспензии и пасты, которые позволяют добиться наилучших результатов по шероховатости. У большинства из них основой являются технические масла, жиры и вещества типа парафина и стеарина, которые приходится удалять с поверхности нержавейки с помощью органических растворителей.

Электрохимический способ

В нее погружается изделие из нержавеющей стали, на которое подается положительный потенциал, т. е. оно является анодом. При пропускании через электролит постоянного тока с поверхности нержавейки начинается отрыв положительных ионов металла.

В большей степени это происходит с вершин микровыступов, которые таким образом сглаживаются (см. рис. ниже). Глубина удаления металла при такой химической полировке нержавеющей стали в электролите регулируется величиной тока и продолжительностью процесса.

ЭХП позволяет обрабатывать любые труднодоступные полости и сложные фигурные элементы со снятием одинакового слоя металла по всей поверхности изделия. Установки, на которых выполняется химическая электрополировка нержавейки, работают при температуре электролита 70÷90 °C и плотности токов от 0.3 до 0.5 А/см².

В качестве электролитов в них используют растворы на основе смеси неорганических кислот. По этой причине ЭХП иногда путают с химическим травлением металлов и даже упоминают в статьях о них азотную кислоту, хотя основные компоненты электролита для нержавеющей стали — это ортофосфорная и серная кислоты.

Электролитно-плазменное полирование

Но в этом случае используется другое физическое явление — образование вокруг анода (изделия из нержавеющей стали) парогазовой плазменной рубашки, в которой и происходит процесс выравнивания микровыступов на ее поверхности.

Электролитно-плазменные установки функционируют на постоянном токе напряжением до 400 В и с температурой электролита от 60 до 90 °C. Несмотря на высокое напряжение они работают на тех же плотностях токов, что и при электрохимическом полировании.

При этом обработку деталей из нержавейки они выполняют в несколько раз быстрее: на промышленной установке удаление слоя нержавеющей стали происходит со скоростью 3 мкм/мин.

Еще одним достоинством этой технологии является дешевизна и экологическая безопасность химических веществ, применяемых для приготовления электролитов. В частности, при электролитно-плазменном полировании изделий из нержавейки используются безопасные растворы солей аммония с концентрацией 3÷6%.

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.

Электролитическая полировка

Оформить заказ на электрополировку продукции Вы можете, заполнив нижеследующую форму либо обратившись к нашей статье в разделе «Услуги»: Услуга электрополировки.

Электролитическая полировка – это процесс, используемый для полировки металлической поверхности с помощью электрического тока и химического раствора, с использованием контейнера, снабженного электродами. Этот процесс позволяет получить зеркальную поверхность путем выборочного удаления поверхности из стали.

Это селективное удаление производится контролируемым электрическим током и специальными растворами электролитов. Электрические параметры настраиваются с помощью технологии INVERTER, встроенной в наши продукты CLINOX, в то время как электролитический раствор, называемый E-polishing Bomar, используется с нашей ванной для электрохимической полировки E-polishing Box, изготовленной из пластмассы, стойкой к кислотам и электродам из углеродного волокна, чтобы обеспечить лучшую производительность и полную безопасность.

Благодаря такой комбинации продуктов могут быть получены следующие результаты

Электроплазменная полировка в России

В России достаточно сложно найти компанию, занимающуюся электроплазменной полировкой. Применение технологии ограничивается несколькими факторами:

• нужен источник тока мощностью в несколько десятков киловатт;
• оборудование чувствительно к качеству питающей сети;
• режим полирования для каждой детали требует точной индивидуальной настройки;
• высокие требования к квалификации оператора установки.

Успешное освоение технологии демонстрирует , г. Санкт-Петербург. География оказания услуги не ограничивается только СЗАО. В списке клиентов «АЦИА» есть компании и частные лица практически из всех регионов России.

Корректировка электролита полирования

Компоненты электролита, расходуясь в процессе полировки, изменяют его состав. Контроль электролита осуществляют путем ежедневного замера плотности электролита и его периодического химического анализа. В конце смены в ванну добавляют воду, доводя уровень до необходимого

В ходе эксплуатации ванны происходит накопление в ней железа, что необходимо учитывать при корректирповке. Плотность электролита при пропускании количества электричества с порогом 75 A·час/л принимается равной 1,75±0,01 г/см3, при превышении этого порогового значения – 1,77±0,01 A·час/л.

Для удаления накопившейся свыше 1,5% оксида хрома Cr2O3 выполняют ее анодное окисление проработкой при анноной плотности тока 4 … 5 А/дм2, напряжении 10 … 12 В и температуре электролита 30±10С, используя свинец как в качестве анодов, так и в качестве катодов. При этом катоды должны быть изолированы диафрагмой, изготовленной из пористой керамики. По окончании проработки электролит нагревают до 100±10С и выдерживают при этой температуре в течение часа, или охлаждают электролит естественным путем, но делают перерыв в эксплуатации на 8 … 10 часов.

Полировочная ванна работоспособна до накопления в ней 5 … 7 % Fe2O3 после чего необходима ее полная замена.

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.

Приложения

Благодаря простоте эксплуатации и полезности для полировки объектов неправильной формы, электрополировка стала обычным процессом в производстве полупроводников.

Поскольку электрополировка также может использоваться для стерилизации деталей, этот процесс играет важную роль в пищевой, медицинской и фармацевтической промышленности.

Он обычно используется при постпроизводстве крупных металлических деталей, таких как барабаны стиральных машин, корпуса морских судов и самолетов, а также автомобилей.

Хотя электрополировать можно почти любой металл, наиболее часто полируемыми металлами являются нержавеющая сталь серии 300 и 400 , алюминий, медь, титан, а также никелевые и медные сплавы.

Компоненты сверхвысокого вакуума (UHV) обычно подвергаются электрополировке, чтобы иметь более гладкую поверхность для улучшения вакуумного давления, скорости удаления газа и скорости откачки.

Электрополировка обычно используется для подготовки тонких металлических образцов для просвечивающей электронной микроскопии и атомно-зондовой томографии, поскольку этот процесс не приводит к механической деформации поверхностных слоев, как это происходит при механической полировке.

Технология электрохимического полирования металла

При электрополировке металла его поверхность становится блестящей. Технологический процесс состоит из ряда операций:

1. Предварительно заготовка подвергается механической обработке с целью доведения шероховатости поверхности до 6–7 класса.
2. Промывка для удаления грязи.
3. Обезжиривание.
4. Подсоединение к положительно заряженному электроду.
5. Электрохимическое полирование.
6. Промывка в щелочной среде с целью устранения кислотных остатков.
7. Сушка. Для этого используется горячий воздух или опилки.
8. Выдержка деталей в горячем масле, подогретом до температуры 120 °C.

При полировке происходит устранение неровностей с поверхности детали. Поэтому любой процесс сопровождается:

1. Макрополированием. При этом идет растворение крупных выступающих вершин.
2. Микрополированием. Сглаживаются мелкие неровности.

Непосредственно под пленкой происходит полировка металла. Осуществляется она за счет обмена электронами и ионами между анодом и электролитом. Толщина формируемой пленки всегда меньше на выступающих частях вершин неровностей. Именно здесь и происходит усиленное растворение металла. В углублениях слой пленки толще, и здесь обмен заряженных частиц уменьшенный.

Образование вязкой пленки толще во впадинах неровностей

Существуют другие факторы, влияющие на скорость полирования поверхности:

• ­ перемешивание электролита;
• ­ повышение его температуры;
• ­ увеличение силы тока и напряжения.

Все эти факторы уменьшают поверхностный слой, что ускоряет полировку.

Для каждого изделия существует свой временной режим. В зависимости от продолжительности процедуры пропорционально увеличивается снимаемый слой металла. Этого не следует допускать, потому что шероховатость поверхности, выйдя на свой уровень, остается неизменной. Происходит ненужное растворение слоя изделия, что не оказывает влияния на качество поверхности.

Электролитно-плазменное полирование

Во время электролитно-плазменного полирования наблюдаются схожие процессы. Однако тут в качестве среды используются растворы солей аммония. Под воздействием высокого напряжения 200–350 В на поверхности детали, которая является анодом, образуется парогазовая оболочка. Формируется она за счет вскипания электролита. Через нее постоянно протекает электрический ток, вызывая появление плазменных разрядов, которые оказывают влияние на сглаживание поверхности. В результате время полировки составляет до 5 мин., а устранение небольших заусенцев – несколько секунд.

Электроплазменное полирование

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.

Технические характеристики

Для обработки нержавеющих сталей и медных сплавов используют 3–5% водные растворы сульфата аммония и хлористого аммония. При обработке других металлов и сплавов применяются водные растворы солей с концентрацией не выше 10%. Средняя длительность полировки составляет 2–5 минут, а снятие заусенцев 5–20 секунд. 

Время: до 5 мин.

Плотность тока: 0,2–0,6 A/см2

Температура: 60–90 °С

Напряжение: 200–350 B

Скорость съёма до 3 мкм/мин.

Кислотность раствора: 4–8 pH

Концентрация солей в электролите: 0,5–10%

Достигаемая шероховатость до Ra 0,01 мкм

В ходе реализации многочисленных проектов проведена оптимизация технологии полировки с учетом габаритов и формы изделия, наличия отверстий и полостей, расположения на подвеске, исходного состояния поверхности, состава материала и электролита, позволяющая получать высокое качество поверхности при минимальных энергетических затратах.

Для объяснения эффекта полировки в литературе принята электрофизическая модель процесса, т.е. предполагается, что сглаживание шероховатостей осуществляется вследствие микроразрядов на выступах поверхности. Что же касается электрохимических процессов, то они считаются менее существенными. Однако, практика полировки различных металлов показала, что процесс весьма чувствителен к составу электролита. Причем, для каждого металла для получения эффекта полировки необходимо подобрать отдельный (специальный) электролит. Разработаны составы растворов для полировки низкоуглеродистых, малолегированных сталей, медных сплавов, латуней, хрома и других металлов и сплавов.

Таким образом, установлено, что процесс полировки носит ярко выраженный электрофизический и электрохимический характер. С целью снижения расхода электроэнергии применяется экранирование поверхностей различными электроизоляционными материалами (наиболее эффективны экраны из фторопласта).

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

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.

Оборудование и материалы

Для электрополировки металла необходимы источники постоянного тока с низкими показателями напряжения и инструменты, для настройки электрического режима. Электролитические ванны должны быть оборудованы нагревателями, поддерживающими температуру химического раствора. Они помещаются в прочную оболочку, располагающуюся на внутренней поверхности ванны, облицованной химическими и теплостойкими материалами.

Для соблюдения техники безопасности в лабораториях для облицовки внутренних конструкций электролитической ванны применяют стеклянные, фарфоровые и керамические материалы. В лабораторных условиях источником тока являются выпрямители, изготовленные из селена или германия. В зависимости от требуемого напряжения возможна установка нескольких выпрямителей.

Для полирования стальных заготовок требуется регулировочное оборудование. Для настройки величины тока в промышленных условиях применяют первичную обмотку трансформатора, соединенного с выпрямителями. С его помощью осуществляется бесступенчатое регулирование тока посредством изменения значений напряжения.

Электрохимическая полировка металлов проводится с применением электролитов, составленных на основе серной, фосфорной и хромовой кислот. Дополнительно добавляется глицерин, увеличивающий суммарную вязкость раствора. Смешивать все электролиты необходимо в правильной пропорции. В следующей таблице представлены соотношения кислот для полирования деталей, изготовленных из разных типов металлов:

Углеродистая сталь Нержавеющая сталь Алюминий Дюралюминий

Ортофосфорная кислота 65% 65% 70% 45%

Серная кислота 15% 15% – 40%

Хромовый ангидрид 6% 6% 10% 3%

Вода 14% 12% 30% 11%

Глицерин – 12% – –

Преимущества и недостатки

Электрохимическая полировка обладает следующими достоинствами:

1. Она увеличивает прочность стали и препятствует появлению ржавчине на поверхности металла. Этот вид полировки облегчает процедуру вытяжки и штамповки.
2. Она способна смягчать поверхность сложных и утонченных деталей, имеющих дополнительные отверстия или полости с комплексных рисунком.
3. Электрохимическая полировка позволяет снизить время полирования поверхности заготовки.
4. Благодаря высокой производительности данного вида полирования, во время обработки металла не нарушаются основные конструкции изделия.
5. Ускоряет процедуру производства шлифов.

Несмотря на большое количество преимуществ, электрохимическая полировка обладает несколькими недостатками:

1. Сложность полирования, обусловленная необходимостью приготовления индивидуального раствора для обработки деталей из разных сталей и регулирования величины подаваемого тока.
2. В ней применяются элементы электрополирования, что приводит к повышенному расходу электроэнергии.
3. Электрохимическая полировка не способна выровнять поверхность заготовки с большими трещинами или впадинами.
4. Как при химполировке, человеку необходимо производить работу с ядовитыми веществами, наносящими вред организму.
5. Электрохимическая полировка не требует больших финансовых трат, в отличие от механического полирования, что обусловлено покупкой множества химических растворов и перманентной подачей электричества. Электролит обладает низким сроком эксплуатации, поэтому его необходимо периодически обновлять, что приводит к дополнительных денежным расходам.

Чтобы эффективно использовать технологию электрохимической полировки, нужно соблюдать технику безопасности: работать в спецодежде, правильно настраивать техническое оборудование и осуществлять полировку только с исправными приборами.

Источник статьи: http://stankiexpert.ru/tehnologii/ehlektrokhimicheskaya-polirovka.html