Электрополировка нержавеющей стали своими руками

Электрохимическая полировка стали

Электрохимическая полировка – процедура обработки поверхности заготовки при помощи ее погружения в раствор кислоты под действием электрического тока. Она сглаживает поверхность детали и позволяет производить полирование металлов без использования лакокрасочных покрытий. В результате взаимодействия химических компонентов и электрических зарядов запускаются реакции, придающие изделию зеркальный блеск.

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:

1. 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/дм 2 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.
2. 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.
3. 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.

Если деталь имеет множество больших дефектов, то перед началом электрохимической полировки она подвергается механической обработке при помощи шлифовальной машины с вращающимися кругами.

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.

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% – –

Большинство металлов полируется в фосфорносернохромовом электролите, удовлетворяющем следующим условиям:

• высокие показатели растворимости, что способствует лучшему сглаживанию поверхности полируемой детали;
• длительный срок эксплуатации раствора;
• универсальность электролита;
• безопасен для жизни и здоровья человека.

Важным показателем электролита является его температура. Чем выше этот показатель, тем интенсивнее происходит процесс полирования. Для всех электролитов предусмотрены пределы температур. Если резко понизить данный параметр во время проведения электрохимической полировки, то вязкая пленка уплотнится, что приведет замедлению растворения анодов. В результате полируемая поверхность изделия становится матовой и не приобретает зеркальный блеск.

На равномерность электрохимической полировки оказывает влияние дистанция между электродами в электролите. Оптимальное растворение происходит при расстоянии до 40 мм. При дальнейшем увеличении данного показателя удаляемый слой становится неравномерным. В итоге поверхность детали покрывается темным налетом и становится более хрупкой.

После завершения процесса электрохимической полировки требуются приспособления для очистки электролитической ванны и остального полировочного оборудования. Для этого используются растворители и щелочные средства. В их состав входят активные действующими веществами, очищающими поверхность инструментов полировки от различных видов грязи.

Область применения

Технологию электрохимического полирования активно применяют в промышленности: для обработки деталей арматуры, элементов карбюратора (клапанов для подачи топлива, выполненных из нержавейки), тонких лент, проволок и трубных механизмов. В результате полирования поверхность этих деталей приобретает устойчивость к коррозии и становится более гладкой.

Электрохимическое полирование алюминия и нержавеющей стали применяется в отраслях по производству строительных приспособлений, сверл и крепежных механизмов.

В нынешнее время эта технология активно используется для снятия дефектного слоя с режущих инструментов, использующихся для проделывания отверстий. Электрохимическое полирование вольфрама стало активно внедряться в производстве электронных ламп и электровакуумной техники.

Использование технологии электрохимической полировки практикуется при металлографических исследованиях для диагностики сталей. При помощи этой технологии выявляются трещины, флокены и иные несоответствия в структуре металлов. При обнаружении нарушений производится полировка, удаляющая самые тонкие деформации.

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

Электрооборудование, свет, освещение

Чтобы добиться блестящей поверхности металла, необязательно материал покрывать лаком. Можно прибегнуть к полировке металла, что используется как декоративный вид обработки детали после нанесения покрытия или в процессе обработки изделия. В одном случае достаточно опилить металл напильником, в другом — поверхность следует довести до блеска путем электрополировки. Все эти манипуляции можно сделать самостоятельно в домашних условиях.

Содержание:

Предназначение полировки

Детали из металла имеют изначально гладкую блестящую поверхность. Но она со временем тускнеет и в процессе эксплуатации царапается. Для скрытых деталей, безусловно, внешний вид не имеет большого значения, но когда металлические детали располагаются на виду, то они должны выглядеть должным образом. Именно так будет смотреться глянцевая поверхность, после того, как вы провели полировку металла.

Полирование металлов предназначается также для улучшения гладкости и чистоты поверхности металлических деталей и устранения следов прошлых обработок – неровностей, царапин и вмятин. Полировку деталей проводят с помощью наждачных кругов, шлифовального порошка, специальной известковой пасты, полировочного раствора или электролита.

Поверхности металлических деталей отделывают не только с целью придания им привлекательного внешнего вида, но и чтобы защитить от ржавления, разъедания щелочами и кислотами. Хорошо полировке поддаются такие металлы, как латунь, бронза и медь. Нержавейку до зеркального блеска не получится довести, а вот придать ей матовый глянец – запросто.

Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что полирование бывает двух типов – предварительное и окончательное. Предварительную полировку металлов применяют при механическом удалении неровностей, а окончательную – для создания идеально ровного и глянцевого финишного состояния металлической поверхностей и защиты её от неблагоприятных факторов внешней среды.

Достоинства электрополировки металла

Отдельной веткой полирования является электрополировка стали. Процедура оказывает благоприятное влияние на физико-химические, электрические и магнитные свойства металлических поверхностей, облегчая глубокую вытяжку и штамповку определенных металлов, а также увеличивает уровень их коррозионной стойкости. Этим объясняется широкое применение электрополировки при лабораторных исследованиях металлов и в промышленности.

Электрополирование имеет целый перечень преимуществ перед механической полировкой в отношении простоты, универсальности и скорости. К примеру, нержавеющую сталь механическими методами трудно полировать, так как это длительная и дорогостоящая операция. Электрополировка нержавейки же происходит на протяжении нескольких минут, является дешевой процедурой и позволяет получить поверхность с лучшими отражательными способностями.

Электрополирование уменьшает время обработки изделия по сравнению с механической технологией почти в 5 раз, хотя и повышает чистоту поверхности всего на 1 — 2 класса. При механическом полировании можно добиться высшей чистоты поверхности, однако процесс электрополировки незаменим при обработке изделий сложного профиля с внутренними полостями, деталей топливной системы дизелей и пружин, которые являются неудобными и сложными по форме для механической обработки.

Электрополировка является самым лучшим методом подготовки поверхности перед нанесением гальванического покрытия, потому что демонстрирует высокую прочность сцепления защитного покрытия с отполированной основой. Данную методику применяют для обработки деталей для улучшения скольжения материалов, которые соприкасаются с полированной поверхностью, к примеру, нитеводители в текстильных машинах, для заточки режущего инструмента при производстве мерительного инструмента.

Электрополирование, кроме устранения трудоемких и вредных механических операций шлифования и полирования, ликвидирует затруднения, которые вызываются твердостью или вязкостью полируемого изделия, и операции обезжиривания изделий, что крайне необходимы при механическом полировании. Высокая производительность процедуры при этом не зависит от твердости металла. Электролитической полировке одинаково хорошо поддаются алюминий и мягкая красная медь, закаленная цементированная сталь и инструменты из твердого сплава.

Недостатком является увеличенный расход электроэнергии. Некие неудобства связаны с тем, что практически каждый металл требует своего состава электролита. Продолжительность процесса зависимо от плотности тока достигает 20 — 30 минут. Обычно при таких манипуляциях снимается слой металла, что имеет толщину 2 — 5 мкм.

Электрополировка с использованием кругов

Для шлифовально-полировальной работы принято использовать специальные полировальные станки с валом электрического мотора, который с обеих сторон удлинен для закрепления полировального инструмента. Подобные станки имеют регулятор, который позволяет регулировать частоту вращения щеток и кругов в значительных пределах.

Полировальные диски

Изделия и детали, которые подлежат электрополировке, не должны иметь слишком глубоких рисок и царапин, потому что вывести их с помощью данной методики чрезвычайно трудно, а зачастую почти невозможно. Помните, чем мягче металл, который подвергается полировке, тем легче с него снять слой, но сложнее достичь однородной поверхности. Полирование твердого металла принято проводить с большим удельным давлением на обрабатываемую поверхность.

В качестве полировальных кругов применяют войлочные диски, диски из кожи, шерсти и хлопчатобумажных тканей. Для механического полирования берут щетки, изготовленные из щетины и латуни. Для подобного полирования дополнительно используют смеси или суспензии. Обычно для полировки металла необходимо два круга – войлочный диск для грубой полировки и тканевый для тонкой.

Войлочные полировочные диски для электрополировки нержавейки или алюминия представляют из себя несколько слоев войлока, которые имеют толщину до 4 сантиметров, скрепленных между собой клеем. Слои войлока при изготовлении шлифовочного диска плотно прижимают друг к другу и ставят под пресс.

После того, как они приклеятся, и клеящий состав высохнет, принято проделывать в середине круга отверстие. После этого круг закрепляют на валу электроточила при помощи двух гаек с шайбами. Подобный шлифовальный круг также легко закрепляется в патроне сверлильного станка или электродрели.

Матерчатый диск можно вырезать из хлопчатобумажной ткани, сукна, миткаля или бумазеи, после чего сшиваются слои диска вместе в несколько слоев. Сшитые круги нужно склеить между собой, оставляя по краю 3-4 сантиметра. Диск насаживают на патрон сверлильного устройства таким способом, как и крепился войлочный диск.

Рабочий процесс

Прижмите металлическую поверхность к вращающемуся диску, чтобы начать процедуру электрополировки в домашних условиях. Рабочую поверхность кругов при полировании рекомендуется периодически смазывать специальной полировальной смесью, причем в определенной дозировке.

Помните, что круг будет «салить» деталь при избытке смеси, при её недостатке круг быстро износится, а металл не получит желаемого блеска. Поэтому при смазывании полировальных кругов свободной от полировальной смеси оставляйте примерно четверть рабочей поверхности.

Эластичные круги должны вращаться и прижиматься к деталям с определенным усилием, сама полируемая деталь должна по отношению к кругу свободно передвигаться. Электрополировку с применением смесей можно осуществлять торцом или периферией круга. Перемещение изделий производят непосредственно особым приспособлением или рукой.

Частота вращения круга на полировальном станке составляет 2000—2800 оборотов в минуту. Полировальные станки с большой частотой вращения кругов используют, когда требуется значительное качество обработки. Для достижения зеркального блеска электрополировку алюминия осуществляют при более низких частотах.

Если изделия, которые предстоит подвергнуть воздействию полировки, имеют простую форму — плоскую или квадратную, то вы можете их обработать на универсальном электрическом станке, где установлен полировальный круг прямого профиля. Для проведения грубой обработки предназначены твердые и жесткие круги, для тонкой — мягкие.

Твердые круги интенсивно полируют, но быстро засаливаются, особенно при обработке мягкого цветного и драгоценного металла или его сплава. Мягкие эластичные круги малоэффективны на предварительных операциях и способны деформироваться и расплющиваться при сильном прижатии к обрабатываемой детали.

Периодически отнимайте диск от металлической детали для оценки качества создаваемой полировки. Когда внешний вид металла вас удовлетворит, а деталь станет идеально гладкой, блестящей и ровной, можно остановить процесс. После этого повторите процедуру на тряпичном диске, который способен снять с поверхности металла остатки полировочного вещества.

Электрохимическая полировка

Электрохимическое полирование представляет собой процесс, который характеризуется химическими реакциями между обрабатываемым изделием и электролитом под действием электрического тока. Эта процедура приводит к уменьшению шероховатости и возникновению зеркального блеска.

Микро- и макро-полирование

Для проведения электрохимического полирования обрабатываемое изделие, которое является анодом, соединенным с плюсом источника тока, помещают в ванну с электролитом. Второй электрод – медные катоды. Благодаря специальному составу электролита для электрополировки и созданным условиям (формирование пленки повышенного сопротивления) фиксируется неравномерное растворение.

В первую очередь будут растворяться наиболее выступающие точки, вследствие чего уменьшается шероховатость, а потом исчезнет совсем, и поверхность детали станет блестящей и гладкой. Избирательное растворение подобных торчащих элементов протекает одновременно с получением блеска.

Процесс удаления больших выступов называют макро-полированием, а растворение малых неровностей — микро-полированием. Если эти два процесса протекают одновременно, то поверхность металла будет приобретать гладкость и блеск. Бывают ситуации, когда данные качества являются друг с другом несвязанными, то есть блеск достигается без сглаживания и наоборот.

В процессе электрохимической полировки на поверхности анода образуется гидроокисная или окисная пленка. Если она покрывает поверхность равномерно, то создаются условия, что необходимы для микро-полирования. Внешняя часть подобной пленки будет непрерывно растворяться в электролите.

Поэтому для успешной процедуры требуются условия, в которых существует равновесие между скоростями формирования окисной пленки и ее химического растворения, чтобы толщина пленки была неизменной. Наличие пленки подразумевает возможность совершения обмена электронами между полируемой деталью и ионами электролита без риска разрушения агрессивным электролитом металла.

Процесс макро-полирования зависит от наличия прианодной пленки, которая является более толстой в углублениях и тонкой на выступах. Подобная пленка способствует быстрому растворению выступов, потому что на них создается высокая плотность тока, а электросопротивление над ними будет меньше, чем над различными углублениями.

Эффективность действия прианодной пленки увеличивается с возрастанием ее внутреннего сопротивления. Электролиты, которые содержат комплексные соли или соли слабодиссоциирующих кислот, способны повышать сопротивление прианодной пленки.

Электролиты и растворители

На течение процесса электрополировки кроме прианодной пленки оказывают действие и другие факторы, такие как движение анода, что состоит в механическом перемешивании электролита. Электролиты некоторого состава способны нормально функционировать только при нагреве. Общее правило кроется в следующем: увеличение температуры способно снижать скорость нейтрализации и повышать скорость растворения пленки.

Значимыми факторами, которые влияют на течение процедуры электрохимической полировки, выступают напряжение и плотность тока. Зависимо от обрабатываемого металла и состава электролита принято вести полирование при режимах, которые соответствуют разным участкам кривой. К примеру, полировку меди в фосфорной кислоте проводят при режиме предельного тока без образования кислорода.

Самое большее распространение получили электролиты, изготовленные на основе серной, хромовой и фосфорной кислоты. Для увеличения вязкости раствора в него вводят метилцеллюлозу и глицерин. В качестве ингибиторов травления принято добавлять в электролит триэтаноламин и сульфоуреид.

Для очистки изделий после процедуры электрополировки принято использовать растворители, которые изготовлены на основе хлорированных углеводородов — перхлорэтилен и трихлорэтилен.

Эти вещества являются негорючими, их способность к удалению паст и жировых загрязнений с изделий выше, чем у этилового спирта или бензина. Изделия нужно загрузить в ванну, обработать мягкой волосяной щеткой, перегрузить в сосуд с нагретым нашатырным спиртом, где удаляться остатки паст и жир.

В качестве щелочного моющего средства применяют щелочи (едкое кали, едкий натр), поташ, соду и нашатырный спирт. В последние годы популярностью все больше пользуются моющие составы на основе всевозможных поверхностно-активных веществ. С успехом можно использовать ванны, в которых процесс очистки проводится в поле ультразвука, что существенно увеличивает производительность и качество очистки поверхности.

Ванны для электрополировки

Для электрохимического полирования принято изготавливать специальные ванны. Помните, что они являются очень опасными для здоровья, особенно при высокой температуре. Для полировки изделий из цветных и черных металлов, в частности из углеродистой стали, самым популярным остается универсальный электролит.

Его состав такой: ортофосфорная кислота (65%), серная кислота (15%), хромовый ангидрид (6%), вода (14%). Режим работы: температура около 70-90 градусов по Цельсию, напряжение на уровне 6-8 В, анодная плотность тока примерно 40-80 а/дм2, выдержка 5-10 минут.

Электрополировку нержавеющей стали — хромоникелевой и хромоникельмолибденовой принято проводить в следующем растворе: ортофосфорная кислота (65%), серная кислота (15%), хромовый ангидрид (6%), глицерин (12%), вода (13%).

Режим работы данного раствора: температура порядка 45-70 градусов по Цельсию, анодная плотность тока близко 6-7 а/дм2, уровень напряжения 4,5-6 В. Выдерживают деталь в такой ванне 4- 30 минут: для штампованных изделий достаточно 4-6 минут, для деталей после термической обработки или сварки 10-12 минут, для литых отпескоструенных изделий из стали — полчаса.

Для полирования изделий из алюминия или его сплава применяют хорошо зарекомендовавший себя электролит такого состава: ортофосфорная кислота (65-70%), хромовый ангидрид (8-10%), вода (20-27%). Режим работы: температура на уровне 70-80 градусов, в свежеприготовленном растворе плотность тока должна достигать 10-30 а/дм2, в насыщенном солями растворе — 10-20 а/дм2. Выдерживают деталь 5 минут и больше.

Для электрополировки деталей из дюралюминия необходим такой состав раствора: серная кислота (40%), ортофосфорная кислота (45%), хромовый ангидрид (3%), вода (11%). Режим работы: температура в пределах 60-80 градусов Цельсия, анодная плотность тока на уровне 30-40 а/дм2, уровень напряжения 15-18 В, выдержка – пара минут.

Таким образом, при необходимости электрополировки деталей в домашних условиях вы можете пойти двумя путями – изготовить специальное оборудование с валом электромотора и полировально-шлифовальными кругами или оборудовать ванну полирования и приготовить нужный для данного случая электролит. Что ближе – выбирать вам!

Источник