Исследование анодного поведения металлов в условиях электрических разрядов при высоких напряжениях

Тема диссертации относится к проблеме анодной электрохимической обработки металлов. Электрохимическая обработка включает ряд различных методов, направленных как на придание заготовке заданной формы (электрохимическая размерная обработка), так и на получение поверхностного слоя металлической детали с заданными свойствами (полирование, матирование, очистка, закалка или насыщение поверхностного слоя необходимыми элементами и т. д.). Электрохимические методы обработки металлов находят применение в различных областях машинои приборостроения, электронной техники. Некоторые из электрохимических методов обработки проводят в весьма агрессивных растворах, например, в концентрированных горячих растворах кислот, в щелочах, что затрудняет расширение их практического применения. Это в значительной степени относится к процессам электрохимического полирования (ЭХП). В 80-х годах в ГДР был запатентован процесс ЭХП металлов (пример полировки приведен только для латуни) в водных растворах солей с добавками некоторых органических веществ вместо высококонцентрированных кислот. Этот процесс отличается тем, что проводится при высоких напряжениях (90−290 В) в условиях, когда после включения напряжения и на электрохимическую ячейку электролит у поверхности электрода закипает и вокруг электрода образуется парогазовая оболочка (ПГО), отделяющая его от раствора. Анализ литературы показал практическое отсутствие результатов исследований анодного поведения металлов применительно к ЭХП в таких условиях. Анодное поведение металлов при высоких напряжениях в присутствии ПГО на электроде находится на самом начальном этапе изучения.

Основными объектами исследования были выбраны вольфрам и медь. ЗХП вольфрама в щелочи и меди в высококонцентрированной фосфорной кислоте представляют наиболее изученные примеры полирования металлов анодным растворением при низких напряжениях.

Полученные в настоящей работе результаты позволяют лучше понять процессы, происходящие на аноде при высоких II в условиях существования ПГО, что облегчает разработку режимов высоковольтного ЭХП в конкретных условиях. Найдены составы растворов, электрические режимы и оптимальные длительности процессов ЭХП вольфрама и меди в существенно менее агрессивных растворах, чем применяемые в настоящее время. Найдены условия получения равномерно шероховатой поверхности, очистки поверхности от различных загрязнений.

1. Литературный обзор.

Выводы.

1) Определены основные процессы, происходящие на металлическом аноде в широкой области напряжений, последовательность их смены по мере повышения напряжения (активное растворение, низковольтный предельный ток при наличии анодных пленок на поверхности металла, пробой анодной пленки и увеличение плотности тока до закипания электролита у поверхности электрода, образование ПГО, дальнейшие процессы в зависимости от величины пульсаций выпрямленного напряжения).

2) Установлено принципиально важное влияние формы напряжения — постоянное, пульсирующее, переменное — на происходящие на электроде процессы. В частности при постоянном напряжении после образования ПГО плотность тока резко спадает до относительно малых величин, а при пульсирующем напряжении устанавливается высоковольтный предельный ток анодного растворения металла.

3) При пульсирующем напряжении обнаружено возникновение за счет пульсаций ПГО сильного гидродинамического потока, направленного от поверхности электрода и существенно влияющего на анодное поведение металла.

4) Сформировано положение о высоковольтном предельном токе анодного растворения металла. Условие существования высоковольтного предельного тока такое же, как низковольтного (для вольфрама: обращение в нуль приэлектродной концентрации гидроксильных ионов, принимающих непосредственное участие в реакции растворения). Диффузионным пограничным слоем является ПГО. Величина высоковольтного предельного тока значительно больше величины низковольтного предельного тока в том же растворе из-за значительно меньшего сопротивления парогазовой среды для ионного переноса по сравнению с сопротивлением жидкости и более высокой температуры. Это позволяет использовать для высоковольтного ЭХП значительно менее концентрированные растворы.

5) Определены условия ЭХП вольфрама и меди при высоких напряжениях в значительно менее агрессивных растворах, чем применяемые в настоящее время, причем для ЭХП вольфрама не требуется добавка органических веществ в солевой электролит.

6) По результатам проведенных экспериментов и расчетов несколькими методами, имеющимися в литературе по катодному выделению металлов, определен метод расчета импульсных предельных токов анодного растворения вольфрама, позволяющий предсказывать скорость растворения этого металла при различных параметрах импульсного режима.