Электрохимическая обработка металлов, группа методов, предназначенных для придания обрабатываемой металлической детали определенной формы, заданных размеров или свойств поверхностного слоя. Осуществляется в электролизерах (электролитических ваннах, электрохимических ячейках специальных станков, установок), где обрабатываемая деталь является либо анодом (анодная обработка), либо катодом (катодная обработка), либо тем и другим попеременно. Основной вид катодной электрохимической обработки металлов - гальваностегия.
Анодными методами электрохимической обработка металлов являются различные виды электрохимического травления, полирование, формообразование, размерная обработка, оксидирование и другие. Во всех анодных процессах происходит либо растворениеметалла (локализованное в определенных местах или равномерное по всей поверхности), либо превращение поверхностного слоя металла в оксидный или другой слой.
Электрохимическое травление (ЭХТ). Термин объединяет несколько технологий, основанных на анодном растворении металла. ЭХТ применяют для очистки поверхности всевозможных деталей, проволоки, лент, труб от разнообразных загрязнений (оксидных, жировых и других) в качестве предварительной обработки перед нанесением покрытий, прокаткой и др. ЭХТ для очистки от загрязнений производят в растворах кислот, обычно содержащих различной добавки (например, ингибитор коррозии), в щелочных растворах или расплавах при постоянном или переменном токе. ЭХТ подвергают практически любые металлы и сплавы. ЭХТ используют для осуществления так называемого электрохимического фрезерования с целью получения заданного "рисунка" на поверхности детали локальным анодным растворением металла. Места, которые не должны подвергаться растворению, покрывают слоем фоторезисторного материала или специальным трафаретом. Таким образом можно производить обработку деталей типа печатных плат, перфорирование, а также травление в декоративных целях. Анодным травлением удаляют заусенцы и скругляют острые кромки.
Важная область использования ЭХТ – развитие поверхности (увеличение удельной площади поверхности). Наиболее широкое промышленное применение имеет травление алюминиевой фольги в хлоридных растворах для электролитических конденсаторов; этот процесс позволяет повысить удельную поверхность в сотни раз и увеличить удельную емкость конденсаторов, уменьшить их размеры. Развитие поверхности методом ЭХТ применяют для улучшения адгезииметалла к стеклу или керамике в электронной технике, копировального слоя к печатным формам в полиграфии, усиления сцепления покрытия с металлом при эмалировании металлических изделий и других. Анодным травлением снимают дефектные гальванические покрытия с деталей с тем, чтобы возвратить их в производство, а также при регенерации металлических пластин офсетных биметаллических печатных форм.
ЭХТ применяют в практическом металловедении; широко известно анодное травление металлографических шлифов для выявления микроструктуры сплавов. При этом травление проводят в таких условиях, когда достаточно резко проявляется различие скоростей растворения разных по хим. и фазовому составу компонентов сплава. В результате избирательного ЭХТ могут быть выявлены границы фаз, сегрегация фосфора в стали, дендритная структура титановых сплавов, сетка трещин в хромовом гальванопокрытии, оценена склонность нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии.
Электрохимическое полирование (ЭХП) заключается в преимущественном анодном растворении выступов на шероховатой поверхности и приводит к достижению низкой шероховатости (электрохимическое сглаживание) или зеркального блеска поверхности (глянцевание). Глянцевание улучшает декоративные сввойства изделия, придает поверхности высокую отражательную способность. ЭХП и сглаживание поверхности применяют для повышения эксплуатационной надежности, долговечности и других эксплуатационных свойств деталей. Положительное влияние ЭХП на изделие объясняется несколькими причинами: 1) удаление дефектного (деформированного, имеющего трещины, повышенное содержание вредных элементов) поверхностного слоя, образовавшегося при механической, термической, электрической обработке изделия; 2) уменьшение шероховатости поверхности и сглаживание профиля поверхности; 3) образование тонкой поверхностной оксидной пленки, предохраняющей металл от коррозионного воздействия среды.
Анодное растворение в режимах ЭХП тонкого поверхностного слоя металла, загрязненного радиоактивными веществами, - один из основных методов радиохимической дезактивации оборудования. При ЭХП обычно удаляется слой металла от 2,5 до 80 мкм. Конечная шероховатость поверхности определяется исходной шероховатостью, продолжительностью ЭХП, условиями проведения процесса (температура, плотность тока), составом электролита (растворы щелочей, солей, но чаще всего смеси кислот). Получению высокого качества ЭХП мешают большие размеры кристаллитных зерен, неравномерная структура, наличие неметаллических включений (напр., карбидов), глубокие следы прокатки, окалинные загрязнения, слишком высокая начальная шероховатость поверхности.
Анодное формообразование (ЭХФ) используют для изготовления деталей с заданными формой, размерами и качеством поверхности. При ЭХФ деталь получают в условиях, когда форма катода-инструмента копируется на аноде-заготовке. Процесс проводится в потоке электролита (обычно растворы солей, например NaNO3) при плотностях тока в десятки А/см2, межэлектродном расстоянии порядка 0,1 мм. По мере растворения анода-заготовки катод с помощью специального механизма продвигается в направлении растворения. В отличие от традиционной механической обработки, ЭХФ характеризуется отсутствием механического контакта между инструментом и деталью, низкими температурой и давлением в рабочей зоне, отсутствием износа инструмента и заусенцев на обработанной детали. ЭХФ пригодно для обработки легкодеформируемых деталей, хрупких и твердых материалов, обработки в труднодоступных местах.
Электрохимическим растворением с помощью вращающегося дискового электрода или другого катода-инструмента производят разрезание заготовок из различных металлов и сплавов, тонкостенных труб, металлических монокристаллов, полупроводниковых материалов.
Разновидность электрохимическая обработка металлов – электролитный нагрев с целью термической или химико-термической обработки деталей (нагрев с последующей закалкой в электролите, науглероживание, азотирование поверхностного слоя). Этот вид обработки проводится в таком режиме, когда растворение металла крайне мало, а сильный нагрев происходит при прохождении тока через парогазовый приэлектродный слой, который возникает из-за вскипания электролита около электрода при высоких значениях плотности тока и напряжения.
Электрохимическое оксидирование имеет две основных разновидности: получение барьерных тонких (толщиной до мкм) и пористых толстых (до нескольких сотен мкм) анодных оксидных пленок. Барьерные пленки получают в растворах электролитов типа Н3ВО3, не растворяющих оксиды, обычно в два этапа. На первом этапе - в гальваностатических условиях; при этом напряжение увеличивается во времени, а толщина оксидной пленки пропорциональна прошедшему количеству электричества. После достижения заданного напряжения режим изменяют на вольтостатический: ток снижается во времени, диэлектрические свойства оксидной пленки повышаются. Одна из наиболее важных областей применения барьерных оксидных пленок - получение диэлектрического слоя электролитических конденсаторов.
Пористые анодные оксидные пленки выращивают в агрессивных по отношению к оксиду электролитах, например в 15%-ной H2SO4, при постоянном напряжении. Такие пленки состоят из двух слоев: тонкого барьерного и значительно более толстого пористого. Они широко применяются в качестве декоративно-защитных покрытий. Для улучшения защитных свойств после оксидирования пористые пленки подвергают операции "наполнения" ("уплотнения"), чаще всего обработкой в горячей воде. Для повышения декоративных свойств пористые пленки на алюминии окрашивают в разные цвета, подвергая обработке растворами красителей или дополнительной электрохимической обработке переменным током в электролитах, содержащих соли Сu, Ni, Sn.
Новое направление электрохимическая обработка металлов – микродуговое оксидирование, то есть формирование анодной оксидной пленки в условиях протекания электрических микроразрядов на аноде, что расширяет возможность получения оксидных покрытий с различными полезными свойствами.
электрохимическая обработка металлов применяют для маркирования изделий. Нужные знаки на металлической поверхности получают локальным изменением цвета в результате очень неглубокого травления (или оксидирования) либо в результате рельефного травления. Получили развитие комбинированные методы обработки, в которых электрохимической воздействие на металл совмещено с какими-либо другим (например, механическим, эрозионным, лазерным).
Лит.: Ямпольский A.M., Травление металлов, М., 1980; Анодные оксидные покрытия на металлах и анодная зашита, 2 изд., К., 1985; Штанько В.М., Животовский Э.А., Электрохимическая обработка металлопродукции, М., 1986; Грилихес С. Я., Электрохимическое и химическое полирование, Л., 1987; Дураджи В.Н., Парсаданян А. С., Нагрев металлов в электролитной плазме, Киш., 1988; Давыдов А.Д., Козак Е., Высокоскоростное электрохимическое формообразование, М., 1990.
