Картинка Wirestock, Freepik

Некоторое время назад мы ознакомились с очень интересной темой, где рассматривается способ быстрой полировки металлов «до идеального зеркала» буквально за секунды (к слову, именно после ознакомления с этой технологией я осознал, почему моя открывашка для консервов так блестит при покупке в магазине и как этого добиваются).

Этот способ позволяет избежать долгой и трудозатратной обработки поверхности собственными силами, механически.

Но, как мы там узнали, этот способ достаточно экстремальный, так как его технология включает работу с высокими напряжениями, в частности, больше 200 В, и поэтому этот способ зачастую используется в промышленности, где такие напряжения мало кого пугают, главное — обеспечить быстрый конвейерный способ обработки продукции с требуемой скоростью.

Поэтому обычному домашнему мастеру «остаётся только облизываться» на такие технологии, когда потребность в них возникает.

И мне стало интересно — а есть ли более безопасные, щадящие технологии, позволяющие добиться того же результата, но не связываясь при этом с промышленными опасными подходами?

И я нашёл такую технологию: электрохимическая полировка!

Гальваника наоборот

Мы в обыденном сознании привыкли к тому, что гальваника предназначена для нанесения металлических покрытий на металлические или неметаллические основания (классический пример — покрытие металлом жука).

Тем не менее, гальваническая обработка может применяться и с абсолютно обратным смыслом — для удаления части материала с поверхности с целью её сглаживания.

Такая обработка, как и упомянутая выше промышленная обработка при высоких напряжениях (называется «электроплазменная обработка»), позволяет избежать больших трудозатрат механических способов сглаживания поверхности твёрдыми материалами (шкурки, напильники, точильные камни и т.д.).

В общем случае, электрохимическую полировку можно охарактеризовать как способ, при котором деталь погружается в электролит, представленный раствором, содержащим кислоту, где деталь подвешивается на положительный полюс (анод) и обработка происходит при постоянном напряжении в 10-20 В.

Суть самого процесса заключается в сглаживании пассивирующей плёнки на поверхности металла, где микрорельеф поверхности представлен обычно острыми шероховатостями, которые в процессе обработки выглаживаются, приобретая более округлую форму, при этом более мелкие выглаживаются быстрее.

В общем случае, так как суть полировки заключается в снятии достаточно малого слоя материала с поверхности, подразумевают работу с микрорельефом, тогда как макрорельеф должен быть предварительно подготовлен, сглажен (например, классическими (механическими) способами, литьём и т. д.).

Первые опыты по электрохимическому полированию относятся ещё к 1935 году, когда этот новый способ был протестирован на медном образце площадью в 1 см², который после обработки был изучен, и учёные отметили крайне высокое качество, несмотря на практически полное отсутствие трудозатрат, которые были бы свойственны получению поверхности такого качества при механической обработке. Кроме того, как выяснилось, такой способ обработки позволяет изготавливать детали с соблюдением узкого предела допусков в обработке поверхности (соответственно, и в размерах деталей в целом).

После этих первых опытов такой способ обработки был существенно усовершенствован, и в настоящее время применяется как в составе инструментария ручных методов, так и на автоматизированной основе.

Рассмотрим, какие есть варианты выполнения обработки.

Полировка в обычном сосуде (ёмкости)

При таком способе обработки типовая площадь детали находится в пределах от 10 до 15 см², а источником тока может служить или аккумулятор, или слаботочный выпрямитель, который может обеспечить плотность тока порядка нескольких ампер на см²; при таком варианте обеспечивается малый съём металла с поверхности, находящийся, в обычном случае, в пределах 0,5-1 мкм.

В качестве электролита для таких установок могут быть использованы составы с содержанием хлорной (HCLO4) и уксусной кислоты (на самом деле, это не единственно возможные составы, какие ещё могут быть использованы — вы можете узнать из большой таблицы в конце статьи). Такие составы позволяют отполировать многие металлы, причём свежеприготовленный электролит не позволяет добиться нужной скорости полировки, для этого необходимо обогатить его предварительно ионами металла путём анодного растворения металла.

Чтобы избежать неравномерного растворения анода, необходимо его либо перемещать поступательно вверх/вниз, либо вращать вокруг своей оси.

При использовании электролитов с малой электропроводностью необходимо продумать систему охлаждения электролита, так как при продолжительной работе установки на поверхности анода образуется вязкая плёнка, которая сильно нагревается и передаёт свою температуру электролиту.

Полировка тампоном

Точно так же, как и в предыдущем варианте, используется низковольтный источник питания, который может обеспечить постоянный ток.

В качестве главного обрабатывающего устройства используется так называемый «тампон», который (в одном из возможных вариантов) представляет собой овальный электрод из нержавеющей стали, где овальная головка обтягивается чехлом из стекловолокна, который может удерживать некоторое количество электролита.

Далее тампон подключается к минусу источника питания, а обрабатываемая поверхность — соответственно, к плюсу, а сама технология заключается в том, что поверхность методично обрабатывается этим устройством, «намазывая» электролит на поверхность обрабатываемой детали, что позволяет обработать существенные по площади поверхности.

Это вкратце, если говорить об обычных методах обработки, — но существуют ещё и промышленные методы полирования (так же, как и у электроплазменного способа, который я упомянул в самом начале; так что нельзя сказать, что электрохимический способ годится только для «кустарных» работ), рассмотрим ещё и их.

Основными требованиями, которые предъявляются к промышленным методам является: максимальная простота, надёжность технологии, возможность осуществления лёгкого контроля, а также общая экономичность.

Для промышленных способов изготавливают ванны из нержавеющей стали или пластмассы (если обработка подразумевает работу при малых температурах), а сами детали подвешиваются на специальных штангах, которые колеблются вверх-вниз, на расстояние порядка 15 см, с периодичностью порядка 30 раз в минуту.

Кроме того, для улучшения циркуляции электролита могут применять ещё и его перемешивание.

В качестве питающего диапазона напряжений используется обычно диапазон в 14-16 В, но иногда могут применять и более высокие значения (40-60 В).

Также для ускорения процессов используется электролит, подогретый до температур в 50-90°С.

В дальнейшем, в процессе работы, эта температура поддерживается автоматически за счёт естественного выделения тепла.

Что же касается кислот, то в промышленности применяются, в подавляющем большинстве случаев, концентрированные их версии в виде смесей, например, фосфорной и серной кислот.

В качестве альтернативы может быть применена смесь из фосфорной кислоты и спиртов (например, этилового).

Это не единственный возможный вариант, но нужно учитывать, что некоторые варианты могут быть достаточно опасными: в 1947 году в Лос-Анджелесе произошёл взрыв 800-литровой ванны с уксусно-хлорнокислым электролитом, что привело к последствиям в виде 15 человек убитыми, 150 ранеными и ущербу в 2 млн долларов!

В результате исследования причин аварии было выявлено, что её причинами явилось незнание правил безопасности в отношении этой смеси: излишняя концентрация хлорной кислоты (72%) по отношению к количеству второго компонента, превышение предельной температуры в 27°С и соприкосновение смеси с органическим веществом.

В истории это была не единственная авария с электролитом подобного типа, поэтому в дальнейшем он был запрещён к применению во многих местах.

Качество получаемой поверхности

Говоря о качестве поверхности, нельзя забывать, что она должна быть предварительно до обработки соответствующим образом подготовлена. И эта подготовка, в большей степени касается того, чтобы удалить с поверхности жиры и другие загрязняющие включения.

Это включения не особо мешают при самом процессе полировки, так как всплывают на поверхность электролита, однако проблема заключается в том, что при извлечении деталей из ванной и повторной загрузке (например, в процессе постоянного поднимания-опускания деталей, который мы рассматривали выше) жировая плёнка, плавающая на поверхности, осаждается на уже очищенные участки и крепко прилипает к ним, что приводит в дальнейшем к неравномерному полированию (только преимущественно открытых, без жира участков).

Мне удалось найти интересную технологическую карту, как производится такая очистка поверхности в промышленности. Думаю, её можно иметь в виду и для обычных применений (не обязательно делать именно так, но иметь в виду, как это делается «по уму», стоит):

Картинка: «Справочное руководство по гальванотехнике» — Н.Б.Сциборовский, М.Г.Солюс, В.Ф.Рау, Москва, 1969 г.

В общем случае можно сказать, что электрохимическая полировка позволяет добиться лучшего качества, чем механическая обработка, с меньшими трудозатратами; кроме того, наблюдается и ряд попутных интересных эффектов.

Например, было обнаружено, что поверхностный слой металла обычно имеет напряжения, которые при электрохимической обработке исчезают.

Причиной напряжений поверхностного слоя является его течение при механической обработке; при электрохимической обработке этот слой может быть полностью уничтожен (при надобности), благодаря чему поверхность становится идентичной чистому металлу.

Также было выявлено, что детали, подвергнутые электрохимической обработке, имеют гораздо более низкий коэффициент трения у поверхности, что, соответственно, уменьшает износ и увеличивает долговечность.

Кроме того, было обнаружено, что такая обработка увеличивает стойкость деталей, увеличивая предел усталости (при механической обработке напряжения из поверхностного слоя могут постепенно развиваться, образуя со временем трещины в детали).

Ещё одним интересным эффектом является увеличение коррозионной стойкости, так как с поверхности смываются все загрязнители, и она очень качественно покрывается пассивирующей плёнкой, которая в дальнейшем её хорошо защищает от коррозии.

Дополнительным существенным качеством электрохимического полирования является возможность осуществления с его помощью полировки деталей весьма сложной формы, полировка которых механическим способом была бы существенно затруднена или даже невозможна.

Любопытная особенность электрохимического полирования заключается в том, что переменный ток с частотой в 50-60 Гц также может быть использован для полировки!

При этом детали можно подвешивать на оба электрода одновременно, а основная обработка происходит во время катодного полупериода.

Составов для полирования переменным током тоже достаточно много, и их при желании можно найти в книге «Справочное руководство по гальванотехнике» — Н.Б.Сциборовский, М.Г.Солюс, В.Ф.Рау, Москва, 1969 г. Тут же можно найти ещё больше подробностей по деталям протекающих процессов. Ряд составов и рабочих условий, которые можно применять для полирования при постоянном токе, можно узнать из таблицы ниже (взята оттуда же):


© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?