Аннотация
В данной статье приводятся результаты исследований электрохимической обработки (ЭХО) алюминиевого сплава 1201 в водных растворах нитрата аммония. Анализ различных отечественных и зарубежных исследований в области электрохимической обработки материалов показал, что изучение и моделирование формы электрода-инструмента является актуальной задачей. Форма электрода-инструмента подбирается с учетом множества факторов: скорости потока электролита, температуры электролита, плотности тока. Кроме того, важную роль играет электродное покрытие, использование которого позволяет повысить качество обработки деталей.
В ходе проведенных исследований определено влияние состава электролита, плотности тока, скорости потока на качество поверхности по длине межэлектродного канала. Эксперименты показали, что скорость потока электролита ~0,55 м/с обеспечивает минимальное значение шероховатости. Превышение скорости потока электролита приводит к существенному снижению качества поверхности детали. Выявлено, что при применении катода-инструмента, имеющего в сечении круглую форму, происходит растекание тока по поверхности обрабатываемого материала, что снижает точность обработки и шероховатость поверхности в переходной зоне. Использование катода с плоской рабочей поверхностью позволит увеличить степень локализации плотности тока на обрабатываемой поверхности и повысить точность обработки. Установлено, что катод-инструмент с плоской рабочей поверхностью из окислов титана позволяет уменьшить шероховатость обрабатываемой детали.
В результате исследований выявлен оптимальный режим ЭХО тонкостенных крупногабаритных деталей при использовании катода инструмента из титана с полупроводниковым покрытием на его поверхности.
Рекомендуемые параметры процесса ЭХО: плотность тока в диапазоне от 14 до 26 А/см2, скорость потока электролита от 0,3 до 0,6 м/с, температура электролита 25–30°С. В качестве электролита целесообразно применять водный раствор 15% NH4NO3 + 2,5% Na3C6H5O7.
Ключевые слова
Электрохимическая обработка, электрод-инструмент, катод, шероховатость, электролит, скорость потока, плотность тока.
1. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г.Л. Амитан, И.А. Байсупов, Ю.М. Барон и др.; под общ. ред. В.А. Волосатова. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1988. 719 с.
2. Смоленцев В.П., Болдырев А.И., Смоленцев Е.В. Теория электрохимических и физико-химических методов обработки. Воронеж: ГОБУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2007. 376 с.
3. Chang C.S., Hourng L.W. Two-dimensional two-phase numerical model for tool design in electrochemical machining. Journal of Applied Electrochemistry. Volume 31, Issue 2, 2001, pp. 145-154.
4. Zhou Y., Derby J.J. The cathode design problem in electrochemical machining. Chemical Engineering Science. Volume 50, Issue 17, September 1995, pp. 2679-2689.
5. Jain V.K. Tooling design for ECM. Precision Engineering. Volume 2, Issue 4, October 1980, pp. 195-206.
6. Reddy M.S., Jain V.K., Lal G.K. Tool design for ECM: Correction factor method. Journal of engineering for industry. Volume 110, Issue 2, May 1988, pp. 111-118.
7. Chang C.S., Hourng L.W., Chung C.T. Tool design in electrochemical machining considering the effect of thermal-fluid properties. Journal of Applied Electrochemistry. Volume 29, Issue 3, March 1999, pp. 321-330.
8. Purcar M., Bortels L., Van Den Bossche B., Deconinck J. 3D electrochemical machining computer simulations. Journal of Materials Processing Technology. Volume 149, Issue 1-3, 10 June 2004, pp. 472-478.
9. Shibli S.M.A., Dilimon V.S., Saji V.S. RuO2–TiO2 mixed oxide composite coating for improvement of Al-alloy sacrificial anodes. Journal of Solid State Electrochemistry. 2007, Volume 11, Issue 2, pp. 201–208. doi: 10.1007/s10008-005-0088-5.
10. Shrivastava P., Moats Michael S. Wet film application techniques and their effects on the stability of RuO2–TiO2 coated titanium anodes. Journal of Applied Electrochemistry. 2009, Volume 39, Issue 1, pp. 107–116. doi: 10.1007/s10800-008-9643-y.
11. Gorodetskii V.V., Neburchilov V.A., Alyab’eva V.I. Titanium anodes with an active coating based on iridium oxides: the effect of the coating’s thickness, porosity, and morphology on its stability, selectivity, and catalytic activity. Russian Journal of Electrochemistry. 2005, Vol. 41, No. 10, pp. 1111–1117.
12. Wang Y., Liao Y., Li W., Tang X., Li X. Carbon coating of Li4Ti5O12-TiO2 anode by using cetyl trimethyl ammonium bromide as dispersant and phenolic resin as carbon precursor. Ionics. 2015, Volume 21, Issue 6, pp. 1539–1544. doi: 10.1007/s11581-014-1309-7.
13. Nikolic B.Z., Panic V.V., Dekanski A.B. Intrinsic potential-dependent performances of a sol–gel-prepared electrocatalytic IrO2–TiO2 coating of dimensionally stable anodes. Electrocatalysis. 2012, Volume 3, Issue 3, pp. 360–368. doi: 10.1007/s12678-012-0086-1.
14. Gorodetskii V.V., Neburchilov V.A. Titanium anodes with active coatings based on iridium oxides: the chemical composition of the coatings and the distribution of their components over depth on anodes made of IrO2, IrO2 + TiO2, IrO2 + RuO2 + TiO2, and IrO2 + RuO2 + TiO2 + Ta2O5. Russian Journal of Electrochemistry. Vol. 39, No. 10, 2003, pp. 1116–1123.
15. Gorodetskii V.V., Neburchilov V.A. Tantalum Oxide Effect on the Surface Structure and Morphology of the IrO2 and IrO2 + RuO2 + TiO2 Coatings and on the Corrosion and Electrochemical Properties of Anodes Prepared from These. Russian Journal of Electrochemistry. 2007, Vol. 43, No. 2, pp. 223–228.
16. Moradi F., Dehghanian C. Influence of heat treatment temperature on the electrochemical properties and corrosion behavior of RuO2–TiO2 coating in acidic chloride solution. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2013, Vol. 49, No. 6, pp. 699–704. doi: 10.1134/S2070205113060245.
17. Dengyong W., Zengwei Z., Ningfeng W., Di Z. Effects of shielding coatings on the anode shaping process during counter-rotating electrochemical machining. Chinise journal of mechanical engineering. 2016, Vol. 29, No. 5, pp. 971-976. doi: 10.3901/CJME.2016.0419.055.
18. Lee D.E., Soper S.A., Wang W. Fabrication and mathematical analysis of an electrochemical microactuator (ECM) using electrodes coated with platinum nano-particles. Microsystem Technologies. 2010, Volume 16, Issue 3, pp. 381-390. doi: 10.1007/s00542-009-0940-0.
19. Wang D., Zhu Z., Bao J., Zhu D. Reduction of stray corrosion by using iron coating in NaNO3 solution during electrochemical machining. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015, Volume 76, Issue 5, pp 1365–1370. doi: 10.1007/s00170-014-6351-0.
20. Физико-химические свойства окислов. Справочник / Самсонов Г.В, Борисова А.Л. и др. M.: Металлургия, 1978. 472 с.