Розмірна електрохімічна обробка

До цих методів обробки відносять анодно-гідравлічну і анодно-механічну обробку <http://vseslova.com.ua/word/%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE-%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D1%96%D1%87%D0%BD%D0%B0_%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BA%D0%B0-4424u>.

Анодно-гідравлічна обробка вперше була застосована в Радянському Союзі в кінці 20-х рр. для витягання із заготівки залишків застряглого зламаного інструменту. Швидкість анодного розчинення залежить від відстані між електродами: чим воно менше, тим інтенсивніше відбувається розчинення. Тому при зближенні електродів поверхня анода (заготівка) в точності повторюватиме поверхню катода (інструменту). Проте процесу розчинення заважають продукти електролізу, обробки, що скупчуються в зоні, і виснаження електроліту. Видалення продуктів розчинення і оновлення електроліту здійснюються або механічним способом (анодно-механічна обробка), або прокачуванням електроліту через зону обробки.

Цим методом, підбираючи електроліт, можна обробляти практично будь-які струмопровідні матеріали, забезпечуючи високу продуктивність у поєднанні з високою якістю поверхні. Використовувані для анодно-гідравлічної обробки електрохімічні верстати прості в обігу, використовують низьковольтне (до 24 в) електроустаткування. Проте значна щільність струму (до 200 а/см ² ) вимагає потужних джерел струму, великих витрат електроліту (інколи до ¹ / ₃ площі цехів займають баки для електроліту). [4]

Цим способом обробляють заготовки із високоміцних сплавів, карбідних і важкооброблюваних металів.

Для розмірної електрохімічної обробки використовують нейтральні електроліти, такі як розчини солей NaCl, NaNO₃, Na₂SO₄.

Для нашої курсової було обрано кухонну сіль, тобто NaCl

1.3 Застосування електрохімічної обробки для заточування голки тунельного мікроскопу

У тунельної мікроскопії використовуються голки з над малим радіусом заокруглення кінця (до 1 нанометра і менше). Такі голки можна отримати в процесі електрохімічного травлення тонкого дроту (діаметром 0,2 - 0,3 мм) з повільно окислюються металів (наприклад, вольфраму). Найбільше поширення отримав процес травлення в плівці їдкого натру (рис.1.1.) [5].

Під час знаходження дроту в плівці, частина речовини металу стравлюється і до деякого моменту часу нижня частина дроту (рис. 1) під дією власної ваги падає, при цьому на місці розриву утворюється голка, так як шар металу зменшується в процесі деформації поступово.

Оцінки показують, що технологія травлення голок в плівці дозволяє отримувати досить гострі голки. Дійсно, деформація дроту ε під дією ваги P її нижнього кінця дається формулою [5]:

,

де E - модуль пружності (приблизно 1.10^-6 кг/см²), d - діаметр поперечного перерізу дроту в місці відриву. З теорії пластичності відомо, що металевий дріт розривається при деформаціях, що лежать в діапазоні 0,03 - 0,1. Розрахунки з використанням формули для величини деформації показують, що при діаметрі голки d = 0,3 мм і довжині звішувати кінця 3 мм, діаметр в місці розриву виходить рівним всього 30 нм.

Ця величина сама по собі досить мала. Вибираючи відповідні матеріали, можна отримувати ще більш тонкі голки. Наприклад, перед-покладається, що у вольфраму в місці розриву утворюються волоски, діаметр яких має порядок нанометрів.

Рис. 1.2.

Другим способом отримання надгострих голок є процес електрохімічного заточування дроту в розчині. Він відбувається наступним чином.

Тонка дріт поміщається в розчин їдкого натрію і подається напруга між електродом і дротом. Поступово дріт стоншується і на своєму кінці набуває форму голки (рис. 1.2.). [5] Цей процес зазвичай використовується для підтравлювання дроту з метою зменшення її діаметра та отримання більш тонкої голки в першому процесі.

Разом з тим, видається можливим отримання голки з надмалим закругленням тільки в другому процесі. Це припущення грунтується на тому, що вже в першому процесі можливе зменшення діаметра дроту до як завгодно малої величини, і отримання як завгодно малого радіуса заокруглення. Крім того, можливе використання технологій розтягування і відриву кінця голки під дією сили тяжіння. Момент відриву гіпотетично можна встановити по стрибку струму електрохімічної реакції.

У зв'язку зі сказаним представляє інтерес дослідження форми, яку приймає голка в процесі електрохімічного травлення. У даний роботі робиться спроба з'ясувати, чи існує такий профіль, який не змінюється при травленні. Існування такого профілю дозволило б побудувати управління процесом отримання голки.

При цьому сам факт існування такого профілю не є очевидним. Відмінність аналізованої математичної моделі процесу травлення полягає в тому, що на ширину голки не накладаються обмежень. У реальних умовах голка виходить з дроту кінцевого діаметра, тому ширина одержуваної голки не може його перевершувати. Якщо ж у завдання додати обмеження на діаметр, то форма голки відповідним чином зміниться. У моделі врахуємо, що коефіцієнт швидкості розчинення не є постійним і може залежить від різних факторів, наприклад, локальної кривизни дроту.