Теоретическое введение

Электролиз с растворимым анодом широко применяется для различных технологических целей, например для очистки металлов от примесей, электрофрезерования или для обработки поверхности металлов. В последнем случае в результате анодного растворения металлов при определенных значениях плотности тока и напряжения в электролизере, а также при применении  электролитов определенного состава происходит выравнивание поверхности металла анода вплоть до зеркального блеска. В результате этого процесса не только улучшается качество обработки поверхности самого металла, но  и, если оно имеется, покрытия на металле, за счет удаления внешнего неравномерного слоя покрытия или дефектов на металле, возникших при его механической обработке. После электрополирования благодаря большей однородности поверхности увеличивается коррозионная стойкость металлов.

При анодном растворении начиная с некоторых значений потенциалов электрода скорость растворения металла, т.е. количество ионов, переходящих в раствор в единицу времени, становится больше скорости отвода ионов. В результате в прианодном слое концентрация ионов металлов возрастает и образуется слой электролита с повышенной вязкостью, что приводит к уменьшению скорости движения ионов и к снижению общей величины тока. Однако толщина этого вязкого слоя не везде одинакова вследствие шерохова­тости поверхности металла, поэтому на ее выступах, где толщина слоя меньше, скорость растворения будет больше, что и приводит к выравниванию поверхности изделия. При дальнейшем повышении потенциала начинается процесс элект­ролиза воды с интенсивным выделением на аноде кислорода, пузырьки которого срывают вязкий слой. Вследствие этого величина тока воз­растает, а качество электрополирования снижается.

Факт образования вязкого слоя, а следовательно и возможности полирования, можно установить по вольт-амперной харак­теристике электролизера – зависимости . Наличие вязкого слоя, а также границы его существования определяются «провалом» на вольт-амперной кривой.

Существование вязкого слоя, обеспечивающее эффект полирования, зависит не только от режима, например, от напряжения на клеммах электролитической ванны, но и от состава электролита. Как правило, для увеличения вязкости применяют очень концентрированные кислоты. Поэтому при работе с ними необходимо проявлять крайнюю осторожность.

 Ниже приводятся составы электролитов, применяемых для электрополирования наиболее распространенных металлов и сплавов:

● алюминий и его сплавы: фосфорная кислота H₃PO₄ – 60%;  серная кислота H₂SO₄  – 40%.;

● медь и ее сплавы: фосфорная кислота –75%, хромовый ангидрид Cr₂O₃ – 7,5%;

● никель и его сплавы: серная кислота – 70%;

● углеродистые и малолегированные стали: фосфорная кислота –75%, хромовый ангидрид – 5%;

●  нержавеющие стали: фосфорная кислота – 43%, серная кислота –1,5%.

При электрополировании в ряде случаев не удается добиться зеркальной поверхности по следующим причинам:

1) из-за образования питтингов (мест точечной коррозии) вследствие длительной задержки пузырьков кислорода на поверхности металла;

2)  из-за образования непрозрачных и окрашенных плёнок, состоящих из оксидов или солей, вследствие  неправильного режима электрополирования или неоптимального состава электролита;

3) из-за плохой предварительной механической обработки металла, оставляющей глубокие царапины на его поверхности;

4) из-за при­сутствия в электролите взвешенных частиц, которые дают направленное движение пузырькам кислорода, вследствие чего на по­верхности металла образуются полосы.

 

Оборудование

1. Выпрямитель переменного тока ВС-24.

2. Электролизер со свинцовыми катодами и раствором электроли­та (70% Н₂S0₄).

3. Миллиамперметр.

4. Милливольтметр.

5. Пластинки металла (Ni) для полирования (аноды).

        Последовательность выполнения работы

1. Собрать или проверить собранную схему установки для полирова­ния (см. рис. 6.5).

Электролизер и миллиамперметр, соблюдая поляр­ность  (анод А «+»; катод К «–»), следует подсоединить последова­тельно к выпрямителю. Милливольтметр подсоединяется к электролизе­ру параллельно.

2. Измерить с помощью линейки площадь поверхности никелевой пластинки с обеих сторон (см²) и зачистить пластинку наждачной бумагой.

3. Присоединить пластинку к аноду и погрузить в электролизер с электролитом.

4. Снять вольт-амперную характеристику анода, для этого поставить регулятор тока выпрямителя в крайнее левое положение и включить прибор. Плавно поворачивая регулятор тока вправо, установить необходимое значение напряжения (см. табл.) и за­писать сразу показания миллиамперметра, не дожидаясь постоянного значения тока, при этом рассчитать цену каждого деления шкалы обоих измерительных приборов. Проводить электрополирование при 7-8 значениях величины тока. Следить за тем, чтобы напряжение на электролизере не превышало 4 В, иначе в результате окисления воды на аноде будет выделяться кислород, который вместе с водородом, выделяющимся на катоде, может образовать гремучий газ. 

 

Напряжение, В	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
Сила тока, А
Плотность тока, А/см2

 

 

Рис. 6.5. Установка для электрополирования

 

5. Рассчитать плотности тока (А/см²) и на миллиметровой бумаге построить зависимость плотности тока (ось ординат) от напряжения (ось абсцисс).

6. Представить график преподавателю для получения трех режимов по­лирования.

7. Для полирования использовать три никелевые пластинки. За­чистить их поверхность до одинакового состояния и отполировать каждую в течение трех минут в указанных режимах, следя за величиной напряжения.

8. Осторожно (кислота концентрированная!) извлечь образ­цы из зажима крышки электролизера, смыть остатки кисло­ты под слабой струей воды из водопроводного крана и промокнуть пластинки фильтровальной бумагой.

9.  Визуально определить типы дефектов на поверхности металла и по состоянию лучшего образца определи­ть оптимальный режим полирования, записать наблюдения в тетрадь.

10. Составить уравнения электрохимических процессов, протекающих на аноде и катоде электролизера.