Саратов, Саратовская область, Россия
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ( доцент)
Саратов, Саратовская область, Россия
Саратов, Саратовская область, Россия
Саратов, Саратовская область, Россия
Описаны результаты опыта по электрохимическому удалению твердого антифрикционного покрытия с поверхности металлической детали. В качестве электролита использовался раствор азотной кислоты. Для проведения исследований применялся неполный трехфакторный эксперимент на двух уровнях. Установлено, что наибольшее влияние на степень удаления покрытия оказывает время обработки. Концентрация раствора азотной кислоты и величина электрического напряжения оказываю значительно меньшее влияние.
электрохимическая обработка, покрытие, режим обработки, электролит
Иногда при осуществлении твердого антифрикционного покрытия деталей появляется брак в виде недостаточно равномерного слоя покрытия несоответствующего внешнего вида, недостаточной толщины покрытия, наличия непокрытых участков, слабой адгезии покрытия к подложке и других погрешностей. В этом случае покрытие необходимо удалить, чтобы восстановить первоначальное состояние подложки и подготовить ее к повторному нанесению покрытия. Особенно это касается высокоточных деталей, изготовление которых связано с большими материальными и трудовыми затратами.
Среди различных методов удаления твердых антифрикционных покрытий наиболее часто используется эелектрохимическая обработка [1 ‒ 6]. Деталь, с которой удаляется покрытие, используется в качестве анода. При удалении никелевого, серебряного, медного и многих других металлических покрытий используются растворы различных кислот, обычно серная и азотная кислоты высокой концентрации – более 10…30 %, высокая плотность тока – 5..10 А/дм2 при температуре электролита 20…40 °С.
Проблемой является удаление твердых покрытий, которые не растворяются в электролитах. К таким покрытиям относятся графитовые, молибденовые и алмазоподобные износостойкие антифрикционные покрытия. Для удаления этих покрытий используются трудоемкие механические методы обработки, либо деталь относят к неисправимому браку, что влечет за собой большие финансовые потери.
Для решения проблемы удаления твердых антифрикционных покрытий был использован метод электрохимической обработки с низкой концентрацией электролита. Предварительно было установлено, что при концентрации электролита более 0,5 % процесс удаления покрытия резко затормаживается, а деталь покрывается черным налетом. С целью поиска рационального режима удаления покрытия были использованы следующие условия электрохимической обработки.
В качестве объекта экспериментальных исследований использовался процесс удаления твердого алмазоподобного антифрикционного покрытия с металлических деталей. Предметом исследований являлось определение зависимости степени удаления твердого антифрикционного покрытия от условий электрохимической обработки. Образцами служили детали, изготовленные из закаленной до твердости 60…61 HRC стали ШХ15 ГОСТ 801-78, покрытые тонким слоем толщиной 1,5…2,0 мкм твердым алмазоподобным материалом.
Был выполнен дробный факторный эксперимент 
. Число параллельных опытов составляло три. За показатель обработки была принята доля очищенной от покрытия поверхности S. Кроме того, замерялась величина электрического тока. Переменными факторами являлись время обработки t, концентрация раствора азотной кислоты k и электрическое напряжение U. Численные значения варьируемых факторов представлены в табл. 1.
- Значения варьируемых факторов
|
Значения |
|
% |
В |
|
Минимальное |
0,5 |
0,125 |
6 |
|
Максимальное |
1,5 |
0,25 |
12 |
|
Среднее |
1,0 |
0,1875 |
9 |
Статистическая обработка результатов исследований осуществлялась по методике, изложенной в работе [7]. Однородность дисперсий определялась по критерию Кохрена. Значимость коэффициентов регрессии определялась по критерию Стьюдента. Адекватность модели определялась по критерию Фишера. Во всех этих случаях использовался уровень значимости 5 %.
В результате обработки экспериментальных данных было получено уравнение регрессии в следующем виде:
.
Указанная зависимость наглядно представлена на рис. 1 ‒ 3.
На рис.1 показана зависимость доли очищенной от покрытия поверхности от времени обработки при максимальных, средних и минимальных значениях двух других факторов. Как видно (см. рис. 1), с увеличением времени обработки доля очищенной поверхности резко возрастает. Механизм этого влияния можно объяснить следующим образом. Электролит в процессе обработки проникает через поры покрытия к материалу подложки и осуществляет травление ее металлической поверхности. В результате этого адгезионные связи покрытия с подложкой ослабляются, и материал покрытия осыпается.
Чем больше время обработки, тем электролит более глубоко проникает в покрытие, и большая часть поверхности подложки подвергается травлению. Это приводит к увеличению доли удаленного покрытия.
Концентрация раствора и электрическое напряжение при принятых значениях оказывают на результаты обработки значительно меньшее влияние, чем время. На рис. 2 показана зависимость доли удаленного с подложки покрытия от концентрации раствора азотной кислоты.
Как видно на рис. 2, с возрастанием концентрации раствора степень очистки поверхности от покрытия слабо возрастает. Такое слабое влияние концентрации раствора на получаемый результат объясняется тем, что она оказывает двойственное влияние на процесс удаления покрытия.
С одной стороны, с увеличением концентрации азотной кислоты травление подложки осуществляется более активно. С другой стороны, с возрастанием концентрации раствора увеличивается активность образования на поверхности подложки окисной пленки, которая препятствует проникновению электролита в зону адгезии покрытия с подложкой, что приводит к уменьшению степени очистки поверхности. Действие такого механизма, в частности, подтверждается тем, что при концентрации раствора азотной кислоты, равной 0,25 % и времени обработки 1,5 мин на поверхности образца появляется слабый серый налет окисной пленки.
Такое же слабое влияние на процесс удаления покрытия оказывает и электрическое напряжение. Как видно на рис. 3, изменение напряжения в 2 раза приводит к увеличению доли удаленного покрытия при минимальном значении времени и концентрации раствора почти на 50 %, а при максимальном времени обработки и максимальной концентрации раствора – всего на 4 %.
На взгляд авторов, электрическое напряжение на степень удаления твердого покрытия оказывает такое же двойственное влияние, как и концентрация электролита. С увеличением электрического напряжения, с одной стороны, увеличивается активность травления покрытия, с другой стороны, появляется окисная пленка, которая повышает электрическое сопротивление системы и снижает активность процесса. Об этом, в частности, свидетельствует и тот факт, что с увеличением электрического напряжения в 2 раза величина электрического тока возрастает лишь на 47 % ‒ с 0,17 А до 0,25 А.
Выводы
На основе выполненных исследований можно сделать вывод, что в данных условиях эксперимента следует использовать максимальные значения времени обработки 
мин; максимальные значения концентрации раствора азотной кислоты 
% и электрического напряжения 
В.
На практике с целью повышения надежности процесса обработки, особенно при увеличении толщины удаляемого покрытия, более целесообразно повышать время обработки, а концентрацию раствора и электрическое напряжение использовать в указанных выше значениях.
1. SU 1807099 Способ удаления никелевых покрытий со стальных изделий, кл. F 25 C5/00, 1993.
2. Коробочкин, В.В. Разрушение никеля и кадмия при электролизе переменным током промышленной частоты // Известия Томского политехн. ун-та. – 2003. – № 1. – С. 23–24.
3. Никифорова, Е.Ю., Килимник, А.Б. Электрохимическое поведение воздушно окисленного никеля в концентрированных растворах гидроксида натрия // Вестник Тамбовского гос. техн. ун-та. – 2009. – Т.15. – № . – С. 147–153.
4. Бойко, А.В. Электронная обработка металлов // Электрохимия. – 1975. – № 1. – С. 60–65.
5. RU 2460869. Установка для удаления покрытий и способ ее эксплуатации, кл. C25F 5/00 , C25F 7/00 , 2012г.
6. RU 2405070. Способ электрохимического удаления металлических покрытий с конструктивной детали, кл. C25F 5/00 , 2010г.
7. Спиридонов, А.А. Планирование экспериментов при исследовании технологических процессов. – М.: Машиностроение, 1981. – 184с.
