Установка электролитно-плазменного полирования струйным поливом

Изделие устанавливается на специальную подвеску, обеспечивается надежный электрический контакт. Затем подаётся рабочее напряжение, и деталь медленно погружается в предварительно подогретый электролит.

В процессе полировки поддерживается температура электролита 60–90 0С путем подачи насосом охлажденного электролита из подготовительной ванны в рабочую. После обработки в течение 2–5 минут изделие поднимается из ванны и напряжение отключается. Затем производится промывка изделия в теплой воде и сушка теплым воздухом. Проверяется качество обработанной поверхности, наличие заусенцев и острых кромок.

Последующая обработка готового покрытия

В силу особенностей процесса плотность напылённого слоя и прочность его сцепления с основным металлом не всегда бывают достаточными для обеспечения долговечности покрытия. Поэтому часто после обработки деталь подвергается последующему поверхностному оплавлению с использованием кислородно-ацетиленового пламени, либо в термических печах. Как следствие, плотность покрытия возрастает в несколько раз. После этого продукцию шлифуют и полируют, применяя твердосплавный инструмент.

С учётом последующей доводки изделия, толщину слоя металла после обработки принимают не менее 0,8 — 0,9 мм.

Для придания детали окончательных прочностных свойств её закаливают и отпускают, применяя технологические режимы, рекомендуемые для основного металла.

Плазменное напыление повышает теплостойкость, износостойкость и твёрдость изделий, увеличивает их способность противодействовать коррозионным процессам, а напыление с декоративными целями значительно улучшает внешний вид деталей.

Ограничениями технологии диффузионного плазменного напыления считаются чрезмерная сложность конфигурации заготовки, а также относительная сложность используемых установок.

При невысоких требованиях к равномерности образующегося слоя можно использовать и более простые установки, конструктивно напоминающие сварочные полуавтоматы. В этом случае плазменное напыление производится в воздушном пузыре, который образуется при обдуве зоны обработки компрессором. Электроды, в составе которых имеется напыляемый металл, последовательно перемещаются по контуру изделия. Для улучшения сцепления напыляемого металла с основой внутрь зоны напыления вводится также присадочный материал.

Процесс напыления металлического порошка на токарном станке

Электролитно-плазменная полировка как возможный элемент ядерных технологий

Состояние поверхности конструкционных материалов АЭС влияет на их эксплуатационные свойства, в частности на стойкость к растрескиванию. Технологический процесс многих ответственных изделий ядерной техники включает операции травления, очистки, электрополирования, что позволяет получить готовое изделие с повышенными эксплуатационными свойствами.

В настоящее время для очистки, травления, электрополирования и дезактивации широко используются различные химически активные растворы и композиции, часто включающие агрессивные коррозионно опасные, летучие, ядовитые, горючие компоненты, в том числе на основе смесей сильных кислот.

В качестве альтернативы в работе предложены слабые водные растворы нейтральных солей, в которых под воздействием электрического тока эффективно очищается поверхность черных, углеродистых, нержавеющих сталей и других материалов и которые легко самоочищаются от шлама и радионуклидов простым отстаиванием.

На основе экспериментальных исследований процесса очистки, полировки, дезактивации в растворах различного состава и исследований поверхности широкого круга материалов с использованием методов гравиметрии, металлографии и микроскопии, получены данные о влиянии состава сталей, их структуры, напряженного и деформированного состояния, сварки, при кратковременной (до 8 минут) и длительной обработки (до 600 минут) на чувствительность материалов к растрескиванию, питингообразованию, межкристаллитной коррозии. Обработка проводилась как с катода, так и с анода при напряжении на электродах до 350 В. Для экспериментов в обоих случаях выбирались U-образные образцы с заневоленными концами.

Исследования показали, что химический состав образцов имеет большее влияние на технологический процесс полирования, чем структура, деформация и механические напряжения. Сварной шов полируется также хорошо, как и основной металл. Установлено, что длительная полировка приводит к истончению деформированного и напряженного образца без его растрескивания и сохранения блестящей поверхности. Полировке и очистке поддаются даже изделия из фольги толщиной более 0,1 мм. Методом электролитно-плазменной полировки получены также качественные металлографические шлифы обработанных образцов. Приготовлены демонстрационные изделия с использованием старогодных деталей сильфонной арматуры, деталей манометров высокого давления, термопарных каналов и других изделий, используемых в ядерной энергетике. Найдены универсальные составы электролитов для полировки черных, нержавеющих сталей.

Нами найдены также составы электролитов, позволяющие быстро нагревать и полировать цирконий и его сплавы. Это позволяет в технологических процессах передела циркония в трубы, лист, пруток с промежуточными нагревами использовать электролитно-плазменную обработку и взамен высокотоксичных концентрированных растворов плавиковой, серной кислот и хромового ангидрида использовать слабый водный раствор нейтральных солей 3-4 % концентрации.

В основе электролитно-плазменной обработки лежит принцип использования импульсных электрических разрядов, которые происходят вдоль всей поверхности изделия, погруженного в электролит. Совместное воздействие на поверхность детали химически активной среды и электрических разрядов создает эффект полирования изделий. В технологии плазменно-электролитной полировки обрабатываемая деталь является анодом, к которому подводится положительный потенциал от источника тока. Площадь катода должна быть не менее чем в 5 раз больше площади анода. В зависимости от приложенного напряжения при прохождении электрического тока через водный раствор электролита наблюдаются различные режимы электрических процессов вблизи анода [1]. После превышения некоторых критических величин плотностей тока и напряжения вокруг металлического анода образуется газо-плазменное облако, оттесняющее электролит от поверхности металла. При этом возникает многофазная система металл-плазма-газ-электролит, а явления, происходящие в приэлектродной области, не укладываются в рамки классической электрохимии.

При напряжении более 200 В вокруг анода образуется устойчивая пароплазменная оболочка, характеризующаяся малыми колебаниями тока при U = const. В этой области напряжений (200-350 В) происходит процесс электролитно-плазменной обработки. Плотность тока уменьшается до 0,5-1,0 А/см2. Сплошная пароплазменная оболочка вокруг анода имеет толщину порядка 50 мкм и постоянно изменяет свою форму (рисунок 1) [2].

Рисунок 1. Модель пароплазменной оболочки

Электрический ток в прианодной области протекает от металлического анода к электролитному катоду через сложную систему металл-плазма-газ-электролит. Напряженность электрического поля в оболочке достигает 104-105 В/см. При температуре около 100 °С такая напряженность вызывает ионизацию паров, эмиссию ионов и электронов, необходимую для поддержания стационарного тлеющего электрического разряда в оболочке. Вблизи микровыступов напряженность электрического поля возрастает и на этих участках возникают импульсные искровые разряды [1].

Данный метод уже успешно используется для полировки, снятия искаженного механической обработкой слоя металла, снижения шероховатости поверхности металл, очистки от окалины, поверхностно-активных веществ и смазочно-охлаждающих жидкостей. В настоящее время методом электролитно-плазменной полировки производится обработка широкого класса металлов и сплавов: нержавеющая и черная стали, медь, латунь, алюминий, магний, титан, цирконий и др.

Применение электролитно-плазменной полировки при дезактивации поверхности нержавеющей и углеродистой стали

При работе АЭС образуются радиоактивные продукты коррозии, которые поступают в водный теплоноситель и откладываются на поверхности оборудования, входящего в состав циркуляционного контура и прочно с ней связываются. Вследствие этого оно становится радиоактивным, что затрудняет его обслуживание и ремонт. По этой причине радиоактивные отложения периодически удаляют, используя различные способы воздействия на них с целью разрушения [3].

Указанный метод электролитно-плазменной полировки пригоден для дезактивации и очистки поверхности оборудования АЭС, изготовленного из нержавеющих и черных сталей от фиксированных отложений и окалины с эффектом полировки.

Для осуществления процесса дезактивации к загрязненному изделию подключается положительный полюс источника тока повышенного напряжения, а отрицательный полюс прикладывается к металлической ванне, в которой находится электролит. При погружении изделия в электролит вокруг изделия образуется тонкая парогазовая подушка, а напряженность электрического поля резко возрастает до уровня, когда химические, ковалентные, металлические и другие связи разрушаются, возникают знакопеременные окислительно-восстановительные процессы, которые переводят элементы, находящиеся в поверхностном слое в соединения, легко отделяющиеся от поверхности.

Обработку ведут в электрогидродинамическом режиме в водном растворе сульфата аммония с добавкой A при температуре 70-85 °С и напряжении 250-350 В. Обработка проводится в течение 1-6 минут при плотности тока 0,1-0,2 А/см2.

При таком способе дезактивации не используются концентрированные кислоты и хромовый ангидрид, а снятые с поверхности загрязнения переводятся в нерастворимые соединения (гидроокиси), выпадающие в осадок, вследствие чего количество радиоактивных отходов резко сокращается на один — два порядка. При этом, электролит весьма устойчив при длительном использовании, эффективен при низких плотностях тока (менее 0,2 А/см2), обладает свойством самоочищения путем отстоя.

Описанный метод дезактивации с помощью электролитно-плазменной полировки был опробован на старогодных деталях сильфонной арматуры, деталях манометров высокого давления, термопарных каналов и других изделий, используемых в ядерной энергетике. Для демонстрации представлен сильфон (рисунок 2, 3), который эксплуатировался в диссоциирующем теплоносителе в течение 5000 часов.

Рисунок 2. Сильфон до очистки

Рисунок 3. Сильфон после очистки

1. Дураджи В. Н., Парсаданян А. С. Нагрев в электролитной плазме. – Кишинев: Штинца, 1988, – 213 с.
2. Куликов И.С., Ващенко С.В., Каменев А.Я. Электролитно-плазменная обработка материалов. – Мн.: Беларуская навука, 2010. –231 с.
3. Амелогова Н.И., Симоновский Ю.М., Трапезников А.А. Дезактивация в ядерной энергетике. – М.: Энергоиздат, 1982. – 256 с.

Куликов И.С., Каменев А.Я., Климова Л.А., Левчук А.В., Глембоцкий А.В., Ширвель П.И.

3 Химическое полирование – особенности и рецепты

При этом способе изделие погружают в химический раствор и держат определенное время. Также очень важно соблюдать температурный режим. В результате протекания химических процессов микронеровности на поверхности расплавляются, и она получается идеально гладкой. Главное преимущество этого способа – скорость полировки, обычно процесс занимает несколько минут. Еще вам не понадобится специальный электроинструмент, источник тока. Вы прилагаете минимум усилий в отличие от ручного метода. Кроме того, поверхность равномерно полируется независимо от конфигурации. Жидкий раствор проникает даже в самые укромные места детали.

При этом всем обилии плюсов есть и некоторые недостатки. Во-первых, это меньший блеск, поэтому такое полирование применимо только когда деталь не нуждается в зеркальной поверхности. Во-вторых, раствор недолговечен, так что придется работать интенсивно после его приготовления. В-третьих, смесь очень агрессивная, поэтому особое внимание необходимо уделить технике безопасности. Работы проводятся только в специальной одежде и при хорошей вентиляции помещения. Для химполировки нержавеющей стали используются растворы на основе кислот.

Смешивается 660 г/л соляной, 230 г/л серной кислоты и 25 г/л кислотного оранжевого красителя. Нагреваем раствор до 70–75 °C и погружаем в него деталь. Достаточно подержать ее около 3 мин. При этом смесь желательно периодически перемешивать либо встряхивать изделие, в противном случае на некоторых участках поверхности могут скапливаться пузырьки газов, что негативно скажется на качестве полировки.

Во всех рецептах предполагается использование концентрированных кислот.

Еще в раствор можно добавить поверхностно-активные вещества (ПАВ), глицерин и бензиловый спирт. Смесь включает 25–35 частей фосфорной, по 5 ч. азотной и соляной, 0,5 ч. сульфосалициловой кислот и 0,5 ч. двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Также необходимо 1 ч. глицерина, а содержание бензилового спирта не превышает 0,1 ч. В качестве ПАВ используются триэтаноламин, этиленгликоль и оксифос, содержание этих веществ не более 0,015; 0,017 и 0,01 частей соответственно. Изделие из нержавеющей стали предварительно обезжиривается щелочным раствором, затем промывается в проточной воде и высушивается. Тем временем нагреваем смесь до 80 °C и погружаем в нее деталь максимум на 3 минуты.

В этом случае берется 20–30 % ортофосфорной, 4–5 % азотной и около 4 % соляной кислоты, также в состав входит 1,5 % метилоранжа. Все остальное – дистиллированная вода. Раствор нагревается максимум до 25 °C, а время обработки колеблется от 5 до 10 минут. Чтобы улучшить качество полирования, изделие необходимо периодически шевелить.

Описание и свойства процесса полировки

ГОСТ 9.301-86 регламентирует требования к качеству обработки изделий из металла в результате полировочных работ. Нет особых указаний в отношении блеска поверхностей после шлифовки, однако после полировки должны исключаться различные дефекты, борозды, царапины, заусеницы, коррозии и прочее.

Одним словом, мероприятия по полировке призваны придать изделию привлекательный внешний вид и потребительские качества.

На производстве существует такое понятие, как «класс полировки». Происходит определение уровня шероховатости поверхности той или иной детали посредством специального оборудования (микроскопы и профилографы) вплоть до 1 микрометра (мкм, 1 мм = 1000 мкм). Если шлифовка металла осуществляется в домашних условиях, то глубина неровностей определяется на глаз.

Существуют 14 классов шероховатости, которые указываются в специальных чертежах в соответствии с ГОСТ 2789-59.

Классы полировки и требования к ним представлены в таблице ниже.

Полировка металла до зеркального блеска

Современные методы и технологии финишной обработки металлических поверхностей отличаются экономичностью и безопасностью их применения. Характерным примером может служить электролитно-плазменное полирование. Данный вид чистовой обработки применим для изделий из низкоуглеродистых и нержавеющих сталей, никеля, железа, хрома, медных, алюминиевых и титановых сплавов.

В отличие от широко распространенных электрохимических и механических способов полирования металла электролитно-плазменная полировка не наносит вреда человеку и окружающей среде, поскольку исключает применение концентрированных щелочных и кислотных растворов. И наряду с этим отличается высокой производительностью и возможностью обработки изделий и деталей различных размеров и сложных геометрических форм.

Среди плюсов электролитно-плазменной обработки (ЭПО) – отсутствие инородных включений на поверхности металла, минимальная шероховатость и электрохимическая однородность верхнего слоя. Это обеспечивает высокую коррозионную защиту и декоративный блеск металлоизделий. Метод успешно применяется для упрочнения металла, очистки его поверхностей от жира, загрязнений, удаления продуктов окисления железа, заусенцев. Кроме того, это эффективный способ подготовки металла к нанесению гальванических покрытий. Процесс электроимпульсного полирования достаточно энергоемкий, поэтому его применение в производстве должно быть экономически обоснованным.

Установка электролитно-плазменного полирования

Высокопроизводительная автоматизированная установка электролитно-плазменного полирования изделий и пр. относится к оборудованию, позволяющему кардинально нарастить объемы производства выпускаемой продукции на предприятиях занимающихся производством изделий из нержавеющей стали, латуни, меди, алюминия, титана и т.д. Например, один полировщик полирует максимум 3-5 изделий за смену, а установка электролитно-плазменного полирования – 20 изделий.

Описание:

Установка электролитно-плазменного полирования относится к оборудованию, позволяющему кардинально нарастить объемы производства выпускаемой продукции на предприятиях занимающихся производством изделий из нержавеющей стали , латуни, меди, алюминия, титана и т.д. Например, один полировщик полирует максимум 3-5 изделий за смену, а установка электролитно- плазменного полирования – 20 изделий.

В качестве электролита для обработки изделий из нержавеющей стали применяется 5% раствор сульфата аммония. При рабочем объеме электролита 2 куб.метра необходимо 100 кг сульфата аммония (стоимость приблизительно 120 руб./кг). Одной загрузки электролита хватает на обработку около 200-250 кв.метра, с системой очистки – около 1 000 кв.метров.

В настоящий момент существует целый ряд установок электролитно-плазменного полирования мощностью от 15 кВт до 1000 кВт.

Преимущества:

– низкая цена за счет применения стандартных узлов,

– простота использования и размещения на производстве. Для работы установки электролитно-плазменной обработки необходимо только осуществить подвод воды , вытяжки, канализации и необходимой мощности. Оборудование располагается на площади от 15 квадратных метров. Установка не требовательна к покрытию пола,

– процесс полностью автоматизирован. Например, один сотрудник может за 8 часов выполнять объем около 60-100 единиц полотенцесушителей вне зависимости от их конфигурации. При этом его задача только вовремя менять изделия на подвесе и нажимать только одну кнопку “ПУСК”,

– специальный источник питания позволяет получить аналогичный результат в два раза быстрее других аналогов,

– обеспечение практически идеальной поверхности изделий из нержавейки и латуни всего за 3-5 минут для дальнейшего нанесения покрытия,

– качество поверхности равномерно по всей площади изделия,

– электролитно-плазменная полировка емкости занимает не более 5-20 минут в зависимости от ее объема и мощности установки полирования,

– отсутствие необходимости проводить очистку поверхности от примесей (все примеси сгорают),

– оборудование позволяет в течение 5-6 минут повысить класс шероховатости на 3 единицы и придать зеркальный вид поверхности,

– одной загрузки электролита хватает на обработку около 200-250 м2,

– для установок с системой очистки- замена раствора после полировки около 1 000 м2,

– возможность суммирования мощности двух установок одной мощности,

– присутствует мобильный пульт,

– уменьшенные габариты силовой части с возможностью её отдельного размещения,

– на обработку 1 кв.метра (разогрев раствора, обработка изделий) в течение 6 мин. затраты электроэнергии составляют 35-40 кВт/ч.

Применение:

– полотенцесушители (одна установка мощностью 250 кВт позволяет за смену отполировать около 60 единиц изделий),

– водопады в бассейнах (полировка одного водопада типа “Кобра” составляет не более 15-20 минут),

– стойки ограждений и перил (установка мощностью 250 кВт позволяет за смену отполировать порядка 100-120 стоек),

– защитно-декоративные трубы на авто (чаще всего применяется установка мощностью 250 – 400 кВт, которая позволяет за смену отполировать около 100 различных единиц),

– латунные смесители (установка мощность 15 кВт в несколько раз повышает производительность по сравнению с ручной обработкой),

– емкости (в течение 20 минут установка мощностью 500 кВт обеспечит товарный вид любой емкости объемом до 400 литров),

– детали насосов (установка мощностью 250 кВт обеспечит качественный вид любого насосного узла),

– медицинские изделия (установка мощностью 250 – 500 кВт придаст зеркальный вид любому медицинскому изделию начиная от иголок, заканчивая медицинскими штативами),

– фланцы из нержавеющей стали (установка мощностью 100 кВт позволит отполировать около 100 фланцев за смену).

Градация установок в зависимости от площади изделия:

Примечание: * – по согласованию оборудование может быть разработано необходимой мощности и габаритов.

Примечание: описание технологии на примере ЭПП-15, ЭПП-100, ЭПП-250, ЭПП-500, ЭПП-800.

шлифование и пасты абразивное механическое электрохимическое плазменное химическое полирование поверхности металла стали автомобиля металлов пломбы машины нержавеющей стали стекла камней керамики авто деталей пластмасс покрытии меди хрома
щетка машинка станок насадки технологии система материалы набор для шлифования и диски круги процесс виды материалы инструменты полирования пломб
установка электролитно-плазменного полирования поверхностей пломбы зубов металла электрохимическое материалов дисков нержавеющей стали абразивное химическое набор инструмент щетка для изделий автомобиля и шлифование машины керамики волос деталей процесс виды метод стекла камней насадка круги система алюминия порошками электролитическое кузова форм покрытий дерево валов паста схема