Электрохимическая очистка

Электрохимическая очистка (ЭХО) позволяет достичь самой высокой степени чистоты контролируемой поверхности. Очень ценно, что электрохимические методы очистки позволяют устранить наволакивание металла на устья дефектов, образующиеся при шлифовке, полировке и других методах механической обработки, а также очищать полости дефектов от нагара, продуктов коррозии, оксидных пленок и т.д., которые практически не удаляются ни одним из других способов.

При электрохимической очистке деталь погружается в токопроводящий раствор щелочей или кислот и включается в цепь постоянного тока. При пропускании через раствор тока осуществляется электролиз воды с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. При этом деталь очищается благодаря механическому расклинивающему воздействию выделяющегося газа и эмульгированию загрязнений. Очищаемая деталь может служить как катодом, так и анодом. Если деталь является катодом, то водорода выделяется вдвое больше, что повышает эффективность очистки. Однако при этом возникает опасность наводораживания металла и повышения за счет этого его хрупкости. Поэтому для ответственных деталей более приемлема анодная очистка.

Схема установки для ЭХО образцов в ванне: 1 – приспособление для закрепления образцов (анод); 2 – ванна с электролитом; 3 – катод из нержавеющей стали; 4 – блок питания; 5 – вольтметр; 6 – амперметр

В частности, для очистки лопаток турбин (в том числе и алитированных) от нагара, коррозии и других, прочно связанных с основным материалом загрязнений рекомендуют анодно-щелочную очистку с ультразвуковой интенсификацией.

В качестве составов для электрохимической очистки могут использоваться растворы щелочей, кислот и расплавы щелочей: практически те же составы, что и при химической очистке. Разница в составах растворов состоит лишь в том, что в растворы для электрохимической очистки вводят незначительные количества поверхностно-активных веществ и добавляют противопенные присадки, например спирты, чтобы уменьшить пенообразование и предотвратить накопление в пене водорода и кислорода, способных образовать гремучий газ.

Способ очистки путем травления в расплавах щелочей основан на восстановлении оксидов металла на очищаемой поверхности натрием. В качестве рабочей среды обычно используется расплав технического едкого натра. Натрий выделяется при электролизе щелочи. Образующийся из оксида металл остается на обрабатываемой поверхности в виде плотного слоя порошка. Оксиды и окалины восстанавливаются, а пригар растворяется в электролите под действием постоянного тока.

Типовой технологический процесс электрохимической очистки в расплаве щелочей включает следующие операции:

• катодное травление в расплавленной щелочи 480–500 °С – 20–30 мин;
• промывка в холодной воде 18–20 °С – 3–5 мин;
• промывка в горячей воде 70–80 °С – 3–5 мин.

Преимущество очистки путем электролитического травления в расплавах и растворах щелочей состоит в том, что основной металл при этом не взаимодействует с рабочей средой и не подвергается разрушению.

При очистке в растворах кислот имеет место одновременное химическое воздействие на металлическую поверхность кислоты, электрического тока и пузырьков выделяющегося газа. Это приводит к растворению и отслоению окалины, ржавчины, поверхностных оксидных пленок и других загрязнений, находящихся на контролируемой поверхности.

Очистка в растворах кислот имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, растворяются не только загрязнения, но и часть поверхности металла, что приводит к нарушению структуры поверхностного слоя и снижению его прочности. Во-вторых, сравнительно мала производительность очистки, цикл которой (включая операцию удаления шлама) может достигать 1–2 часов. В-третьих, неравномерность очистки деталей со сложным профилем в связи с неравномерным выделением газа. И, наконец, уже упомянутый недостаток – возможность проникновения в металл водорода и появления за счет этого так называемой водородной хрупкости. Для уменьшения проникновения водорода необходимо проводить катодно-анодную или анодную очистку или же проводить последующую термообработку деталей для удаления водорода, растворенного в металле.