Електролітна обробка смуги

Липецкий державний технічний университет.

Кафедра обробки металу давлением.

ДОПОВІДЬ на тему.

«ЕЛЕКТРОЛІТНА ОБРОБКА ПОЛОСЫ».

Выполнил: студент.

Лепекин Н. В. Групи ОД-01−1 Проверил:

Пешкова Липецк 2002.

1. Можливості ЭО.

2. Види забруднень поверхні і є існуючі способи очистки.

3. Електролітна очищення поверхні металлов.

4. Очищення поверхні металів і сплавів від окислов.

5. Результати промислових испытаний.

6. Очищення поверхні зварювальної дроту в электролите.

7. Нанесення покриттів при катодного обработке.

8. Освіта покриттів лежить на поверхні активного анода.

МОЖЛИВОСТІ ЭЛЕКТРОЛИТНОЙ ОБРОБКИ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ У ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ.

ПРОЦЕССАХ ПУТТЯ ТНОГО, ВОЛОЧИЛЬНОГО І ТРУБНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

Багатофункціональна електролітна обробка (ЭО) полягає в протікання і комплексному вплив на поверхню й саму заготівлю електрохімічних, диффузионных і термохімічних процесів. ЭО виробляється, зазвичай, у водних розчинах електролітів солей, слабощелочных і слабокислотных розчинах з різними функціональними добавками й у формуванні електричних розрядів між анодом і катодом (оброблювана деталь) через шар електроліту і газопаровий подушху, навколишню заготівлю, за умов накладення на електроди підвищеного напруги постійного струму (від 150 У). Склад робочої середовища, електричні, гідродинамічні і теплові режими, конструкція вузла ЭО визначають мету і технологічне призначення процесу. Нижче наводяться результати промислового застосування і експериментальних розробок можливостей процесса.

ОЧИЩЕННЯ СМУГИ ОБЕСПЕЧИВАЕТ:

чистоту поверхні смуги до 0,00−0,05 г/м2 (залежно від рівня очищення электролита);устраняет необхідність застосування стандартних способів очищення — хімічного, механічного, електролітичного (до 40В) і самого вузла промивання полосы;позволяет вести поверхове легування стали, зокрема, для електротехнічнійсилицирование і обезуглероживание, і навіть можливість керувати доменної структурою металла;увеличить зчеплення покриттів різного призначення за поверхнею смуги рахунок збільшення її площі й зміни геометрії микроразрядами;значительно підвищити коррозионную стійкість полосы.

Розміри установки ЭО для електротехнічній стали шириною 1000 мм. при швидкості 2 м/сек — 2×2×2 м. Результати отримані під час виробництва десятків тисяч тонн електротехнічній стали НЛМК і ММК. Новизна розробок підтверджено 6-ту изобретениями.

НАСІЧКА ПРОКАТНИХ ВАЛКІВ ОБЕСПЕЧИВАЕТ:

повышение зносостійкості валків в 2−3 раза;

шероховатость — від 0,4 до 10 мкм;

изотропность виступів вздовж і впоперек прокатки -0,8−1,0;

число виступів ва базової довжині - регульоване 50−250 шт/см;

устранение виникнення дефекту «навару» смуги на валок при обриві в безперервних станах;

повышение поверхневою твердості валка;

вдвое знизити свариваемость металу у рулонах при высокотемпературном отжиге в колпаковых печах з допомогою «розвиненою» поверхні полосы;

определять візуально дефекти валка, допущені під час виготовленні і за пере шлифовках;

стоимость установки электролитной насічки валків в 30−50 рази менше іноземних аналогів (лазерний, разрядный).

Розробки захищені нами патентами Росії, і навіть запатентовано Америкою, Англією, Німеччиною. Прокатано на валках з электролитной насічкою 1000 тонн електротехнічній сталі та автолиста на НЛМК, ММК, Череповецком меткомбінаті, Ашинском метзаводе і Запорізькому меткомбинате.

ВИГОТОВЛЕННЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ ТРУБ З ПОКРЫТИЕМ.

Сутність способу однієї операції ЭО поверхні виробу в розчині певного складу і заданих режимах.

Найбільш близьким за технологією є спосіб виготовлення газонефтепроводных труб (Н.В. Курганов «СТАЛЬ», № 10, 1999 р., с.55−58), до складу якого термічне знежирення, дробеметную обробку та кислотну очищення з наступним нагріванням в печі, послідовним нанесенням захисних верств з эпоксидного праймера, адгезива я поліетилену, охолодження, перевірку сплошности, обробку контроль якості покриття. Основна хиба способу у цьому, що реальна підготовка поверхні перед нанесенням покриття включає три складні, тривалі, самостійні технологічні операції, створені задля поліпшення якості сполуки покриття з металом труби. У цьому коррозионная стійкість більшою мірою визначається захисними покриттями і якістю його нанесения.

Процес ЭО дозволяє поєднати лише у операції усі наведені вище що його. Електротехнічна сталь, дуже схильна до корозії, навіть протягом дня, після року зберігання ЕВР у умовах «снігдощтеплодощ» залишилася без слідів корозії. Валки прокатних станів після электролитной насічки не іржавіють в умовах тоді як валками після дробеметной обработки.

Великі можливості процесу ЭО видаються в технології волочильного виробництва. Обробка високолегованої дроту на досвідченопромислової установці дозволила поєднати лише у технологічної операції очищення поверхні, высокотемпературную обробку та нанесення защитно — мастильного подслоя зі складу електроліту при необхідності подальшого волочіння. Розміри електролітного вузла- 400 мм, швидкість дроту до 2 м/сек.

ОЧИЩЕННЯ ПОВЕРХНІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ У ЭЛЕКТРОЛИТЕ З ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ.

ПІДВИЩЕНИХ НАПРЯЖЕНИЙ.

1. Види забруднень поверхні, і існуючі способи очистки.

Стан поверхні металів і сплавів надає великий вплив на експлуатаційні якості готових виробів. Важливу роль грає під готування поверхні на проміжних операціях, оскільки внесені за її проведенні забруднення можуть дати дефекти, виправлення яких подальших стадіях виготовлення продукції дуже затруднительно.

Які лежить на поверхні сталевих виробів забруднення можна розбити втричі основні группы:

1) тверді окисные і солоні освіти (окалина, іржа, продукти травлення тощо. д.),.

2) масляні, жирові і емульсійні плівки, завданих спеціально при прокатці і штампування як смазки,.

3) тверді і рідкі забруднення випадкового характеру (пил, металеві частинки й т. д.).

Забруднення першої групи майже нерозчинні у питній воді, лужних і органічних розчинниках, але добре розчиняються в кислотах. Мінеральні олії розчиняються в органічних розчинниках (бензині, бензолі, ефірі і т. буд.). У лужної середовищі вони диспергируются й творять емульсії, отделяющиеся від поверхні металу: Тварини і рослинні олії порівняно легко омыляются лугами, розчиняються в органічних розчинниках й утворюють водорозчинні з'єднання з деякими кислотами.

Продукти взаємодії тварин і звинувачують рослинних жирів з застосовуваними очищення розчинами також може бути эмульгированы. Частина розчинна у питній воді, частина реагує зі лугами із заснуванням водорозчинних соединений.

Оливи і жири при нагріванні в окислительной середовищі згоряють, а відновлювальної і нейтральній — розкладаються, перегоняются і испаряются.

При певних умов лежить на поверхні металу може залишитися твердий залишок, видалення якого дуже затруднительно.

Забруднення третьої групи зазвичай видаляються технічними засобами (щітками, сильної струменем води, дією ультразвукових колебаний).

Істотну роль процесах очищення грає склад сталі та стан його поверхні. Вміщені в стали легирующие елементи і домішки сильно впливають складу і структуру окисных плівок, які виникають на поверхности.

Різноманітна природа забруднень поверхні призводить до необхідності виконувати різні операції очищення у певному послідовності. При цьому за кожної хімічної операцією повинна слідувати відповідна промивання поверхні. :

При хімічному знежирюванні очищувальна рідина повинна добре змочувати поверхню металу. Лише цього разі можна досягнути такого контакту, коли може статися або розчинення забруднення, або його відрив поверхні. Це відбувається у тому випадку, якщо коефіцієнт поверхового натягу (чи поверхнева енергія) за українсько-словацьким кордоном метал — газ перевищує суму відповідних аналогічних характеристик межах метал — рідина й рідина — газ. При великий величині поверхневою енергії кордону метал — рідина спостерігається явище повного несмачивания. Проміжне стан характеризується певної величиною крайового кута змочування (кута між поверхнею металу і дотичній до поверхні рідина — газ точці дотику трьох сред).

Рідке забруднення видаляється із поверхні з допомогою нерастворяющейся рідини у разі, якщо вона може утворювати за українсько-словацьким кордоном з металом крайової кут, менше крайового кута, утвореного рідким забрудненням" У цьому очищувальна рідина повинна прника-пь через тонку плівку рідкого забруднення безпосередньо до металла.

Витіснення плівки всеочисній рідиною майже завжди супроводжується хімічним взаємодією їх компонентів. Останнє грає на вирішальній ролі при розчиненні забруднень органічними розчинниками. Інтенсифікація цих процесів досягається застосуванням поверхнево-активних речовин (ПАР), які допомагають відокремити частки забруднення від поверхні металу з освітою емульсії й утримують у ній частки, аби дати їм можливості повторно осісти. Для інтенсифікації процесів при хімічному знежирюванні часто застосовують ультразвук.

Електрохімічне знежирення в лужних розчинах протікає швидше, ніж хімічне. Як електролітів використовуються розчини тих ж речовин (МаОН, КІН, МазР04, Nа2СОз, Ма2&Юз), що й за хімічному знежирюванні. Механізм процесу електрохімічного знежирення зводиться, переважно, до эмульгированию жирів бульбашками водню (на катоді) чи кисню (на аноде).

При зануренні забрудненого металу у лужної розчин спостерігається розрив олійною плівки і збирання їх у краплі. При поляризації металу прилипання олійною плівки до металевої поверхні умепь шается. Газові бульбашки, полишаючи електрода близько краплі олії, затримуються у ньому. У міру збільшення їх розмірів масляні краплі витягуються, сили зчеплення його з поверхнею металу зменшуються, і вони відриваються від поверхности.

З використанням постійного струму на катоді виділяється удвічі рааа більше газу, ніж аноді. Тому катод знежирення є болю ефективним. При однакової кількості выделяющегося газу ефективнішим є знежирення выделяющимся киснем. Це можна пояснити частковим гидрированием мастила (взаємодією з воднем) із заснуванням більш в’язких продуктів, які важче видаляються з поверхности.

Зазвичай застосовується щільність струму в стаціонарних ваннах не превы шает 0,03…0,1 А/см2, при знежирюванні швидко переміщаються смуг річок і дроту щільність струму збільшують до 0,25…0,50 А/см .

Найпростішим способом видалення із поверхні всіх органічних речовин є обезжиривающий відпал. Щоб запобігти освіти на поверхні шару окислів його зазвичай проводять у захисної атмосфері. Це ускладнює конструкцію відповідних агрегатів і підвищує вартість даної технологічної операції. Тому його застосовують у тому випадку, відколи з знежиренням потрібно термічна обробка. Повного випаровування олій і жирів із поверхні звичайно происходит.

При нагріванні в повітряної атмосфері що з окисленням компонентів мастильних матеріалів. Коли кисню замість повного згоряння мастила може статися процес сухий перегонки, що супроводжується освітою твердого вуглецевого остатка.

Видалення із поверхні окислів зазвичай проводять із використанням хімічного і електрохімічного травлення. При хімічному травленні на поверхні протікають складні фізико-хімічні процеси: змочування окалини розчинами кислот, проникнення в пори, що супроводжується початком хімічного взаємодії. Цьому моменту відповідає найбільша швидкість процесу. При насиченні розчину продуктами взаємодії спостерігається спад швидкості розчинення окислов.

Застосування електрохімічного травлення дозволяє інтенсифікувати процес видалення окислів. Як електролітів використовують розчини кислот, лугів, солей, і навіть їх суміші. Сталеві вироби може бути як катодом, і анодом.

При катодному травленні в розчинах кислот виділяється водень, який має велику восстановительную спроможність населення і може відновлювати вищі окисли металів до нижчих, розчинних в кислоті. З іншого боку, виділення водню сприяє разрыхлению і відриву окалины.

При анодном травленні видалення окислів супроводжується освітою пасивної плівки, котра перешкоджає розчинення основного металла.

Задля чистоти поверхні від окислів застосовуються та інші методи; в частковості механічні: обробка металевими щітками, абразивами, дробеструйная і пескоструйная очистка.

2. Електролітна очищення поверхні металів від олійних і жирових загрязнений.

Специфіка процесів близько активного електрода зумовлює комплексне вплив, що може бути використана для знежирення поверхні. У цьому діятиме електрохімічний механізм видалення забруднень, пов’язані з виділенням водню на катоді і кисню на аноді. Інтенсивність цього процесу буде набагато більше, оскільки величина щільності струму буде набагато перевищувати ту, що досягається при низьких напругах. Закипання електроліту у катода сприяє розм’якшенню забруднень і послаблення їхніх зчеплення з поверхнею металу. Кавитационные і электроэрозионные процеси поблизу оброблюваної поверхні теж прискорюють процес знежирення. хімічним процесом — відновленням вищих окислів заліза в нижчі атомарным воднем. І тому було запропоновано використати як постійний, і перемінний струм напругою щонайменше 100 У при щільності струму 5…10 А/см. Передбачалася струйная подача електроліту на обрабатываемое виріб. Знежирення при аналогічних режимах запропоновано здійснювати: напруга 90…180 У, щільність струму 8… 10 А/см2.

Перевірка цього методу проведена для стрічок шириною 40 мм з використанням струйной (спреерной) подачі електроліту (8…12%-ный розчин Nа2СОз) і завширшки 250 мм методом опускання смуги в ванни з допомогою частково зануреного в електроліт ролика. Оптимальною у цих роботах визнана температура електроліту 40…50 З, а концентрація Ка2СОз — вище 7%. Рекомендований напруга залежить від швидкість руху смуги: 90…120 У при швидкості 0,5 м/с і 140…190 У при швидкості 2 м/с і більше. Оптимальні режими дозволили домогтися видалення 98% загрязнений.

Електролітна обробка сприяла підвищенню пластичності, выразившейся у зниженні тиску валки при прокатці смуг річок і зменшенні вмісту у стали вуглецю та азоту. Останнє пояснюється впливом на цементит і карбонитриды заліза, які у стали У нинішньому вигляді включень. Помічено згладжування мікрорельєфу поверхні, достигаемое впливом імпульсних разрядов.

Було виявлено проникнення мастила при прокатці на глибину 10…13 мкм залежно від рівня деформації. На поверх ности вуглець розподілявся як великих сегрегації площею до 1 мм, Хімічне знежирення, здійснюване протиркой зразків бензином і ацетоном, не дозволяло видалити забруднення, проникли по порам і тріщинам вглиб металу. Наступна обробка в электролите при напругах 100…170 У дозволила зменшити площа сегрегації вдесятеро і нездатність досягти кількості залишкових забруднень 0,14…0,23 мг/м2.

Для знежирення смуги концентрацію кальцинованої соди слід приймати не вище 7%, бо за вищої концентрації не може промивання смуги. Добавка до 2% фосфатів чи до 0,6% поверхнево-активних речовин позитивно впливає на процес очищення полегшує змив з поверхні смуги залишків електроліту. Добавка в більшій кількості призводить до посиленого пенообразованию і вторинному забруднення поверхні на виході з ванны.

Оптимальним визнано робоче напруга 70… 120 У, що забезпечує якісну очищення (видалення 97…98% забруднень) при вихідної забруднення смуги 1,081…1,176 г/м .

Слід зазначити, що у цій роботі значення поверхневою потужності (1,5…3,5) • 10 кВт/м видаються завищеними, оскільки було з урахуванням припущення, що основна падіння напруги (до 70…80%) відбувається у прикатодном слое.

Слід зазначити, що з напругах, відповідних переходу від режиму II режиму III, якість очищення погіршується, що пов’язані з нестабільністю процесів цих умовах (рис. 3.1).

Пізніше аналогічні дослідження проведено Слов’янському філії ВНИИМЕТМАШ.

Як електроліту застосовували водні розчини кальцинованої соди з концентрацією 8.-.12% чи сульфату натрію (концентрація 15…20%) Застосування деяких нейтральних електролітів, зокрема сульфатів, хлоридів, нітратів дозволяє інтенсифікувати процеси очищення поверхні. Проте експлуатація таких електролітів пов’язані з додатковими труднощами: елементи циркуляционной системи мали бути зацікавленими виконані з коррозионностойких матеріалів. З іншого боку, у зоні обробки цьому випадку спостерігається виділення токсичних газів, що пред’являє підвищені вимоги до вентиляції й лазерній техніці безопасности.

Становить інтерес дослідження залежності питомих енерговитрат від щільності струму при очищенні поверхні полосового прокату. За результатами експериментів, представлених на рис. 3.2, було зроблено такі выводы:

1. Енергетичні видатки очищення мінімальні при щільності струму 1 А/см2.

2. Очищення лише за анодною поляризації вимагає енергії значно більше, аніж за катодной.

По технологічних можливостей запропонували виділити п’ять зон,.

Область, А характеризується високої інтенсивністю видалення забруднення, зокрема і окислів, але енерговитрати у своїй значительны.

Область Б-с поверхні прокату видаляються мастило та сажистые забруднення, у своїй зайвими в щеточно-моечных машинах (ЩММ).

Область У характеризується мінімальними енергетичними витратами, застосування ЩММ залежить від вимог до якості очистки.

У сфері Р обов’язково застосування ЩММ, енергетичні витрати щодо невысокие.

Область Д неефективна з погляду енергетичних затрат.

Обробка при малих напругах і низьких плотностях струму зазвичай застосовується як фінішний операція після проведення попередньої очищення іншими способами.

При электролитной очищенні поверхні забруднення переходить до елівтролит. У процесі експлуатації електроліт також забруднюється з допомогою поступового розчинення анода.

Результати спектрального аналізу, проведеного на інфрачервоної області, свідчили у тому, у процесі электролитной очищення відбувається розкладання ефірів і карбонових кислот, входять до складу эмульсола. Диференціальний термічний аналіз неорганічних забруднень показав наявність двох эндотермических ефектів при 110 «З повагою та 400 «З, обумовлених втратою сорбционной і кристаллизационной води, і його великого экзотермического ефекту з максимумом при 275 «З. Такі ефекти характерні для гелеоб-разных окислів РегОз • пН20. Дані рентгенофазного аналізу показали, що складовими неорганічних забруднень є Ре (ОН)з і у-РезОз • НзО. При спектральному аналізі виявлено домішки 81, Са та інших. Після прокаливания надворі за нормальної температури 1000 «З у складі забруднень знайшли 5102 (а-тридимит), окисли РеО, Ре20з, Рез04, 4Са • ЗРе20з • Рез04.

Отже, у складі забруднень входять: технологічні оливи й продукти їх перетворення (ефіри, спирти, альдегіди і кетоны), гідрати окислів заліза, кремнію і кальцію, солі речовин, входять до складу електроліту, і навіть частки металу, є продуктами износи смуги і цілком устаткування при прокатке.

3 Очищення поверхні металів і сплавів від окислов.

Можливість очищення поверхні від окислів передбачалася • однієї із перших робіт з застосуванню даного способу поверхневою обробки. Результати експериментальної перевірки, проведеного роботі для полосового прокату, показали, що обробку може бути в розчинах Nа2СОз, МаС1, К.2СОз з концентрацією 5…10% при напругах 160… 220 В.

Аналогічні дослідження вже з використанням одномолярных розчинів Ма2СОз, Маг504, NаС1, і навіть розбавлених кислот НС1 і Н2&04. Тривалість видалення горячекатанной окалини зі шпальт маловуглецевої стали завтовшки 2,5…10 мм становила 20…45 з під час використання в ролі електроліту розчину кальцинованої соды.

Застосування солей активних кислот дозволяло знизити час обробки на 40… 60%. Експерименти, проведення використанням слабких розчинів соляної і сірчаної кислоти, дозволили значно скоротити час обробки. Так, окисная плівка завтовшки 0,2…0,35 мм, що настає ні поверхні автолистовой стали при холодної прокатці, віддалялася в тече ние 0,2…0,25 з. Окисная плівка завтовшки 1,5…2,0 мкм, яка утворювалася при отжиге на поверхні нержавіючої стали, віддалялася протягом 0,3…0,5 з, а окалина завтовшки 10…18 мкм була видалена із поверхні товстих смуг за 1,0…5,0 с.

Слід зазначити, що катодна очищення поверхні від окислів по суті є электроэрозионной обробкою. Вона може статися лише за виникненні імпульсних електричних розрядів. Як зазначалося раніше, характер імпульсних розрядів в режимах III і IV приблизно однаковий. Різниця тільки у цьому, що у перехідному режимі періодично здійснюється контакт електроліт — металевий катод, що зумовлює охолодження останнього, і Демшевського не дозволяє утворюватися лежить на поверхні стабільному парогазовому слою.

Після обробітку виробів, рухомих з досить великий швидкістю, поверхню металу зможе нагрітися до значної температури навіть при на режим IV.

Як електроліту використовувався 10%-ный водний розчин сірчанокислого натрію за нормальної температури 50…70°С. Досліди проводилися при напрузі до 150 У. Оптимальним визнано застосування катодного поляризації, що забезпечує належне якість очищення під час обробки, однакову 3 с.

Для інтенсифікації процесу очищення до розчину соди (9,5…11%) було запропоновано додавати 1,3…1,5% фтористого натрію. Очищення проводили при напрузі понад 170…180 У і щільність струму 0,9…1,1 А/см2.

Обробка, названа авторами электроразрядной, проводилися за напрузі 170…180 У і щільність струму 0,95…1,0 А/см2 в электролите, що містить 12…15% соди. Знайшли, що буває після 30 з обробки спостерігалося значних змін рельєфу поверхні, що характеризується сильної разрыхленностыо окисного шару, вырывами, обнажающими ділянки металевої основи. При подальшому опрацюванні (60 з) окалина зберігалася вввде окремих острівців. Збільшення часу обробки до 90 сек. і вище призводить до микрооплавлению основного металу. У цьому можливо повторне окислювання очищаемой поверхности.

Застосування попереднього знакопеременного вигину дозволяло скоротити час очищення з 60…90 до 20…25 з. Швидкість очищення то, можливо збільшена при наступному використанні приводних металевих щеТОк[131].

Задля чистоти поверхні сталевого дроту і стрічок запропонували застосувати 10. .15%-ный розчин сульфату амонію. Процес рекомендовано проводити при напрузі 100…150 У і щільність струму 2,5…3,4 А/см2.

Можлива очищення фасонных поверхонь із застосуванням спеціальних пристроїв на шляху подання электролита.

Дуже недостатньо досліджували можливість застосування анодного процесу задля очищення поверхні. Можливо, це пов’язано з вторинним її окисленням внаслідок виділення кисню. Тим більше що, наявні дані вказують, що з анодном процесі відбувається активне розчинення деяких металів. До них належать вольфрам, молібден, алюміній, титан. Гірше розчиняються хром і пояснюються деякі стали. Нерідко максимальний ефект зафіксований у порівняно вузькому інтервал напруг, де вихід по току, визначається умовно згідно із законом Фарадея, перевищував 100%. Автори пов’язують це з протіканням інтенсивних хімічних і електрохімічних реакцій в парогазовой оболонці у присутності електричних розрядів, і навіть їх безпосереднім впливом на поверхню анода, особливо у электрогидродинамическом режимі. Можлива ерозія поверхні, і як нагрева.

Отже, анодная обробка поєднує у собі электроэрозионное, кавитапионное і електрохімічне впливу, й у деяких металів і сплавів її застосування може дати позитивний ефект. З власного дії вона є электроэрозионноэлектрохимической, яка має широке використання у машинобудуванні як із видів розмірної обработки.

4. Результати промислових випробувань, і впровадження способу электролитной очищення поверхности.

Очищення поверхні металів і сплавів в электролите при підвищених напругах, отримавши ряд назв (електролітна, электролитно-кявитационная, термоэлектроразрядная) пройшла дослідно-промислові испытания.

Найприйнятнішим сортаментом на її використання є дріт і дротики, мають круглий перетин. За умов їх обробці відсутня необхідність прийняття спеціальних заходів за захистом крайок, іноді має місце при обробці смуг, особливо тонких. З іншого боку, їм легше зробити з необхідних умов электролитной обробки: площа допоміжного електрода повинно перевищувати пло щади активного електрода (оброблюваного ділянки поверхности).

Очищення поверхні зварювальної дроту діаметром до 8 мм проводилася на спеціалізованої установці при напрузі 150…200 У про силу струму 100… 150 А. Максимальна швидкість дроту, забезпечує її якісну очищення, досягала 50 м/мин, використовуваний електроліт — розчин кальцинованої соди концентрацією 10…15%. У цьому установці використовували катодний процес. Після опрацювання лежить на поверхні утворювалася захисна плівка, що містить натрій, що покращувало умови горіння дуги при наступному використанні проволоки.

Аналогічні параметри використані установці, настановленим очищення дроту від іржі і графито-мылъной мастила. Габарити установки були 2200×1700×1900 мм, що застосовується напруга 180 ± 20 У, сила струму до 400 А, щільність струму 4,9…5,2 А/см2. Як електроліту використовували водний розчин соди концентрацією 5 ± 1%.

На одній з промислових установок здійснювалося травлення дроту діаметром 1…3 мм при напрузі до 130 У і щільність струму до 15 А/см2 при швидкостях 2,5…9,5 м/мин.Обработка смуг малої ширини (від 40 до 350 мм) проводилася з допомогою вузлів різною конструкції, зокрема з горизонтальним і вертикальним переміщенням изделий.

Була виконано дослідно-промислова перевірка электролитной очі-, стки поверхні рулонної електротехнічній стали промислової ширини (до 800 мм). Обробку проводили у двох режимах: розрядному (при напрузі 200…240 У про силу струму у кожному з цих двох ванн 300…500 А), й у режимі активного електролізу (при напрузі 80… 100 У про силу струму 600…1000А).

Перший режим найефективніший очищення поверхні металу, прокатанного з допомогою эмульсола. У той самий час очищення поверхні із залишками індустріального олії на даному режимі недоцільна. Під впливом електричних розрядів у разі відбувалося часткове вигоряння летючих фракцій із заснуванням твердих частинок, які у подальшому коагулировали і служили джерелом вторинного забруднення поверхности.

Поруч із відпрацюванням технології було проведено оцінка можливості застосування як джерело харчування тиристорных перетворювачів АТ- 1000/230−1 з номінальним выпрямленным напругою 230 У і номінальним струмом 1000 А.

Необхідність даної роботи викликало те, що у промислових установках электролитной обробки, зокрема і нагріву, не мало нагальної потреби використання настільки великих значень сили струму. Обрані агрегати є регульованими перетворювачами трифазного змінного струму і призначаються для харчування якірних ланцюгів електродвигунів постійного струму. Їх використання у электролитной очищенні широкосмугового прокату провели вперше і вимагало дослідження можливості їх застосування тих целей.

Певні складності виникли під час переходу від електролізного режиму до разрядному, оскільки у перехідному режимі спостерігалися кидки струму, іноді спрацьовувала токовая защита.

Однією з варіантів виведення процесу на розрядний режим без перевантажень по току є поступове збільшення площі контакту електроліту і смуги з повним напруженням на спреере. Поступове підвищення рівня електроліту призводить до локального контакту електроліту з смугою і виникненню розрядів на невеличкий площі торкання, у своїй перехідні процеси на малу площу не створюють великих струмів, граничних для перетворювачів. Подальше підвищення площі торкання смуги з електролітом не веде до зриву розрядів і переходу процесу у электролизный режим з більшими на токами.

З грудня 1985 р. на Ашинском металургійному заводі вперше у країні впроваджений й успішно експлуатується промисловий агрегат электролитной обробки смуг, у якому реалізували розглянута технологія. На цьому агрегаті використовується універсальна конструкція, забезпечує можливість двосторонній очищення смуг завтовшки і від кількох десятків до кількох сотень мікрон. Ця схема можна застосовувати й у обробки товстіших смуг. Застосування спеціальної конструкції дозволило забезпечити рівномірний розподіл потоку електроліту, і навіть щільності струму по ширині смуги, що дозволяє проводити якісну очищення обох поверхонь й уникнути локального перегріву окремих ділянок, в тому однині і кромок,.

Оптимальні параметри і місцезнаходження робочого електрода стосовно смузі дозволили знизити падіння напруги в електро лиття і збільшити виділення енергії в парогазовом шарі близько оброблюваної поверхні. За результатами випробувань рекомендовані оптимальні режими обробки, щоб забезпечити кількість залишкових забруднень менш 20 мг/м, у своїй час очищення скорочено до 0,1 с.

Электробезопасность роботи агрегат забезпечується конструкцією установки, заземленням смуги, системами огороджень і блокування, встановлених на агрегате.

На заводі фірми «Ниппон кокан «одне з установок електролітичної очищення переустаткована до роботи на режимі високої густини струму (не менш 1 А/см), у своїй тривалість очищення вбирається у 0,1 з. Дані про інші технологічних параметрах, напрузі, складі - й температурі електроліту, і навіть про застосовуваної конструкції, відсутні. У той самий час наведені вище дані дуже подібні з тими, що застосовуються при электролитной очистке.

У цілому відзначити, що технологічно відпрацьованою і підготовленої запровадження можна вважати очищення поверхні смуги від технологічних мастил, механічних частинок та інших забруднень після холодної прокатки. Мала тривалість обробки (0,1…0,2 з) дає можливість проводити якісну підготовку поверхні в вузлах малої протяжності. Це дозволяє вводити вузли очищення у складі діючих агрегатів за її реконструкції та збільшити їх продуктивність у цьому разі, якщо лимитирующим параметром є швидкість підготовки поверхности.

Зазвичай, агрегати безупинної обробки, куди рулони смуги надходять після холодної прокатки, мають комплекс пристроїв, де здійснюється багатоступінчаста очищення поверхні (хімічне знежирення, щеточно-моечная обробка, низьковольтна електрохімічна чи ультразвукова очищення). Вузол електролітного знежирення може бути встановлений замість будь-який ванни, де виконуються вищевказані операції, а звільнені площі можна використовуватиме установки додаткового технологічного устаткування, забезпечує підвищення швидкості наступної обработки.

Застосування электролитной очищення поверхні смуг після холодної прокатки може кількість вуглецю, перейшов з прокатної мастила, що залишилася на поверхнею, на метал у процесі отжига.

Для електролітного знежирення застосовуються технологічні розчини приблизно такої ж складу, як із хімічної промисловості та низьковольтної електрохімічної очищенні (водні розчини кальцинованої соди з добавками тринатрийфосфата, і навіть слабкі розчини лугів). Це дозволяє використовувати наявні системи циркуляції при попередньому охолодженні електроліту, який нагріватися при обробці. Знежирення перевірено при швидкостях переміщення смуг до 120 м/мин, можлива обробка на великих скоростях.

Електролітна очищення поверхні металів і сплавів від окислів випробувана і то, можливо рекомендована запровадження на агрегатах, де проводиться обробка смуг малої ширини, прутків, дроту тощо. буд. Рекомендовані швидкості переміщення до 20…30 м/мин. Нині технологія не розроблено настільки, щоб їх можна було рекомендувати для використання їх у агрегатах, виділені на травлення широких смуг, переміщаються з більшими на скоростями.

5. Очищення поверхні зварювальної дроту в электролите.

Особливості очищення зварювальної (будь-який інший) дроту, пов’язані з простяганням її через робочий вузол, накладають певні умови на ведення технологічного процесу конструкцію установки.

Відразу відзначимо, що варіанти ванній обробки значно поступаються камерним (і навіть спреерным) за паливною ефективністю і продуктивності. Це пояснюється неможливістю забезпечення гарної змінності електроліту в прикатодной зони і, як наслідок, неможливістю підтримки прикатодной області у оптимальному стані. На відміну від хімічного травлення очищення ванним способом всієї бухти дроту одночасно (наприклад, повним чи частковим зануренням) може бути мови через неможливості течії процесу у межвитковом просторі й питання, виникаючих з її зберіганням в неперемотанном виде.

Вищевикладені міркування, існуючий досвід минулого і наші попередні дослідження увінчалися створенням промислової установки «ЭП-10 », пристрій якої показано на рис. 3.3.

Установка є раму, де змонтовані разматывающее, направляюче і приймальне устрою, бак з електролітом і насосом щодо його подачі, робоча камера. Окремо розташований спеціалізований джерело харчування з блоком управління і контрольними приладами. Механічна частина устаткування виконано з урахуванням відомих випробуваних інженерних рішень, які у кожному конкретному випадку, відповідно до вимог замовника, може бути различными.

Робочий вузол установки (рис. 3.4а) є циліндричну конструкцію, що складається з цих двох електрично які пов’язані друг з одним елементів: робочої камери 1 і «холодильника «2. Позитивний полюс джерела харчування подається лише з першу камеру. Для зручності заправки дроту у верхній частині камер поблизу перегородки 3 і кришки 5 вирізані прямокутні вікна, які закриваються кришками чи поворотними кольцами.

Працюючи установки електроліт послідовно протікає через робочу камеру і холодильник. Співвідношення лінійних розмірів камер", перетинів патрубків та інших елементів розраховане і підібрано таким чином, щоб електричний потенціал, потрапляє на другу камеру по електроліту, створював на корпусі другий камери, також виявляющейся анодом, певне напруження. І тут напруга на 1 першої камері можна підвищити довести до такого значення, у якому 1 очищення у ній йти ефективніше, але з певним нагріванням дроту. У другій камері цьому буде також іти процес очищення, вже без нагріву дроту, з її охолодженням і від вторинного окислення за хорошого контакту нагрітої поверхні із навколишньою средой.

Отже, автоматично підтримуване співвідношення потенціалів на камерах дозволяє інтенсифікувати процес очистки.

Досвід експлуатації установок типу «ЭП-10 «виявив певні вади на конструкції її окремих вузлів і надалі деяким змін крім механіки піддався і вузол очистки.

У перший варіант (рис. 3.4а) електроліт в робочу камеру подавався через три патрубка, розміщених у площині і зміщених щодо один одного 120 градусів, а виводилося через патрубок більшого діаметра, вваренный вертикально у верхній її частки. У холодильник електроліт подавався після двох патрубка, розташованих на котра утворює цилиндра-корпуса знизу, а зливався після двох аналогічних зміщених щодо осей нижніх патрубка у верхній частині. Часто не в холодильнику задействовалось два патрубка (одного вхід, інший для виходу), щоб забезпечити зустрічну стосовно переміщенню дроту рух электролита.

У модернізованому вузлі очищення (рис. 3.46) подача електроліту здійснюється через спеціальні пластмасові розпилювачі - равлики. У робочої камері, і холодильнику розміщено дві розпилювача в такий спосіб, що що з них електроліт омиває зсередини лише стінки камер, але в оброблювану дріт окремі струменя не потрапляють. Позитивну роль цьому випадку відіграє й взаємодія двох потоків, закручених розпилювачами в супротивники. Слід зазначити, що переваги модернізованого вузла очищення реалізуються лише за повному обсязі й постійному заповненні електролітом камер і з достатньою його змінності, що й під час роботи установки.

Для невеликих підприємств і виробництв, використовують полуавтоматическую зварювання епізодично чи з перервами в технологічному циклі розроблено пристрій электролитной очищення зварювальної дроту, встраиваемое у напівавтомат без обмеження його типу, і моделі і з мінімальним його переделкой.

Пристрій складається з вузла очищення, розташованого між подає механізмом і пристроєм для размотки бухти дроту, і спеціалізованого джерела харчування з пультом управления.

Основні технічні характеристики устройства:

Напруга харчування, У 380.

Робоча напруга на камері, У 80−200 Максимальний робочий струм. А 100 Швидкість протягання, м/ч до 500 Тривалість включення, % 40−80* Вага, кг.

50−100*.

ФОРМУВАННЯ ПОКРИТТІВ НА ПОВЕРХНІ ЕЛЕКТРОДІВ ПРИ ПІДВИЩЕНИХ НАПРЯЖЕНИЯХ.

1. Нанесення покриттів при катодного обработке.

Наявність електричних розрядів між оброблюваної поверхнею і електролітом сприяє переходу елементів електроліту в парогазову оболонку, де вони перебувають в хімічно активному стані. У цьому іони металів та інших легуючих елементів, як-от бір, вуглець, азот, кидаються до катоду. Через війну оброблювана поверхню збагачується цими елементами. У цьому лежить на поверхні можуть відбутися хімічні реакції, у яких або утворюється окисная плёнка, або наростає поверхневий пласт. Останнє пришвидшується рахунок микрокапель електроліту, рухомих через парогазовый шар до металу. Одночасно відбувається ерозія поверхні. У результаті стан поверхні окреслюється результат взаємодії протилежно діючих факторов.

У одній із перших робіт з застосуванню катодного процесу задля нанесення покриттів на сталь використовувався сам собою факт нагріву поверхні катода в электролите. Призначені для нанесення на поверхню наплавочные порошки сормайта і сталинита (суміші карбидообразующих елементів з вуглецем) спочатку було закріплено лежить на поверхні з допомогою рідкого скла. Після сушіння і прокалки при 400 °З стрижневі зразки діаметром 5…10 мм нагрівали у водному электролите, що містить 10% КазСОз, при напрузі 200…250 У і щільність струму 5…65 А/см2. Досліди отримані наплавленные верстви завтовшки від десятків до сотень мікрометрів з микротвёрдостью 8…9 ГПа. Оскільки перегрів вище температури плавлення сплаву було невеличким, основний метал плавився незначно, тому навіть тонкі верстви сплаву не перемішувалися р металом основы.

Обробка по біполярної схемою в 3…7%-ном розчині щавлевої кислоти застосували щоб одержати лежить на поверхні дроту гидрокса латів заліза т • Рег (С204) • пРе (ОН)з, отлагающихся як кристалічного осаду. Ці сполуки, використовувані як подсмазочного шару, полегшують процес волочіння дроту. У цьому процесі використовувався як сам електроліт (щавлева кислота), і іони заліза, які у електроліт з оброблюваної поверхні в анодних ячейках.

Катодний нагрівання використали щоб одержати боросодержащих композиційних електрохімічних покриттів (КЭП). Сутність запропонованого в цій роботі методу полягає у спільному осадженні електролітичного нікелю з дисперсными частинками аморфного бору чи карбіду бору та наступної термічній обробці в электролитной плазмі. Товщина отриманих покриттів становила 0,3.-.0,4 мм, зміст частинок в покриттях було 4,6 мас. % бору та 5,9…7,2 мас. % В4С. Дифузний відпал покриттів здійснювали в 15%-ном розчині Nа2СОз при витягах від 1 до 300 з, швидкість нагріву становила 50 і 500 «С/С. Температура нагріву регулювалася не більше 500…880 °С.

Рентгеноструктурный аналіз покрытит гоказал, що з всіх вивчених режимах термічної обробки покриттів обох типів основний упрочняющей фазою був борид нікелю №.4 В фази № 3 В що за різних режимах свідчила про помітному у.

Дослідження кінетики освіти скорении цього процесу з порівнянню з нагріванням в печі. Встановлено, що об'ємна частка і температура початку освіти боридов та його розподіл обсягом покриття залежить від природи наповнювача. Відзначено також освіту пір розміром 0,5… 9 мкм при плазмової (электролитной) обробці покриттів нікель-бор, тоді як покриття №-В4С пір не содержали.

Аналіз дослідження тонкої структури покриттів показав, що у інтервалі температур формування боридов (400…900 °З) спостерігалася висока щільність дислокації (10 …10 див «2), причому у покритті з карбідом бору вона становила майже значно нижче, ніж у покритті із часточками аморфного бору. У роботі проведено порівняння триботехнических властивостей покриттів, минулих звичайний (пічний) відпал і електролітний нагрівання. Лінійний знос покриттів після електролітного нагріву було набагато нижчим, коефіцієнт тертя змінювався несуттєво. Автори пов’язують це з вищим змістом боридной фази в приповерхностных шарах (в покритті №-У) і з більш рівномірним розподілом боридной фази (в покритті №-В4С).

Мало досліджували обробка в перехідному режимі катодного процесу. Тим часом його використання цих цілей представляє значний інтерес. Наявність у даному режимі імпульсних електричних розрядів дає змогу провадити очищення поверхні, зокрема і південь від оксидів. У той самий час існування інтервалів часу, коли здійснюється контакт електроліту з металом, передбачає перегріву справи до об'ємі та дозволяє здійснити звичайний гальванічний процес осадження металів на поверхню катода. Обробка отриманого шару імпульсними електричними розрядами можуть призвести до утворення лежить на поверхні складної системи, яка перебуває що з оброблюваного металу, що з компонентів электролита.

Однією з можливих варіантів застосування цієї обробки є технологія зміцнення поверхневого шару впливом електричних розрядів за повної збереженні структури та властивостей обсягом вироби. Така обробка названа авторами технологією обробки електричними розрядами (ТОЭР).

Попередні експерименти показали значне збільшення твердості поверхневого шару опрацьованих виробів із різних сталей в порівнянні із вихідною твердістю обсягом металу, прийнятої за 100%:

У розділі ст. 3 — 400%, сталь45 — 320%, Р6М5 — 200%, У8 — 290%, 60Х2СМФ (загартована валковая сталь) — 120%, 20ХГСА — 170%. Технологія дозволяє створити микрорельеф поверхні із заданої шорсткістю, котра високим рівнем изотропности.

На базі технології розроблена установка, де можна обробляти робочі валки прокатних і дрессировочных станів, вальцы і інші детали.

Технічна характеристика установки Щільність електричних розрядів, 1/см • з 40…100.

Тривалість обробки (залежно від задаваемой шорсткості), хв 2…30.

Споживана потужність (залежно від розмірів валка), кВт.

20…200.

Габаритні розміри, м 4×3×3.

Велика кількість електричних розрядів із високим щільністю на одиницю поверхні, випадковий зародження і постійно мінливий у часу розподіл розрядів поверхнею, можливість легування поверхневого шару різними елементами у процесі на поверхню плазми електричних розрядів — усе це забезпечує комплекс позитивних властивостей поверхневого шару, який дуже важко отримати іншими засобами і устройствами.

Характеристики поверхневого шару опрацьованих прокатних валков.

Твердість, ГПа 11…12 Товщина шару, мкм 150…250 Інтервал задаваемой шорсткості, мкм 1…10 Ізотропність шероховатости.

0,9… 1,0.

Кількість піків на одиницю довжини бази профілю 80… 300.

За структурою микрорельеф поверхні є рівномірно розподілені виступи як наплавленных крапель металу. У цьому вся принципова різниця мікрорельєфу від одержуваного іншими засобами, в результаті чого лежить на поверхні створюються западини. При даному способі обробки порівнянні з такими відомими значно вищий число піків на одиницю довжини бази оброблюваного профиля.

2. Освіта покриттів лежить на поверхні активного анода.

Освіта лежить на поверхні активного анода неметалевих утворень у більшості робіт, присвячених даному способу обробки. При цьому характер утворень був различным.

Так, при молибденировании армко-железа і вони 45 лежить на поверхні утворювалася пухка «шуба », причому її товщина від складу електроліту. У той самий час при вольфрамировании лежить на поверхні могли утворюватися як товсті пухкі верстви, і тонкі щільні плівки, відділення яких від поверхні був дуже важким. При азотуванні технічного заліза у водному розчині 15% N11401 + 5% Н40Н поверхневий пласт містив 66% чистого заліза, тоді як у стали 45 після обробки вміст заліза було 48%. У шарі виявлено окисли РеО, Ре20з, Рез04, для технічного заліза було багато були нитриды Ре2М і Рез1^. На стали 45 у малих кількості був присутній нітрид Ре2К.

Аналіз поверхні металу, проведене після зняття поверхового шару, показав наявність феррита (а-Ре), аустеніту (у-Ре], суміші нитридов РезN4 і Ре4М^, і навіть певної кількості оксидів РеО, Ре20з і Рез04. Передбачалося, що це може бути викликане як неповним зняттям поверхневого шару, і утворенням дифузійної зоні дисперсних включений.

При науглероживании так само зразків у электролите, що складається з 15-ти% хлористого амонію + 10% ацетону, в поверхневому шарі технічного заліза було знайдено 83% чистого заліза, але в стали 45 — 71%. У шарі присутсвовали також оксиди РеО, Ре20з і Рез04, але в поверхні заліза ще і мало графита.

Поверховий шар після вольфрамирования містив 19% заліза, до 48% вольфраму, окисли Ж)2, УОз, РеО і Рез04, ще, сполуки УС, Ре2^ і РезС. На поверхні опрацьованих зразків виявлено сліди складних оксидів вольфраму і майже 5% чистого вольфрама.

З результатів рентгенодифрактометрического фазового аналізу дійшли висновку про зміну тонкої кристалічною структури технічного железа.

Після молибденирования поверхневий пласт («шуба ») був суміш оксидів РеО, Ре20з, Рез04, феррита (9…11%) і чистого молібдену (18%). На поверхні металу знайшли феррит, незначне кількість окислів Ре20з і Рез04 і близько двох% чистого молибдена.

При комплексному насиченні сталевих зразків молібденом і ванадієм в поверхневому шарі було багато містилися оксиди У02, У204, МоОз, Мо02,8, РеУ204, РеУ205, РеУ04, РеМо04, і навіть невелика кількість РеО і Ре20з. Виявлено небагато ванадію і молібдену (їх співвідношення приблизно 3:1).

При азотуванні титанового сплаву ВТ1−0 поверхневий пласт містив аТ1, суміш окислів титану, нітрид Т1К Зі збільшенням тривалості обробки збільшувалася кількість нитридов за одночасного зменшенні змісту окислов.

У науглероженных зразків що за різних напругах склад поверхневих верств в якісно це був однаковий: а-Т1, оксиди титану, карбід і карбоксид титану. Підвищення напруги супроводжувалося збільшенням окислення поверхневих верств, що дозволило зробити припущення щодо стабілізуючою ролі окисной плівки при умовах обработки.

Отже, у складі шару, що утворюється лежить на поверхні анода при нагріванні справи до электролите, входять оксиди оброблюваного металу і елементів, входять до складу електроліту. Зміст щодо великого кількості заліза, вольфраму, молібдену й у меншою мірою ванадію свідчило про активних відбудовних процесів у парогазовом шарі. Проте причиною цього є, очевидно, його присутність серед цьому шарі значної кількості водню (і окису вуглецю при науглероживании), а не висока напруженість поля і велика температура нагріву анода.

Процеси відновлення окислів заліза воднем і окисом вуглецю досить добре вивчені, а відновлення воднем окислів молібдену і вольфраму — це основний метод отримання цих металів в промышленности.

Освіта покриття лежить на поверхні може й внаслідок взаємодії металу з азотом парогазового шару. Так, при обробці стали 40Х в электролите, що містить 10% N11401 і п’яти% N114011, лежить на поверхні утворився нитридный шар завтовшки 20…40 мкм. Над ним спостерігався шар окислів завтовшки 4…5 мкм.

Коррозионные випробування, у розчині 0,1 N Nа2504 показали, що швидкість корозії азотированной сталі у 3 рази менше, ніж необробленої. Проміжні результати отримано для азотированной стали З удалённым окисным шаром. Корозія обробленою стали проходила нерівномірно як плям і точок. Це пояснювали і наявністю пір в шарі нитридов, і проникненням продуктів розчинення заліза через пори на поверхню. На високі захисні властивості многофазного покриття, отриманого при азотуванні стали 45.