СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD FOR ELECTROCHEMICAL CLEANING OF METAL ITEMS

Изобретение относится к электрохимической обработке металлических изделий, а именно к способам электрохимической очистки (ЭХО) поверхности металлических изделий от загрязнений технологическими смазками, следов оксидной пленки, продуктов износа и других типов загрязнений.
Известен способ электрохимического обезжиривания металлоизделий в щелочных растворах [Химическая и электрохимическая обработка стальных труб. Я.Н.Липкин, В.М.Штанько, М.: Металлургия, 1982 г., с.131] при катодной и анодной поляризации. Однако процесс щелочного электрохимического обезжиривания обладает рядом существенных недостатков:
- низкое качество очистки поверхности;
- значительная продолжительность процесса;
- высокие рабочие температуры растворов.
к
a
к
а
2
Наиболее близким решением, принятым за прототип, является способ электрохимического обезжиривания металлических изделий, при реализации которого изделие обрабатывают в водном растворе, содержащем 0,1÷2,8 мас.% ортофосфорной кислоты при поляризации постоянным током в режиме анодной или импульсной поляризации при соотношении τ:τ=2n:1, где τ - катодная поляризация, τ - анодная поляризация и плотности тока 0,1÷10 А/дм и затем промывают (патент РФ №1612645, C25F 1/00).
Недостатки способа - невысокое качество, недостаточная эффективность и невысокая производительность процесса очистки поверхности от трудноудаляемых технологических смазок.
Это связано с недостаточной интенсивностью газовыделения (пузырьков кислорода в анодных зонах и пузырьков водорода в катодных зонах обработки), за счет которого, в основном, и происходит удаление загрязнений с поверхности металла.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в безэнергозатратном повышении качества очистки от трудноудаляемых технологических смазок и интенсификации процесса электрохимической очистки.
к
а
2
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе электрохимической очистки металлических изделий от технологической смазки, при котором электрохимическую обработку проводят в водном растворе ортофосфорной кислоты концентрацией 0,1÷2,8 мас.% в режиме анодной или импульсной поляризации постоянным током при соотношении τ:τ=2n:1, где n=0; 1,05 и плотности тока 0,1÷10 А/дм, согласно изобретению, одновременно через рабочий раствор в зоне обработки пропускают сжатый воздух в количестве 5÷10% от объема рабочего раствора.
При проведении процесса ЭХО в 0,1÷2,8 мас.% растворе ортофосфорной кислоты при поляризации постоянным током электрохимическая очистка поверхности происходит в основном за счет газовыделения: пузырьков водорода - в катодных и пузырьков кислорода - в анодных зонах обработки, которые отрываясь от поверхности металла, уносят за собой смазку.
При подаче в зону обработки дополнительно сжатого воздуха (в количестве 5÷10% от объема раствора) происходит его смешивание с рабочим раствором и возрастает интенсивность газоотделения пузырьков воздуха, а также кислорода и водорода с поверхности изделия в катодных и анодных зонах:
2
2
2
2
2
2
- во-первых, за счет наполнения раствора воздухом и образования газожидкостной смеси уменьшается давление столба электролита на зарождающиеся пузырьки водорода и кислорода, а также уменьшается концентрационная поляризация, все эти факторы приводят к значительному уменьшению размеров отрывающихся пузырьков Н и О, т.е. при том же объеме газовыделения Н и O наблюдается выделение множества мельчайших пузырьков Н и O, которые при отрыве уносят смазку.
2
2
- во-вторых, у такой газожидкостной смеси уменьшается гидростатическое сопротивление по сравнению с обычным раствором, что также облегчает отрыв мельчайших пузырьков H и O.
Все это способствует повышению качества очистки поверхности и интенсификации процесса.
При пропускании сжатого воздуха в количестве менее 5% от объема раствора интенсивность газоотделения в сравнении с прототипом увеличивается незначительно, этого недостаточно для повышения качества и производительности процесса очистки от трудноудаляемых смазок.
При пропускании сжатого воздуха в количестве более 10% от объема раствора гидростатическое сопротивление газожидкостной смеси опять возрастает и условия газоотделения ухудшаются, что снижает качество очистки и интенсивность процесса.
Способ электрохимической очистки металлических изделий согласно изобретению подробно раскрывается ниже приведенным описанием.
Способ реализуется следующим образом.
3
4
к
a
2
2
+
В рабочую ванну с анодными и катодными зонами с помощью насоса поступает при постоянной циркуляции 0,1÷2,8 мас.% раствор HPO, с помощью блока управления осуществляют анодную или импульсную (анодно-катодную) поляризацию обрабатываемого изделия при соотношении τ:τ=2n:1, где n=0; 1,05 и плотности тока 0,1÷10 А/дм, температуре 15÷35°С и времени обработки 0,1÷30 с, при этом одновременно через рабочий раствор в зоне обработки пропускают сжатый воздух в количестве 5÷10% от объема рабочего раствора. При поляризации обрабатываемого изделия за счет разряда катионов Н и диполей HO из раствора на его поверхности в порах смазки начинают зарождаться газовые пузырьки, которые, вырастая до определенного размера, отрываются от поверхности и уносят за собой смазку.
При увеличении поляризации интенсивность газовыделения возрастает и по мере очищения поверхности газовыделение происходит равномерно по всей поверхности. При этом, если одновременно через рабочий раствор в зоне обработки пропустить сжатый воздух, возрастает интенсивность газоотделения, за счет чего в рабочем растворе создается турбулентность потока с возникновением эффектов, подобных кавитации. Все эти факторы способствуют интенсификации процесса и повышению качества очистки.
2
Способ был проверен в сравнении с прототипом при удалении следующих технологических смазок: хлорпарафин ХП-470 и сож Блазокут, смазка Блазомил, масляная сож Блазоформ, а также самой трудноудаляемой графитсодержащей смазки, с поверхности нержавеющих труб ⌀ 6,9×0,3 мм; ⌀ 12,0×0,6 мм; ⌀ 16,6×0,35 мм. Допустимый уровень остаточных загрязнений на трубах данного сортамента по нефтепродуктам и солевым загрязнениям - не более 0,05 г/м. Результаты испытаний приведены в таблице.
Таким образом, из таблицы видно, что предполагаемый способ электрохимической очистки металлических изделий, согласно изобретению, обеспечивает очистку металлических изделий от любых трудноудаляемых загрязнений, при этом остаточные загрязнения по нефтепродуктам и солевым загрязнениям в 2÷3 раза меньше, чем при очистке по прототипу, а производительность процесса очистки в 1,3÷1,5 раза выше.
№
Характеристика труб
Способ очистки труб
Скорость движения трубы V, м/мин
Остаточные загрязнения, г/м<sup>2</sup>
Нефтепродукты
Солевые загрязнения
1
⌀6,9×0,3 мм смазка ХП-470 и сож Блазокут ⌀12,0×0,6 мм смазка Блазомил и Блазоформ ⌀16,6×0,35 мм смазка ХП-470 и сож Блазокут
Электрохимическая очистка в 1-% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> при импульсной поляризации τ<sub>к</sub>:τ<sub>a</sub>=2,1:1; (прототип)
20,0
0,06
0,06
Электрохимическая очистка в 1-% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> при импульсной поляризации τ<sub>к</sub>:τ<sub>a</sub>=2,1:1; при пропускании сжатого воздуха 5% от объема раствора
26,0
0,03
0,03
2
⌀16,6×0,35 мм графитсодержащая смазка
Электрохимическая очистка в 1-% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> при импульсной поляризации τ<sub>к</sub>:τ<sub>а</sub>=2,1:1; (прототип)
10,0
0,09
0,1
Электрохимическая очистка в 1-% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> при импульсной поляризации τ<sub>к</sub>:τ<sub>a</sub>=2,1:1; при пропускании сжатого воздуха 5% от объема раствора
15,0
0,04
0,045
Электрохимическая очистка в 1-% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> при импульсной поляризации τ<sub>к</sub>:τ<sub>a</sub>=2,1:1, при пропускании сжатого воздуха 10% от объема раствора
15,0
0,03
0,04
Электрохимическая очистка в 1-% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> при импульсной поляризации τ<sub>к</sub>:τ<sub>a</sub>=2,1:1; при пропускании сжатого воздуха 3% от объема раствора
12,0
0,08
0,09
Электрохимическая очистка в 1-% НэР04 при импульсной поляризации τ<sub>к</sub>:τ<sub>a</sub>=2,1:1; при пропускании сжатого воздуха 12% от объема раствора
12,0
0,07
0,08