Gia công điện hóa kim loại

27

Gia công kim loại đặc biệt bằng điện
I. I. Moroz

Trong những năm gần đây, các phương pháp gia công kim loại bằng điện ngày càng được sử dụng nhiều hơn. Những phương pháp này là gì và cách chúng được sử dụng so với các phương pháp gia công kim loại khác sẽ được thảo luận trong bài viết này.

Năm 1834, Michael Faraday đã hình thành các định luật cơ bản về điện phân.

Theo định luật Faraday, lượng chất $m$ thoát ra hoặc hòa tan trên các điện cực trong thời gian $t$ tỉ lệ thuận với lượng điện $q$ đi qua chất điện phân:

$$m = kq = kIt = \frac{ItA}{Nev},$$

trong đó $I$ là cường độ dòng điện, $A$ là khối lượng nguyên tử, $v$ là hóa trị của chất, $N$ là số Avogadro, $e$ là điện tích của electron.

Được biết, $I = jS$ (j là mật độ dòng điện, $S$ là diện tích điện cực).

Chỉ vài năm sau khi phát hiện ra định luật điện phân, năm 1928, kỹ sư Liên Xô V.N. Gusev và L.P. Rozhkov đề xuất sử dụng phương pháp điện phân để gia công kim loại bằng các phương pháp cơ học thông thường (tiện, phay, cắt, mài).

Thoạt nhìn, đề xuất này có vẻ thiếu giáo dục. Quả thực, tất cả kinh nghiệm của con người dường như đều dạy rằng một công cụ phải là vật liệu rắn mới có thể gia công được. Ngay cả người thượng cổ cũng sử dụng đá làm công cụ cắt. Sau đó, sắt, thép và cuối cùng là các công cụ hợp kim cứng và siêu cứng được tạo ra. Nhưng với sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là các ngành cơ khí chuyên ngành (kỹ thuật ô tô, tên lửa và một số ngành khác), các vật liệu mới đã xuất hiện, việc xử lý chúng bằng phương pháp cơ học gặp rất nhiều khó khăn và trong một số trường hợp, đơn giản là không thể. Ví dụ, có những hợp kim cứng và giòn bị phá hủy trong quá trình gia công cơ khí. Cần phải tạo ra các phương pháp gia công kim loại mới. Đây là lúc đề xuất của Gusev và Rozhkov trở nên hữu ích.

Trong quá trình điện phân, các điện cực kim loại được ngâm trong dung dịch điện phân, một điện áp được đặt vào chúng và dòng điện chạy qua dung dịch điện phân (Hình 1). Rõ ràng, hydro được giải phóng trên bề mặt kim loại, sau đó xảy ra sự hòa tan kim loại, thường đi kèm với việc giải phóng oxy.

Trong thực tế công nghiệp, khắc điện hóa và đánh bóng điện phân kim loại từ lâu đã được sử dụng rộng rãi. Đầu tiên là để làm sạch bề mặt kim loại khỏi màng oxit, thứ hai là để cải thiện chất lượng bề mặt, tạo độ sáng bóng cho bề mặt. Cả hai quá trình này đều dựa trên thực tế là trong quá trình điện phân, kim loại sẽ bị hòa tan.

Cơm. 1.

28

Cả trong quá trình khắc và đánh bóng, một lượng kim loại không đáng kể được loại bỏ khỏi bề mặt và kích thước hình học của bộ phận được tạo hình trên thực tế không thay đổi. Điều này được giải thích là do ở mật độ dòng điện được sử dụng trong các quá trình như vậy, tốc độ hòa tan kim loại là rất thấp. Nếu mật độ dòng điện tăng lên hàng trăm lần thì tốc độ hòa tan aode của kim loại cũng sẽ tăng lên. thì lượng kim loại bị loại bỏ có thể tỷ lệ thuận với lượng kim loại bị loại bỏ trong quá trình cắt. Điều này cho phép sử dụng điện phân để gia công kim loại.

Hình 2 thể hiện sơ đồ chung của quá trình xử lý điện hóa kim loại. Cũng giống như quá trình khắc và đánh bóng, bộ phận được tạo hình được kết nối với cực dương của nguồn dòng điện và dụng cụ điện cực được kết nối với cực âm. Tuy nhiên, không giống như các bể điện phân thông thường, nơi khoảng cách giữa các điện cực là 150 200 mm, ở đây khoảng cách này giảm xuống còn 0,05 0,5 mm và thông qua khoảng cách hẹp giữa các điện cực này, máy bơm liên tục hòa tan chất điện phân. Các bề mặt không hoạt động của cực âm được phủ bằng vật liệu cách điện.

Ví dụ, do khoảng cách giữa các điện cực rất nhỏ