СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2011 года по МПК C25F1/00 

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.

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_к:τ_a=2n:1, где τ_к - катодная поляризация, τ_а - анодная поляризация и плотности тока 0,1÷10 А/дм² 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.

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_к:τ_а=2n:1, где n=0; 1,05 и плотности тока 0,1÷10 А/дм², 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:

- 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 Н₂ и О₂, т.е. при том же объеме газовыделения Н₂ и O₂ наблюдается выделение множества мельчайших пузырьков Н₂ и O₂, которые при отрыве уносят смазку.

- во-вторых, у такой газожидкостной смеси уменьшается гидростатическое сопротивление по сравнению с обычным раствором, что также облегчает отрыв мельчайших пузырьков H₂ и O₂.

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.

В рабочую ванну с анодными и катодными зонами с помощью насоса поступает при постоянной циркуляции 0,1÷2,8 мас.% раствор H₃PO₄, с помощью блока управления осуществляют анодную или импульсную (анодно-катодную) поляризацию обрабатываемого изделия при соотношении τ_к:τ_a=2n:1, где n=0; 1,05 и плотности тока 0,1÷10 А/дм², 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 H₂O 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.

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/м². 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/м² 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-% H₃PO₄ при импульсной поляризации τ_к:τ_a=2,1:1; (прототип) 20,0 0,06 0,06 Электрохимическая очистка в 1-% H₃PO₄ при импульсной поляризации τ_к:τ_a=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-% H₃PO₄ при импульсной поляризации τ_к:τ_а=2,1:1; (прототип) 10,0 0,09 0,1 Электрохимическая очистка в 1-% H₃PO₄ при импульсной поляризации τ_к:τ_a=2,1:1; при пропускании сжатого воздуха 5% от объема раствора 15,0 0,04 0,045 Электрохимическая очистка в 1-% H₃PO₄ при импульсной поляризации τ_к:τ_a=2,1:1, при пропускании сжатого воздуха 10% от объема раствора 15,0 0,03 0,04 Электрохимическая очистка в 1-% H₃PO₄ при импульсной поляризации τ_к:τ_a=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_к:τ_a=2,1:1; при пропускании сжатого воздуха 12% от объема раствора 12,0 0,07 0,08

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлических изделий, а именно к способам электрохимической обработки (ЭХО) поверхности металлических изделий от загрязнений технологическими смазками, следов оксидной пленки, продуктов износа и других типов загрязнений. Способ включает электрохимическую обработку в водном рабочем растворе ортофосфорной кислоты с концентрацией 0,1÷2,8 мас.% в режиме анодной или импульсной поляризации постоянным током при соотношении τ_к:τ_а=2n:1, где n=0; 1,05 и плотности тока 0,1÷10 А/дм² и промывку, при этом при проведении процесса очистки через рабочий раствор в зоне обработки пропускают сжатый воздух в количестве 5÷10% от объема рабочего раствора. Технический результат - повышение качества очистки поверхности и производительности процесса без дополнительных затрат энергии. 1 табл.

Способ электрохимической очистки металлических изделий от технологической смазки, при котором электрохимическую обработку проводят в водном рабочем растворе ортофосфорной кислоты с концентрацией 0,1÷2,8 мас.% в режиме анодной или импульсной поляризации постоянным током при соотношении τ_к:τ_а=2n:1, где n=0; 1,05, и плотности тока 0,1÷10 А/дм² и промывают, отличающийся тем, что при проведении процесса очистки одновременно через рабочий раствор в зоне обработки пропускают сжатый воздух в количестве 5÷10% от объема рабочего раствора.