Обработка поверхностей металла

---

Изделие из металла полируется с помощью специальных полировальных паст, в которые могут входить мел, известь, доломит, трепел, окись хрома (полировальная паста ГОИ), окись алюминия, окись железа (паста Крокус).

Полирование нержавеющей стали из-за ее плохой теплопроводности, сравнительно высокой вязкости и твердости является наиболее трудоемкой операцией для любого способа. Наоборот, изделия из цветных металлов поддаются полированию легче всех других. Для их отделки требуется наименьшее число операций.

Полирование серебра и золота осуществляется методом, характерным только для этих металлов.

Ориентировочные режимы полирования металлов:

Окружная скорость полировальных кругов, м/с:
Сталь, никель, хром 20-35 м/с
Медь, латунь, бронза 16-25 м/с
Алюминий, цинк, свинец 12-20 м/с

Удельное давление на обрабатываемую поверхность, кГ/см2:
Сталь, никель, хром 1-2 кГ/см2
Медь, латунь, бронза 0,8-0,3 кГ/см2
Алюминий, цинк, свинец 0,4-0,1 кГ/см2

Обработка поверхностей металла Более высокие окружные скорости используются в тех случаях, когда не требуется высокое качество обработки. Если требуется достичь высокого качества обработанной поверхности, зеркального блеска, то обработка осуществляется при более низких окружных скоростях.

При полировании эластичным кругом, покрытым пастой или суспензией, существенное влияние оказывает удельное давление полировальника на обрабатываемую поверхность. С увеличением удельного давления интенсивность процесса повышается до некоторых пределов, а в дальнейшем превышение оптимальной величины давления не только снижает качество обработки, но и производительность, преждевременно изнашивается полирование, наблюдается заметный нагрев обрабатываемых деталей. В практике полирования в ряде случаев этот режим обработки субъективно оценивается тем, кто производит полировку. Так, например, когда требуется удалить большой слой, полируемый металл с большим усилием прижимают к полировальнику. Процесс полирования протекает интенсивнее, но при этом изделие сильно нагревается, качество поверхности снижается.

Для повышения качества поверхности, операция полирования выполняется с меньшим удельным давлением, в итоге на обрабатываемой поверхности остаются менее заметные царапины, достигается высокая светоотражательная способность обработанной поверхности. Отполированный металл начинает блестеть.

При выборе величины удельного давления учитываются свойства полируемого металла. Чем мягче металл, тем легче снять слой металла, но тем сложнее достичь однородности штриха. Полирование твердых материалов ведут с большими удельными давлениями полировальника на обрабатываемую поверхность, по сравнению с мягким материалом.

Интенсивный блеск возникает на металле, так же после полирования его гладилом или полировником. Полировник изготавливают из высококачественной стали. Его рабочая часть имеет округлую форму, близкую к цилиндру, шару, конусу или тору. Поверхность полировников тщательно шлифуется, полируется и закаляется. Блеск на поверхности изделия, полируемого гладилом, возникает за счет уплотнения и выглаживания верхних слоев металла. Уплотнение металла, в свою очередь, увеличивает его коррозийную стойкость.

Полировники можно изготовить из шариков и роликов от подшипников. Металлическую поверхность полируют, нажимая с некоторым усилием на полировник и ведя в одном направлении, так чтобы после него появлялась глянцевитая полоска. Рядом с ней проводят другую полоску и так до тех пор, пока предназначенный для полирования участок не будет обработан полностью. При втором проходе полировник ведут уже в поперечном направлении. Чтобы полировник легко скользил по металлу, поверхность его смачивают полировальной водой.

Полировальную воду готовят следующем образом: в воде растворяют небольшой кусочек мыла и добавляют нашатырный спирт, все это тщательно перемешивают.

По окончании работы полированную поверхность металлического предмета натирают фетром или сукном, удаляя остатки засохшей полировальной воды.

Химическое и электрохимическое полирование

Химическое и электрохимическое полирование принципиально отличаются от механического полирования. Обработанные этими методами полирования детали также приобретают блеск, привлекательную и гладкую поверхность. Химическое и электрохимическое полирование осуществляется растворами, содержащими активные добавки.

Химическое полирование

Химическое полирование заключается в том, что обрабатываемую деталь погружают на некоторое время в сосуд с химически активным раствором, где в результате возникающих химических и местных электрохимических процессов происходит растворение металла. Шероховатость поверхности уменьшается или совсем устраняется, при этом обработанная поверхность приобретает блеск. Все процессы химического полирования сопровождаются бурным выделением газов и паров кислот или щелочей.

В процессе полирования рекомендуется перемешивать раствор или встряхивать детали в емкости. Это дает возможность устранять скопление пузырьков газов на отдельных участках деталей, так как пузырьки газов понижают качество полирования. Одним из главных преимуществ химического полирования является его простота. Для получения требуемого результата достаточно обрабатываемую деталь на несколько минут погрузить в соответствующий раствор, без применения электрического тока, без механического воздействия. Метод не требует сложного оборудования.

К недостаткам такого полирования относится сложность корректирования (поддержание точных соотношений всех элементов в растворе путем добавления израсходованного элемента) растворов и малый срок их службы. Применяемые растворы чрезвычайно опасны для здоровья человека, и в домашних условиях без соответствующей подготовки проводить такое полирование нельзя. Блеск поверхности получается меньше, чем при электрохимическом полировании. Химическому полированию подвергаются в основном латунные или алюминиевые детали сложной конфигурации и небольших размеров, которые не требуют зеркального блеска.

Электрохимическое полирование

Электрохимическим полированием называется процесс отделки поверхности металлов, приводящий к уменьшению шероховатости и появлению зеркального блеска электрохимическим способом.

Для осуществления электрохимического полирования обрабатываемую деталь, являющуюся анодом (т.е. электродом, соединенным с положительным полюсом источника тока), надо поместить в ванну с электролитом. Вторым электродом служат катоды, изготовленные из меди. На схеме показано протекание процесса электрохимического полирования. Благодаря специально подбираемому составу электролита и создаваемым условиям (образование пленки 2 повышенного сопротивления) растворение осуществляется неравномерно. В первую очередь растворяются наиболее выступающие точки 3 (выступы), вследствие чего шероховатость уменьшается, а затем исчезает, и поверхность детали становится гладкой и блестящей. Избирательное растворение торчащих элементов протекает с одновременным получением блеска.

Удаление крупных выступов 3 называется макро-полированием, а растворение микроскопически малых неровностей 4 — микро-полированием. Если макро- и микро-полирование протекает одновременно, то поверхность приобретает гладкость и блеск. В ряде случаев эти качества могут быть несвязанными друг с другом, т.е. блеск может достигаться без сглаживания, а сглаживание — без блеска.

В процессе электрохимического полирования на поверхности анода (полируемой детали) образуется окисная или гидроокисная пленка. Если эта пленка равномерно покрывает поверхность, то она создает условия, необходимые для протекания микро-полирования. Внешняя часть этой пленки непрерывно растворяется в электролите. Поэтому для успешного проведения процесса необходимо создания условий, в которых существовало бы равновесие между скоростями образования окисной пленки и скоростью ее химического растворения с тем, чтобы толщина пленки поддерживалась неизменной. Наличие пленки обусловливает возможность обмена электронами между полируемым металлом и ионами электролита без опасности местного разрушения металла агрессивным электролитом.

Макро-полирование также является процессом, зависящим от наличия прианодной пленки. Будучи более толстой в углублениях и более тонкой на выступах, эта пленка способствует их ускоренному растворению, так как на выступах создается более высокая плотность тока, а электрическое сопротивление над ними меньше, чем над углублениями.

Эффективность действия пленки увеличивается с повышением ее внутреннего сопротивления. Электролиты, содержащие соли слабодиссоциирующих кислот или комплексные соли, повышают сопротивление пленки.

Кроме действия прианодной пленки на течение процесса электрохимического полирования влияют и другие факторы, в частности механическое перемешивание электролита (или движение анода), благоприятствующие утончению пленки за счет ее растворения или уменьшения толщины диффузионного слоя. Электролиты некоторых составов функционируют нормально только при нагреве. Общим правилом является то, что повышение температуры снижает скорость нейтрализации и повышает скорость растворения прианодной пленки.

Существенными факторами, влияющими на течение процесса электрохимического полирования, являются также плотность тока и напряжение.

На рисунке показана типичная зависимость плотности тока от напряжения в ванне при электрохимическом полировании.

На участке АБ повышение плотности тока почти пропорционально увеличению напряжения. На участке БВ режим нестабилен, наблюдается колебание тока и напряжения. Предельный ток, соответствующий участку ВГ, характеризует процесс формирования на аноде пассивной пленки. При этом повышение напряжения в довольно широком интервале не сопровождается изменением плотности тока. По достижении напряжения, соответствующего точке поворота Г на кривой, начинается новый процесс — образование газообразного кислорода.

В зависимости от состава электролита и обрабатываемого металла полирование ведут при режимах соответствующих различным участкам кривой. Так, полирование меди в фосфорной кислоте ведут при режиме предельного тока, когда не происходит образования кислорода.

Рецепты ванн и режимы для химического и электрохимического полирования

ВНИМАНИЕ!!! ВАННЫ для химического и электрохимического полирования ОЧЕНЬ ОПАСТЫ для здоровья, ОСОБЕННО ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ. Поэтому не пытайтесь делать этого дома, тем более если у вас нет необходимого навыка, знаний и оборудования!!!

Химическое полирование деталей из углеродистой стали. Химическое полирование деталей из углеродистой стали можно выполнять в различных растворах. Один из них (в вес. %): 15-25% ортофосфорной кислоты, 2-4% азотной кислоты, 2-5% соляной кислоты, 81-60% воды. Режим работы: рабочая температура 80° С, выдержка 1-10 мин. В данном растворе производят также полирование нержавеющей стали. Химическое полирование деталей из стали выполнят также в следующем растворе: 25 г щавелевой кислоты, 13 г пергидроли, 0,1 г серной кислоты, до 1 л воды. Режим работы: рабочая температура 20° С, выдержка 30-60 мин.

Химическое полирование деталей из нержавеющей стали. Химическое полирование деталей из нержавеющей стали марки Х18Н9Т выполняют в растворе следующего состава: 40 см3 азотной кислоты, 70 см3 соляной кислоты, 230 см3 серной кислоты, 10 г/л столярного клея, 6 г/л хлористого натрия, 6 г/л красителя кислотного черного. Режим работы: рабочая температура 65-70°С, выдержка 5-30 мин.

Химическое полирование деталей из алюминия и его сплавов. Для полирования мелких алюминиевых деталей используют следующий состав раствора: 60 см3 ортофосфорной кислоты, 200 см3 серной кислоты, 150 см3 азотной кислоты, 5 г мочевины. Режим работы: рабочая температура 100- 110° С, выдержка 15-20 с. Полирование деталей из алюминиево-магниевого сплава АМг производят в одном из растворов следующего состава: 500 или 300 см3 ортофосфорной кислоты, 300 или 450 см3 серной кислоты (аккумуляторной), 150 или 170 см3 азотной кислоты.

Химическое полирование деталей из меди и, ее сплавов. Химическое полирование деталей из меди и ее сплавов выполняют в следующем растворе: 800 см3 серной кислоты; 20 см3 азотной кислоты; 1 см3 соляной кислоты; 200 см3 пергидроли; 20-40 см3 хромового ангидрида. Режим работы: рабочая температура 20-40°С, выдержка до 1-2 мин. Может быть также использован раствор: 250-270 см3 серной кислоты, 250-270 см3 азотной кислоты, 10-12 см3 нитрита натрия. Режим работы: рабочая температура 30-40° С, выдержка 1-3 мин.

Химическое полирование деталей из никеля. Для химического полирования деталей из никеля используют раствор (в вес. %) 45-60% ортофосфорной кислоты, 15-25% серной кислоты, 8-15% азотной кислоты, 10-20% соды. Режим работы: рабочая температура 65-70° С, выдержка 0,5-1 мин.

Электролитическое полирование деталей из углеродистой стали.Наиболее популярным является так называемый универсальный электролит для полирования деталей из черных и цветных металлов. Его состав следующий (в вес. %): 65% ортофосфорной кислоты, 15% серной кислоты, 6% хромового ангидрида, 14% воды. Режим работы: рабочая температура 70-90° С, анодная плотность тока 40-80 а/дм2, напряжение 6-8 в, выдержка 5-10 мин.

Электролитическое полирование деталей из нержавеющей стали. Детали из нержавеющей стали (хромоникелевой и хромоникельмолибденовой) полируют в растворе (в вес. %): 65% ортофосфорной кислоты, 15% серной кислоты, 5% хромового ангидрида, 12% глицерина, 3% воды. Режим работы: рабочая температура 45-70°С, анодная плотность тока 6-7 а/дм2, напряжение 4,5-6в, выдержка 4- 30 мин (для штампованных деталей 4-6 мин, для деталей после сварки или термической обработки 10-12 мин, для литых отпескоструенных деталей из стали Х18Н9Т около 30 мин).

Электролитическое полирование деталей из алюминия и его сплавов.Для полирования деталей из алюминия и сплавов АМг и АМц хорошо зарекомендовал себя электролит, следующего состава (в вес. %): 65-70% ортофосфорной кислоты, 8-10% хромового ангидрида, 20-27% воды. Режим работы: рабочая температура 70-80° С, плотность тока в свежеприготовленном растворе 10-30 а/дм2, в растворе насыщенном солями 10-20 а/дм2. Выдержка 5 мин и более. Реверсирование при применении свежеприготовленного раствора tа-10 сек, tк — 2 сек; при применении раствора насыщенного солями, tа — 10 сек, tк — 5 сек. Для полирования деталей из дюралюминия Д16-Т рекомендуется следующий состав раствора (в вес. %): 40% серной кислоты, 45% ортофосфорной кислоты, 3% хромового ангидрида, 11% воды. Режим работы: рабочая температура 60-80° С, анодная плотность тока 30-40 а/дм2, напряжение 15-18 в, выдержка — несколько минут.

Электролитическое полирование деталей из никеля и никелевых покрытий. Для полирования деталей из никеля рекомендуется раствор: 1200 г/л серной кислоты, 120-150 г/л ортофосфорной кислоты, 15-20 г/л лимонной кислоты. Режим работы: рабочая температура 20-30° С, анодная плотность тока 30-50 а/дм2, выдержка до 1 мин. Для полирования применяют также 70%-ный раствор серной кислоты. Анодная плотность тока 40 а/дм2, температура 40°С, продолжительность процесса 30 сек.

Электролитическое полирование деталей из меди и ее сплавов. Для полирования этих деталей применяют следующий электролит: 1200 г/л ортофосфорной кислоты, 120 г/л хромового ангидрида. Режим работы: рабочая температура 20-30°С, анодная плотность тока 35-50 а/дм2, выдержка 0,5-2 мин. Применяют также однокомпонентный раствор ортофосфорной кислоты при температуре 18-25°С; анодная плотность тока для деталей из меди 1,6 а/дм2, для деталей из медных сплавов 0,8-1 а/дм2, выдержка 10-20 мин.

Шлифование

Это обработка поверхности металла, которая включает в себя механическая обработка металла в процессе которой устраненяются значительные неровности перед полированием. Для шлифования металлов применяют абразивные материалы естественного происхождения или искусственные в зависимости от твердости материала изделия. Твердые шлифовальные материалы – корунд икарборунд – используют для шлифования закаленной стали, марганцевой бронзыи т.п. Наждаком шлифуют черные и цветные металлы; крокусом (окись железа) или порошковой пемзой – латунь, цинк, алюминий; полировальной или венской известью – мягкие металлы и сплавы. Хорошие полировальные свойства имеет окись хрома, поэтому его применяют для полирования твердых и мягких металлов. Крокус можно изготовить самому, если в насыщенный раствор железного купороса долить раствор щавелевой кислоты. Можно железные опилки растворить в соляной кислоте и в отфильтрованный раствор добавить соды. В обеих случаях образовывается осадок, который отфильтровывают, промывают водой и прогревают на воздухе до вишневого цвета.

Для шлифования применяют абразивные керамические или войлочные круги с наклеенным абразивом. Удобные для шлифования вулканитовые и пенопласта алмазные круги. Широко используют для шлифования кожицы. Их выпускают на тканевой основе – БТ, бумажной – Н и на комбинированной – СТ. Величину зерна абразива обозначают номерами: 12, 16, 20, 24, 36, 46, 60, 80, 100, 120, 140, 170, 200, 280, 325. Чем больший номер, тем мельче абразив. Для очистки поверхности от ржавчины применяют в основном кожицы с номером 46, для шлифования – от номера 60 до 200, для полирования – остальное. Кроме номера кожицы, обозначают еще и материал абразива: КЧ или КЗ – карбид кремния черный или зеленый; Кр – кремний, Э – электрокорунд, Кв – кварц, С – стекло. Например, обозначение БТР 725X50 Э80В означает: на тканевой основе шириной 725 мм, длина рулона 50 м, электрокорунд, зерно № 80, водостойкая.
При ручном шлифование металла кожицы накладывают на деревянный брусок, к которому снизу приклеен фетр или тонкий войлок (рис. 2). Так лучше прилипает кожица к поверхности детали. Шлифования выполняют круговыми движениями. Малодоступные места деталей или при отсутствии кожицы нужной зернистости обрабатывают абразивом, смешанным с минеральным маслом (соответственно 1 и 5 частей за массой). Можно пользоваться алмазной пастой для притирания клапанов автомобильных двигателей. Ее наносят на поверхность изделия и трут торцом мягкого дерева.

Для шлифования металлов механическими средствами применяют войлочный круг с наклеенным абразивом. Круг приводится в движение от электродвигателя. Перед наклеиванием абразива на войлочный круг абразивный порошок высушивают при температуре 50-50 °С и насыпают в желоб. Потом круг намазывают клеем (столярным, ПВА, силикатным), обкатывают в порошке, сушат при температуре 45-50 °С на протяжении 20-24 часов, потом накатывают второй слой и снова сушат.
Если наносят абразив на войлочный круг, который уже использовали, остатки абразива и клея на его поверхности удаляют шлифовальным камнем или ножом. Детали, которые имеют довольно чистую поверхность, можно обрабатывать на круге без наклеенного абразива. Для этого на поверхность крутая, которым шлифуют стальные изделия, наносят такую пасту, частей за массой:

Шлифовальной порошок….. 75
Стеарин ……………………………15
Маслило…………………………… 8
Керосин……………………………..2

Тонкое шлифование деталей с меди, цинка, алюминия и их сплавов выполняют пастой, куда входит 40 % наждачного порошку и 60 % стеарина. Окончательное шлифование проводят на жировых войлочных кругах без абразива. Круги смазывают жировой пастой
такого состава, частей за массой:

Петролатум……………………… 43
Солидол ……………………………43
Парафин ……………………………14

Кожницами шлифуют с помощью вибрационных шлифовальных электромашин. При этом кожицу и поверхность детали целесообразно смачивать керосином, а если кожицы водостойкие – водой. Иначе поверхность кожицы быстро забивается отходами шлифования.