Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время электрохимические методы обработки (включая микрообработку) получают все большее распространение, что позволяет находить новые области их приложения и широко использовать в промышленности. Наиболее известный из них - получение гальванических покрытий Электроосаждаемые слои наносятся на поверхности, имеющие сложный профиль, изготавливаемые из разнообразных материалов, что предусматривает применение разгонных методов обработки и увеличивает число параметров, требующих контроля для управления процессом Наряду с этим возрастают требования к качеству гатьваннческих покрытий и равномерности их нанесения, либо, наоборот, локального осаждения в сочетании с интенсификацией процессов
Для оценки равномерности толщины получаемых покрытий используют понятие «рассеивающая (локализующая) способность электролитов» Существуют методы определения рассеивающей способности, как расчетные, так и экспериментальные Однако ни один из известных методов непригоден для ее определения в условиях интенсивного протекания процесса, который, как правило, обеспечивается применением интенсивных гидродинамических режимов Использование интенсивных гидродинамических режимов, в свою очередь, требует разработки метода определения рассеивающей способности при контролируемых гидродинамических условиях
Сегодня больше внимания уделяется методам электрохимической размерной обработки и микрообработки, что продиктовано требованиями современных технологий и диктует создание новых Для процессов электрохимической микрообработки также возможна интенсификация процесса путем его осуществления в контролируемых гидродинамических условиях
При электрохимической микрообработке в условиях анодного растворения важную роль играет локализация процесса. Для достижения высокой степени локализации используется нанесение на обрабатываемую поверхность изолирующих масок.
Степень локализации в условиях электрохимической микрообработки при наличии изолирующей маски определяется подтравливанием под изоляцию Подтравливание под изоляцию, а, следовательно, и локализация, зависят от гидродинамических режимов, определяющих величину предельных токов анодного растворения В связи с этим необходима разработка методов определения локализующей способности процесса анодной обработки (травлеїшя поверхности) в контролируемых гидродинамических условиях
Цель работы состоит в разработке методов определения рассеивающей (локализующей) способности в контролируемых гидродинамических условиях, экспериментальном исследовании с применением разработанных методов рассеивающей (локализующей) способности различных электролитов при электроосаждении и электрохимической микрообработке, экспериментальном исследовании влияния условий ионного массопереноса на равномерность и (или) локализацию катодного осаждения и травления при анодном растворении, разработке основ технологии электрохимической микрообработки получения серии сложнопрофильных полостей с применением изолирующих масок
Научная новизна работы обусловлена тем, что в ней
описан разработанный при участии автора новый метод определения рассеивающей (локализующей) способности электролитов при электроосаждении и анодном растворении в интенсивных условиях обработки с использованием модификации ячейки Хулла с вращающимся цилиндрическим электродом,
при использовании данной электродной системы на примере электроосаждения меди из медносульфатных электролитов показано, что при значениях іср/i„p~ 0,2 {i„p - предельная плотность тока диффузии) рассеивающая способность определяется
исключительно вторичным распределением тока При icp /iv~ 0,2 наблюдается влияние эффектов ионного массопереноса, приводящее в данной электродной системе к значительному росту рассеивающей способности Показана возможность увеличения рассеивающей способности применением низкоконцентрированных электролитов, что важно с экологической точки зрения ввиду снижения нагрузки на окружающую среду,
впервые разработана методика определения локализующей способности электролитов с использованием «утопленного вращающегося дискового электрода» Показаны возможности измерения локализующей способности электролитов различных составов и концентраций при нанесении изолирующих масок на обрабатываемую поверхность в зависимости от электрических и гидродинамических условий и контроля скорости ионного массопереноса, что позволяет «переносить» оптимальные условия обработки на отличные в гидродинамическом отношении системы,
применением электродной системы с утопленным вращающимся дисковым электродом для анодного растворения хромоникелевых сталей при нанесении на анодную поверхность изолирующей маски показано, что максимальная локализация травления и минимальная шероховатость получаемой поверхности достигаются в условиях анодных предельных токов, что позволяет выбирать оптимальные режимы обработки (плотности тока, гидродинамические условия, составы и концентрации электролитов)
Практическая значимость работы:
возможность применения разработанных методов определения рассеивающей (локализующей) способности разнообразных электролитов при различных видах электрохимической обработки материалов,
определение оптимальных электрических и гидродинамических режимов при различных видах электрохимической обработки,
возможность увеличения рассеивающей способности путем применения низ-коконцентрированньгх (по основному реагенту) сернокислых медносульфатных электролитов при электроосаждении меди,
использование метода управления рассеивающей и локализующей способностью в условиях импульсного анодно-катодного растворения путем варьирования средней анодной плотностью тока (соотношением величин заряда в анодном и катодном импульсах (Q„/Qk)),
разработка основ технологии получения серии сложнопрофильных полостей малой глубины анодным растворением в условиях электрохимической микрообработки с применением изолирующих масок, включающих выбор электролита, токовые и гидродинамические режимы процесса, обеспечивающие ее реализацию в условиях производства.
Результаты работы используются для разработки и промышленного внедрения технологии получения серии глухих сложнопрофильных полостей малой глубины анодным растворением в условиях электрохимической микрообработки авиационным Московским машиностроительным производственным предприятием «Салют»
Предложенный метод определения рассеивающей способности электролитов с использованием модификации ячейки Хулла с вращающимся цилиндрическим электродом принят к использованию ЗАО «Тираспольский элекгроаппаратный завод»
Научные результаты работы использованы Приднестровским государственным университетом им Т Г Шевченко для разработки на их основе лабораторных работ по курсам «Основы электрохимии и электрохимической технологии» и «Технология и оборудование нетрадиционных методов обработки»
Полученные результаты могут стать исходным научным материалом для дальнейших исследований в указанных направлениях
На защиту выносятся-
метод определения рассеивающей (локализующей) способности электролитов при различных видах и условиях обработки с использованием модификации ячейки Хулла с вращающимся цилиндрическим электродом,
экспериментальные результаты, подтверждающие выводы о том, что электрические и гидродинамические режимы при различных видах обработки с применением электродной системы, использующей модификацию ячейки Хулла с вращающимся цилиндрическим электродом, позволяют управлять значениями рассеивающей (локализующей) способности электролитов,
методика определения локализующей способности электролитов с использованием утопленного вращающегося дискового электрода и экспериментальные данные, демонстрирующие возможность измерения локализующей способности электролитов различных составов и концентраций при нанесении изолирующих масок на обрабатываемую поверхность в зависимости от электрических и гидродинамических условий и контроля скорости ионного массопереноса, что позволяет «переносить» оптимальные условия обработки на отличные в гидродинамическом отношении системы,
метод получения глухих сложнопрофильных полостей малой глубины (-15 мкм) в деталях из сложнолегированных сталей, основанный на использовании анодного растворения в условиях электрохимической микрообработки при нанесении изолирующей маски на анодную поверхность утопленного вращающегося дискового электрода,
научные основы технологии получения серии глухих сложнопрофильных полостей малой глубины анодным растворением в условиях электрохимической микрооб-работки с применением на анодной поверхности утопленного вращающегося дискового электрода изолирующей поливинилхлоридной маски, включающие выбор электролита, токовые и гидродинамические режимы процесса, обеспечивающие ее реализацию в условиях производства.
Апробация результатов работы осуществлялась путем
публикаций результатов исследований в рецензируемых изданиях,
докладов и обсуждений результатов работы на конференциях, в том числе международных I и II международных научно-технических конференциях - «Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей» (Россия, г Кострома, 2003 и 2007 гг), II и III международных научно-практических конференциях «Региональные особенности развития машино- и приборостроения, информационных технологий, проблемы и опыт подготовки кадров» (ПМР, г Тирасполь, 2004 и 2006 гг), Ш международной научно-практической конференции «The Third International Conference Ecological Chemistry» (Молдова, г Кишинев, 2005 г), региональных - «Научные конференции профессорско-преподавательского состава ПТУ им Т Г Шевченко» (ПМР, г Тирасполь, 2003 - 2008 гг)
Достоверность и обоснованность полученных результатов исследований обеспечена коррекшым применением апробированных, взаимодополняющих, практически подтвержденных и научно обоснованных методов исследования, качественного и количественного анализа данных, полученных в результате исследования, согласованностью с основными выводами и теоретическими положениями электрохимии, технических наук и практики, глубиной и объемом проанализированного материала, использованием приборов, регулярно поверяемых метрологической службой Погрешности измерений оценивались по многократным измерениям с последующей обработкой результатов методами математической статистики Подтверждением правильности полученных результатов является их практическая реализация в условиях промышленного
производства При оценке воспроизводимости экспериментально полученных данных использовались методы статистической обработки Обоснованность выводов и результатов подтверждается успешно проведенными лабораторными испытаниями
Личный вклад автора. С 2000 г. автор являлся исполнителем ряда тем исследований и научным руководителем студенческих дипломных работ, основные результаты которых вошли в диссертационную работу Автором совместно с научным руководителем поставлены цели и задачи исследования, проведен критический анализ литературных данных по теме диссертации Экспериментальные результаты, теоретические обобщения и расчеты, представленные в работе, выполнены под руководством научного руководителя или лично автором, а также при участии соавторов публикаций
Публикации Основное содержание диссертационной работы изложено в 18 печатных работах, включающих 8 статей, в том числе 6 в ведущих журналах (из них 3 в журналах ВАК России), 7 тезисов докладов, 3 патента, подтверждающих прикладные результаты работы
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 155 страницах, содержит 51 рисунок, 12 таблиц и состоит из введения, пяти глав с выводами, включает, обзор литературы, методику исследований, экспериментальную часть, основные выводы по работе, список литературы из 159 наименований и приложения
