Введение
Электрохимический процесс
Электрополирование, также известное как электрохимическое полирование, анодное полирование или электролитическое полирование (особенно в области металлографии), – это электрохимический процесс, который удаляет материал с металлической заготовки, снижая шероховатость поверхности за счет выравнивания микроскопических неровностей и улучшения качества отделки. Электрополирование часто сравнивают, но оно принципиально отличается от электрохимической обработки. Оно используется для полировки, пассивации и удаления заусенцев с металлических деталей. Его часто описывают как обратный процесс по сравнению с электроосаждением. Оно может применяться вместо абразивной тонкой полировки при подготовке микроструктур.
Electropolishing, also known as electrochemical polishing, anodic polishing, or electrolytic polishing (especially in the metallography field), is an electrochemical process that removes material from a metallic workpiece, reducing the surface roughness by levelling micro peaks and valleys, improving the surface finish. Electropolishing is often compared to, but distinctly different from, electrochemical machining. It is used to polish, passivate, and deburr metal parts. It is often described as the reverse of electroplating. It may be used in lieu of abrasive fine polishing in microstructural preparation.
Механизм
Как правило, заготовку погружают в ванну с электролитом, температуру которой контролируют, и она служит анодом; она соединена с положительной клеммой источника постоянного тока, а отрицательная клемма присоединена к катоду. Ток проходит от анода, где металл на поверхности окисляется и растворяется в электролите, к катоду. На катоде происходит реакция восстановления, в результате которой обычно выделяется водород. Электролиты, используемые для электрополирования, чаще всего представляют собой концентрированные кислотные растворы, такие как смеси серной и фосфорной кислот. Другие электролиты для электрополирования, описанные в литературе, включают смеси перхлорной кислоты с уксусным ангидридом (который приводил к смертельным взрывам) и метанольные растворы серной кислоты. Для электрополирования шероховатой поверхности выступающие части профиля поверхности должны растворяться быстрее, чем углубления. Этот процесс, известный как анодное выравнивание, может приводить к ошибочному анализу при измерении топографии поверхности. Анодное растворение в условиях электрополирования удаляет заусенцы с металлических деталей благодаря повышенной плотности тока на углах и заусенцах. Наиболее важно, чтобы успешная электрополировка осуществлялась в режиме диффузионно-ограниченного плато постоянного тока, достигаемого путем отслеживания зависимости тока от напряжения (поляризационной кривой) при постоянной температуре и перемешивании.
Приложения
Из-за простоты использования и эффективности при полировке объектов сложной формы, электрополировка стала широко распространенным процессом в производстве полупроводников. Поскольку электрополировка также может применяться для стерилизации деталей, этот процесс играет важную роль в пищевой, медицинской и фармацевтической промышленности. Она часто используется на заключительном этапе производства крупных металлических изделий, таких как барабаны стиральных машин, корпуса морских судов и самолетов, а также детали автомобилей. Практически любой металл можно подвергнуть электрополировке, однако наиболее часто полируют нержавеющие стали серий 300 и 400, алюминий, медь, титан, никель и медные сплавы. Компоненты для сверхвысокого вакуума (UHV) обычно электрополируются для получения более гладкой поверхности, что улучшает показатели вакуума, скорость выделения газов и эффективность откачки. Электрополировка широко применяется для подготовки тонких металлических образцов к просвечивающей электронной микроскопии и атомно-зондовой томографии, поскольку она не вызывает механических деформаций поверхностных слоев, в отличие от механической полировки.
Преимущества
Результаты эстетически привлекательны. Создает чистую, гладкую поверхность, которую легче стерилизовать. Позволяет полировать участки, недоступные для других методов полировки. Удаляет небольшое количество материала (обычно 20-40 микрометров в глубину для нержавеющей стали) с поверхности деталей, а также удаляет небольшие заусенцы или острые кромки. Может использоваться для уменьшения размеров деталей при необходимости. При электрополировке нержавеющей стали предпочтительно удаляется железо с поверхности, что повышает содержание хрома и никеля и обеспечивает наилучшую степень пассивации. Электрополировку можно применять к широкому спектру металлов, включая нержавеющую сталь, алюминий, медь, латунь и титан.