Текст ФХОТЭС часть 1-2 для 2015 (1245610), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

H₂O

_

- H₂O

+ + +

- + +

- + H₂O

Na Cl 

+ +

+ +

- + _

+

_

Рис. 2.8. Схема растворения солей

Если электроды погружены в электролит, то на их поверхности протекает обратимая реакция

Ме  Меⁿ⁺ + nе,

где n- валентность металла; Меⁿ⁺ ион в растворе, е - электрон.

На поверхности металла возникает положительный заряд, и к нему притягиваются отрицательно заряженные ионы из раствора. На границе электролита с металлом образуется так называемый двойной электрический слой, подобный тому, какой возникает на обкладках конденсатора (рис.1.21). Один слой представляет поверхностные заряды в металле (+), другой — ионы в растворе (-). За счет этого на электродах возникают скачки электрического потенциала. Протекание процесса электрохимического полирования становится возможным, если приложить внешнее напряжение, превышающее разность _{а —} _к , где _а - скачок потенциала на аноде, а _к - скачок потенциала на катоде. При подключении электродов к источнику напряжения ионы начинают двигаться в электролитическом поле через межэлектродный промежуток от электрода к электроду.

Ме

Рис. 2.9. Схема образования двойного электрического слоя.

На катоде происходит ускоренное разложение молекул воды с выделением молекулярного водорода:

H₂ O + e  H⁺ + OH^--

H⁺ + H⁺  H₂

На аноде справедлива следующая схема перехода металла в нерастворимый гидроксид:

Me — ne  Meⁿ⁺

Meⁿ⁺ + n OH ^—  Me (OH) n 

Одновременно образуется молекулярный кислород:

2 OH ^— — 2e  H₂ O + O⁺

O⁺ + O⁺  O₂ 

Таким образом, в результате реакции выделяются свободные H₂ и O₂ и выпадает осадок на аноде в виде гидроокиси металла. Нерастворимые продукты выносятся потоком электролита из зоны обработки.

При большой силе тока возможны другие реакции в результате которых могут образовываться оксиды. Это нежелательные реакции, потому что оксиды покрывают поверхность металла и ухудшают растворение металла, а следовательно и обрабатываемость.

Требования предъявляемые к электролитам для электрохимического полирования.

От состава электролита сильно зависит электропроводность и скорость растворения металла. Для хороших технологических показаний процесса необходимо:

1) в электролите не должны протекать вовсе или протекать в минимальном объёме побочные реакции. Это снижает производительность.

2) растворение заготовки должно происходить только в зоне обработки

3) на всех участках обрабатываемой поверхности должен протекать расчётный ток

Универсальных электролитов, которые отвечают всем требованиям не существует. Поэтому для каждой детали подбирают свой состав электролита. Не существует расчётных методик определения оптимальных режимов, поэтому всё подбирается экспериментально.

Требования к электролитам при электрохимическом полировании:

1) содержащиеся в водном растворе электролита анионы и катионы должны хорошо диссоциировать при любых условиях

2) необходимо чтобы потенциал материала электрода был более положителен, чем потенциал осаждения катиона. Это нужно для того, чтобы катод не покрывался слоем металла

3) обеспечение в ходе реакции в электролите перехода продуктов реакции анодного растворения в нерастворимое состояние

4) скорость образования пассивной анодной плёнки и скорость её растворения должны быть равны

5) толщина удаляемого слоя при полировании должна быть минимальной

6) электролит не должен быть агрессивным к металлу при отсутствии тока. Для предотвращения разъедания металла в момент выключения тока вводится окислитель

7) электролит должен обеспечивать полирование в широком диапазоне температур и плотности тока и иметь продолжительный срок службы

8) в процессе полирования не должны выделяться вредные газы

Назначение и суть электрохимического полирования металлов.

Электрохимическое полирование поверхности детали применяют в качестве способа подготовки поверхности детали для проведения дальнейших операций покрытия (осаждение химическое и гальваническое металлов, оксидирование, анодирование, фосфорирование и т.д.)

Кроме того, электрохимическое полирование применяют для удаления заусенцев и полирования деталей сложной формы.

Преимущества метода:

нет механического воздействия на материал детали, поэтому такая обработка не нарушает поверхностного слоя, это особенно важно при полировании полупроводниковых заготовок.

Считается, что при электрополировке поверхность состоит из активных и пассивных участков. Полирование в электролите происходит вследствие неодинаковой пассивации выступов и впадин поверхности,а также различных условий диффузии анионов и катионов сквозь вязкий прианодный слой (рис.1.22). Пассивными являются микроуглубления, потому что в них скапливаются продукты анодной реакции, которые являются нерастворимыми. На активных микровыступах возрастает плотность тока и значит скорость их растворения, так как энергия необходимая для перевода иона в растворе максимальна на микровыступах детали.

_{+ —}

Рис. 2.10. Схема электрополирования

Энергия отрыва иона состоит из суммы собственной энергии отрыва и энергии, необходимой для диффузии сквозь прианодный слой.

Для выяснения процесса химического полирования рассмотрим зависимость силы тока от напряжения на клеммах ванны.

Характеристика электрохимического процесса.

Рис. 2. 11. Влияние плотности тока на процесс полирования

При различных условиях на аноде электролитической ванны могут происходить:

1) растворение металлического анода

2) окисление металла анода

3) выделение газообразного кислорода

4) окисление различных веществ – компонентов раствора

5) электрополирование металла анода

Эти процессы протекают при режимах, соответствующих различным участкам характеристики процесса.

На участке АВ плотность тока увеличивается пропорционально приложенному напряжению. Анод при этом находится в активном состоянии (анод растворяется).

Участок ВС соответствует нестабильному состоянию процесса. При этом происходит пассивация анода и формируется вязкий слой электролита.

На участке CD протекает процесс полирующего травления анода. Вязкий слой стабильный и участки анода находятся в пассивированном состоянии и идёт травление выступающих участков.

На участке DE плотность тока повышается за счёт разрядов анионов OH^-. Всё это сопровождается выделением кислорода. Полирование меди на участке CE в ортофосфорной кислоте не позволяет получить гладкой поверхности, это вызвано тем, что пузырьки выделяющегося кислорода задерживаются некоторое время на поверхности детали, что вызывает поверхностное выкрашивание – питтинг.

Участок EK не является рабочим участком электрохимического полирования.

Такие режимы используют для создания обратных процессов.

Процесс протекает при режимах, приведенных ниже:

T = 70 – 95 ^oC

плотность тока J = 2,5 – 10 А/дм² (встречаются до 100 А/дм²)

U = 7 – 15 В

При электрохимическом полировании применяют ток, такой плотности, при котором вместе с растворением анода происходит разряд анионов: OH^-, SO₄^--, PO₄^---.

При меньших плотностях тока металл просто растворяется.

Если плотность тока слишком велика, то происходят отрицательные явления: перегрев, бурное выделение газов на аноде, сильное растравливание металла.

Температура электролита очень важный технологический параметр, если она черезчур низкая, то увеличивается вязкость прианодного слоя, при этом ухудшается диффузия через прианодный слой и требуется повышеное напряжение в ванне.

Повышение температуры снижает вязкость прианодного слоя, при слишком большой температуре наблюдается простое травление металла.

Эффективное полирование зависит также и от времени. Увеличение длительности не улучшает качество полировки, а наоборот приводит к растравливанию отдельных участков. Необходимо установить оптимальную длительность процесса полировки, которая зависит от состояния поверхности металла, свойств металла, свойств электролита, от режимов токовых и температурных.

Характеристики

Список файлов учебной работы