При погружении загрязненного металла в щелочной раствор наблюдается разрыв масляной пленки и собирание ее в капли. При поляризации металла прилипание масляной пленки к металлической поверхности умепь шается. Газовые пузырьки, отрываясь от электрода около капли масла, задерживаются на ней. По мере увеличения их размеров масляные капли вытягиваются, силы сцепления их с поверхностью металла уменьшаются, и они отрываются от поверхности.
При использовании постоянного тока на катоде выделяется в два рааа больше газа, чем на аноде. Поэтому катодное обезжиривание является болей эффективным. При одинаковом количестве выделяющегося газа более эффективным является обезжиривание выделяющимся кислородом.Это может быть объяснено частичным гидрированием смазки (взаимодействием с водородом) с образованием более вязких продуктов, которые труднее удаляются с поверхности.
Обычно применяемая плотность тока в стационарных ваннах не превы шает 0,03...0,1 А/см2, при обезжиривании быстро перемещающихся полос и проволоки плотность тока увеличивают до 0,25...0,50 А/см .
Наиболее простым способом удаления с поверхности всех органических веществ является обезжиривающий отжиг. Для предотвращения образования на поверхности слоя окислов его обычно проводят в защитной атмосфере. Это усложняет конструкцию соответствующих агрегатов и повышает стоимость данной технологической операции. Поэтому его применяют в тех случаях, когда наряду с обезжириванием требуется термическая обработка. Полного испарения масел и жиров с поверхности обычно не происходит.
При нагреве в воздушной атмосфере это связывают с окислением компонентов смазочных материалов. При недостатке кислорода вместо полного сгорания смазки может происходить процесс сухой перегонки, сопровождающийся образованием твердого углеродистого остатка.
Удаление с поверхности окислов обычно проводят с использованием химического и электрохимического травления. При химическом травлении на поверхности протекают сложные физико-химические процессы: смачивание окалины растворами кислот, проникновение их в поры, сопровождающееся началом химического взаимодействия. Этому моменту соответствует наибольшая скорость процесса. При насыщении раствора продуктами взаимодействия наблюдается спад скорости растворения окислов.
Применение электрохимического травления позволяет интенсифицировать процесс удаления окислов. В качестве электролитов используют растворы кислот, щелочей, солей, а также их смеси. Стальные изделия могут быть как катодом, так и анодом.
При катодном травлении в растворах кислот выделяется водород, который имеет большую восстановительную способность и может восстанавливать высшие окислы металлов до низших, растворимых в кислоте. Кроме того, выделение водорода способствует разрыхлению и отрыву окалины.
При анодном травлении удаление окислов сопровождается образованием пассивной пленки, препятствующей растворению основного металла.
Для очистки поверхности от окислов применяются и другие методы; в частности механические: обработка металлическими щетками, абразивами, дробеструйная и пескоструйная очистка.
2. Электролитная очистка поверхности металлов от масляных и жировых загрязнений
Специфика процессов около активного электрода обуславливает комплексное воздействие, которое может быть использовано для обезжиривания поверхности. При этом будет действовать электрохимический механизм удаления загрязнений, связанный с выделением водорода на катоде и кислорода на аноде. Интенсивность этого процесса будет намного больше, поскольку величина плотности тока будет значительно превышать ту, которая достигается при низких напряжениях. Вскипание электролита у катода способствует размягчению загрязнений и ослаблению их сцепления с поверхностью металла. Кавитационные и электроэрозионные процессы вблизи обрабатываемой поверхности тоже ускоряют процесс обезжиривания.
химическим процессом - восстановлением высших окислов железа в низшие атомарным водородом. Для этого было предложено использовать как постоянный, так и переменный ток напряжением не менее 100 В при плотности тока 5...10 А/см . Предполагалась струйная подача электролита на обрабатываемое изделие. Обезжиривание при аналогичных режимах предложено проводить в: напряжение 90...180 В, плотность тока 8... 10 А/см2.
Проверка данного метода проведена для лент шириной 40 мм с использованием струйной (спреерной) подачи электролита (8...12%-ный раствор Nа2СОз) и шириной 250 мм методом опускания полосы в ванны с использованием частично погруженного в электролит ролика. Оптимальной в данных работах признана температура электролита 40...50С, аконцентрация Ка2СОз - выше 7%. Рекомендуемое напряжение зависит от скорости движения полосы: 90...120 В при скорости 0,5 м/с и 140...190 В при скорости 2 м/с и более. Оптимальные режимы позволили добиться удаления 98% загрязнений.
Электролитная обработка способствовала повышению пластичности, выразившейся в снижении давления на валки при прокатке полос и уменьшении содержания в стали углерода и азота. Последнее объясняется воздействием на цементит и карбонитриды железа, которые имеются в стали В виде включений. Замечено сглаживание микрорельефа поверхности, достигаемое за счет действия импульсных разрядов.
Было обнаружено проникновение смазки при прокатке на глубину 10...13 мкм в зависимости от степени деформации. На поверх ности углерод распределялся в виде крупных сегрегации площадью до 1 мм , Химическое обезжиривание, осуществляемое протиркой образцов бензином и ацетоном, не позволяло удалить загрязнения, проникшие по порам и трещинам в глубь металла. Последующая обработка в электролите при напряжениях 100...170 В позволила уменьшить площадь сегрегации в десятки раз и достичь количества остаточных загрязнений 0,14...0,23 мг/м2.
Для обезжиривания полосы концентрацию кальцинированной соды следует принимать не выше 7%, так как при более высокой концентрации затрудняется промывка полосы. Добавка до 2% фосфатов или до 0,6% поверхностно-активных веществ благоприятно влияет на процесс очистки и облегчает смыв с поверхности полосы остатков электролита. Добавка их в большем количестве приводит к усиленному пенообразованию и вторичному загрязнению поверхности при выходе из ванны.
Оптимальным признано рабочее напряжение 70... 120В,что обеспечивает качественную очистку (удаление 97...98% загрязнений) при исходной загрязненности полосы 1,081...1,176 г/м .
Следует отметить, что указанные в данной работе значения поверхностной мощности (1,5...3,5) • 10 кВт/м представляются завышенными, так как получены с учетом предположения, что основное падение напряжения (до 70...80%) происходит в прикатодном слое.
Следует отметить, что при напряжениях, соответствующих переходуотрежимаIIк режимуIII,качество очистки ухудшается,чтосвязано с нестабильностью процессов в этих условиях (рис. 3.1).
Позднее аналогичные исследования были проведены в Славянском филиале ВНИИМЕТМАШ.
В качестве электролита применяли водные растворы кальцинированной соды с концентрацией 8.-.12% или сульфата натрия (концентрация 15...20%) Применение некоторых нейтральных электролитов, в частности сульфатов, хлоридов, нитратов позволяет интенсифицировать процессы очистки поверхности. Однако эксплуатация таких электролитов связана с дополнительными трудностями: элементы циркуляционной системы должны быть выполнены из коррозионностойких материалов. Кроме того, в зоне обработки в этом случае наблюдается выделение токсичных газов, что предъявляет повышенные требования к вентиляции и технике безопасности.
Представляет интерес исследование зависимости удельных энергозатрат от плотности тока при очистке поверхности полосового проката. По результатам экспериментов, представленных на рис. 3.2, были сделаны следующие выводы:
1. Энергетическиезатраты на очистку минимальны при плотности тока 1А/см2.
2. Очистка толькопри анодной поляризации требует энергии на порядокбольше, чем прикатодной.
Потехнологическим возможностям было предложено выделить пятьзон,
Область А характеризуется высокой интенсивностью удаления загрязнения, в том числе и окислов, но энергозатраты при этом значительны.
Область Б-с поверхности проката удаляются смазка и сажистые загрязнения, при этом отпадает необходимость в щеточно-моечных машинах (ЩММ).
Область В характеризуется минимальными энергетическими затратами, применение ЩММ зависит от требований к качеству очистки.
В области Г обязательно применение ЩММ, энергетические затраты относительно невысокие.
Область Д не эффективна с точки зрения энергетических затрат.
Обработка при малых напряжениях и низких плотностях тока обычно применяется как финишная операция после проведения предварительной очистки другими способами.
При электролитной очистке поверхности загрязнения переходят в элей-тролит. В процессе эксплуатации электролит также загрязняется за счет постепенного растворения анода.
Результаты спектрального анализа, проведенного в инфракрасной области, свидетельствовали о том, что в процессе электролитной очистки происходит разложение эфиров и карбоновых кислот, входящих в состав эмульсола. Дифференциальный термический анализ неорганических загрязнений показал наличие двух эндотермических эффектов при 110 "С и 400 "С, обусловленных потерей сорбционной и кристаллизационной воды, и большого экзотермического эффекта с максимумом при 275 "С. Такие эффекты характерны для гелеоб-разных окислов РегОз • пН20. Данные рентгенофазного анализа показали, что основными составляющими неорганических загрязнений являются Ре(ОН)з и у-РезОз • НзО. При спектральном анализе обнаружены примеси 81, Са и др. После прокаливания на воздухе при температуре 1000 "С в составе загрязнений были обнаружены 5102 (а-тридимит), окислы РеО, Ре20з, Рез04, 4Са • ЗРе20з • Рез04.