ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ АНОДНОЕ РАСТВОРЕНИЕ ХРОМОНИКЕЛЕВОЙ СТАЛИ В НИТРАТНОМ РАСТВОРЕ ПРИ ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ОКСИДНОЙ ПЛЕНКИ
Аннотация
Показано, что высокоскоростное анодное растворение хромоникелевой стали Х18Н10 (Cr18Ni10) в концентрированном нитратном растворе происходит с участием анодной оксидной пленки (АОП). Механизм образования пленки отвечает процессу переноса заряда, а механизм растворения является чисто химическим. Условие постоянства толщины пленки достигается вследствие равенства скоростей этих двух процессов (электрохимического образования пленки и ее химического растворения) и реализуется в импульсных условиях до достижения на границе пленка - раствор температуры кипения электролита. При возникновении термокинетической неустойчивости анодной оксидной пленки на границе пленка-раствор при температурах поверхности, превышающих температуру кипения электролита, наблюдается взаимодействие растворяющейся поверхности сплава, свободной от пленки, с раствором (электролитом). Скорость растворения в этом случае может превышать фарадеевскую (аномальное анодное растворение) в результате разрушения пленки, образовавшейся под воздействием протекающего тока. Наличие барьерной пленки на границе металл-пленка является причиной того, что изменение температуры поверхности и скорости растворения достигается только изменением условий теплообмена металлической поверхности; пористая часть пленки, контактирующая с раствором, является “теплозатвором” (лимитирует отвод тепла в сторону электролита), вследствие чего изменение скорости потока электролита не влияет на температуру поверхности. На основании результатов расчета тепловых потоков проведена оценка влияния температуры поверхности металла в контакте с воздухом (внешняя часть поверхности растворяющегося металла) на коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции и вращении со скоростью 1000 об/мин электрода, а также отношение соответствующих тепловых потоков. Увеличение конвективного теплоотвода при вращении приводит к снижению температуры в зоне анодной обработки и, как следствие, снижению скорости растворения.
Для цитирования:
Ликризон Е.В., Дикусар Г.К., Силкин С.А., Дикусар А.И. Высокоскоростное анодное растворение хромоникелевой стали в нитратном растворе при термокинетической неустойчивости оксидной пленки. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 8. С. 77-84. DOI: 10.6060/ivkkt.20226508.6614.
Литература
Davydov A.D., Volgin V.M. Electrochemical Machining. Enceclopedia of Electrochemistry. Ed. by A.J. Bard, M. Stratman. V. 5. Electrochemical Engineering. Ed. by D.D. Macdonald, P. Shmuki. Weinthwin: Wiley. 2007. P. 809. DOI: 10.1002/9783527610426.bard050012.
Klocke F., Zeis M., Klink A. Technological and economical capabilities of manufacturing titanium- and nickel-based alloys via Electrochemical Machining (ECM). Key Eng. Mater. 2012. V. 504-506. P. 1237-1242. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.504-506.1237.
Xu Z., Chen X., Zhou Z, Qin P., Zhu D. Electrochemical Machining of High-Temperature Titanium T60. Proc. CIRP. 2016. V. 42. P. 125-130. DOI: 10.1016/j.procir.2016.02.206.
Walther B., Shilim J., Mikaelis A., Lohrengel M.M. Electrochemical Dissolution of Hard Metal Alloys. Electrochim. Acta. 2007. V. 52. P. 7732-7737. DOI: 10.1016/J.ELECTACTA.2006.12.038
Weinmann M., Stolpe M., Weber. Electrochemical Dissolution Behaviour of Ti90Al6V4 and Ti60Al40 for ECM. J. Solid State Electrochem. 2015. V. 19. P. 485-495. DOI: 10.1007/s10008-014-2621-x.
Schuster R., Kirchmar V., Allongue P., Ertl G. Electrochemical Micromachining. Science. 2000. V. 289. P. 98-101. DOI: 10.1126/science.289.5476.98.
Schuster R. Electrochemical Machining with Short Voltage Pulses. Chem. Phys. Chem. 2007. V. 8 P. 34-39. DOI: 10.1002/cphc.200600401.
Zhitnikov V.P., Zaitsev A.N. Pulse Electrochemical Machining. M.: Mashinostroenie. 2008. 413 p. (in Russian).
Spieser A., Ivanov A. Recent Developments and Research Challenges of Electrochemical Microvachining (µECM). Int. J. Adv. Manufact. Technol. 2013. V. 69. N 1-4. P. 563. DOI: 10.1007/s00170-013-5024-8.
Zhitnikov V.P., Sherihalina N.M., Zaripov A.A. Modeling of precizion Steady-State and non-Steady-State Elec-tromachining by Wire Electriode-tool. J. Mater. Proc. Technol. 2016. V. 235. P. 49. DOI: 10.1016/J.JMATPROTEC.2016.03.011.
Lubimov V.V., Volgin V.M., Gnidina I.V. Justification in Selection of Voltage Pulse Durations at the Electrochemical Dimensional Micromachining with Nano- and Microsecond Pulses. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2020. V. 56. N 5. P. 547-552. DOI: 10.3103/S1068375520050105.
Davydov A.D., Volgin V.M. Electrochemical Local Maskless Micro/Nanoscale Deposition, Dissolution and Oxidation Metals and Semiconductors. Russ. J. Electrochem. 2020. V. 56. N 1. P. 52-81. DOI: 10.1134/S1023193520010036.
Belkin P.N. Anode Electrochemico-thermal Modification of Metals and alloys. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2010. V. 46. P. 558-569. DOI: 10.3103/S1068375510060049.
Belkin P.N., Yerokhin A., Kusmanov S.A. Plasma Electrolytic Saturation of Seels with Nitrogen and Carbon. Surface Coat. Technol. 2016. V. 307. Pt. C. P. 1194. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.06.027.
Belkin P.N., Kusmanov S.A., Parfenov E.V. Mechanism and Technological Opportunity of Plasma Electrolytic Polishing of Metals and Alloys Surfaces. Appl. Surf. Sci. Adv. 2020. V. 1. P. 100016. DOI: 10.1016/j.apsadv.2020.100016.
Mirzoev R.A., Davydov A.D. Anodic processes of electro-chemical and chemical processing of metals. SPb.: Izd. politekh. Un-ta. 2013. 381 p. (in Russian).
Dikusar A.I., Silkin S.A. Formation and destruction of oxide films during high-speed anodic dissolution of chromium-nickel steels in electrolytes for their electrochemical dimensional processing. Elektron. Obrab. Mater. 2022. V. 58. N 2. P. 1-11 (in Russian). DOI: 10.52577/eom.2022.58.2.01.
Dikusar A.I., Likrizon E.A., Dikusar G.K. High-Rate Pulse-Galvanostatic Anodic Dissolution of Nickel-Chromium Steels in Electrolytes for their Electrochemical Machining. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2021. V. 57. N 1. P. 10-18. DOI: 10.3103/S106837552101004X.
Macdonald D.D. The History of the Point Defect Model for Passive State: A Brief Review of Film Growth Aspects. Electrochim. Acta. 2011. V. 56. P. 1761-1772. DOI: 10.1016/j.electacta.2010.11.005.
Macdonald D.D., Engelgardt G.R. The Point Defect Mod-el for Bi-Layer Passive Films. ECS Trans. 2010. V. 28. N 24. P. 123-144. DOI: 10.1149/1.3496427.
Lilyn S.A., Rumiantsev E.M., Krestov G.A. The role of surface films in the anodic dissolution of metals. DAN SSSR. 1986. V. 289. N 2. P. 409 (in Russian).
Nevskii` O.I., Burkov V.M., Grishina E.P. Electrochemical dimensional processing of metals and alloys. Problems of theory and practice. Ivanovo: Ivan. gos. him. -tekhnol. un-t. 2006. 282 p. (in Russian).
Silkin S.A., Aksenov E.N., Likrizon E.A. Improving spatial confinement of anodic dissolution of heat-resistant chromium-nickel alloys during pulsed electrochemical machining. Surface Eng. Appl. Electrochem. 2019. V. 55. N 5. P. 493-501. DOI: 10.3103/S1068375519050120.
Shibaev B.A., Belova V.S., Balmasov A.V. Influence of processing conditions on the parameters of the electrochemical polishing process of alloy steels. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 4-5. P. 64-71 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20186104-05.5665.
