Общие сведения. Электрохимическое травление поверхности заготовки, технологиче- ские особенности которого рассматриваются в данной работе

Электрохимическое травление поверхности заготовки, технологиче- ские особенности которого рассматриваются в данной работе, является од- ним из методов электрохимической обработки заготовок.

Электрохимическое травление может быть использовано для изго- товления рельефных шкал, таблиц, фирменных знаков; для получения на металле сложных изображений со значительной глубиной рельефа вплоть до получения сквозных отверстий сложного профиля.

В основе электрохимического травления заготовки лежит анодное растворение металла в среде электролита при прохождении через электро- лит постоянного электрического тока, называемое электролизом. При этом методе обработки заготовка является анодом. Ниже представлена полная схема электролиза в технологической системе «электролит – электроды». Электролит здесь представлен водным раствором хлорида натрия NaCl, а анод–заготовка изготовлен из железа.

NaCl ↔ Na+ + Cl–

Катод: Na+ , Н2О Анод (Fe): Fe, Cl–, Н2О

2Н2О + 2e– = Н2 ↑ + 2(ОН)– Fe0 – 2e– = Fe2+ (выходит в раствор)

Na+ + (OH)– = NaOH Fe2+ + 2Cl– = FeCl2

2NaOH + FeCl2 = Fe(OH)2 + 2NaCl

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 (выпадает в осадок).

Таким образом, на поверхности заготовки, обращенной к катоду, в результате окислительной реакции происходит растворение металла. Для

защиты тех частей заготовки, которые не должны подвергаться формоиз- менению, используются изолирующие покрытия (маски), наносимые на поверхности фотохимическим или другими способами.

Интенсивность анодного растворения описывается первым законом

Фарадея

m = kэх Ι τ , (1.44)

где m – масса металла, растворенного на аноде, кг; kэх – электрохимиче- ский эквивалент материала анода, кг/Кл; Ι – сила тока, А; τ – время проте- кания процесса, мин.

На практике масса растворенного на аноде вещества mф оказывается меньше массы, рассчитанной по закону Фарадея. Эту особенность процес- са учитывают введением в формулу (1.44) коэффициента kη, называемого

коэффициентом выхода по току. Фактическую массу металла, растворен-

ного на аноде, рассчитывают по формуле

mф = kη kэх Ι·τ . (1.45)

Ввиду большого числа факторов, влияющих на коэффициент kη, най-

ти его значение теоретическим путем не удается. Поэтому на практике вы-

ход по току определяют экспериментально через отношение

k = mф

= ρm

S ∆b

η m kэх Ι τ

, (1.46)

где ρm — плотность материала анода, кг/м3; S — площадь анода, подлежа-

щая травлению, м2; ∆b — толщина слоя, растворенного на аноде, м.

Линейная скорость растворения ϑр, м/мин, может быть определена следующим образом:

ϑ = ∆b = kэх Ι k

= kэх ρ k

i η , (1.47)

m

Расчеты по формуле (1.47) затруднены в связи с тем, что с увеличе- нием плотности тока падает значение выхода по току. Это вызвано пасси- вацией анода, т. е. покрытием его нерастворимой оксидной пленкой. Явле- ние пассивации анодной поверхности приводит также к значительному увеличению удельной энергоемкости процесса, значение которой

wm, Дж/кг рассчитывают по формуле:

wm = Ι⋅U⋅τ/mф , (1.48)

где U — напряжение на электродах, В.

Из формулы (1.48) следует, что удельная энергоемкость wm процесса электрохимического травления с возрастанием силы тока Ι увеличивается.

Росту wm способствует еще и то, что одновременно падает выход по току.