ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЭЛЕКТРОАБРАЗИВНОГО ШЛИФОВАНИЯ

 

Жильцов Е. В., Маслов А.В. (ЛГТУ, г. Липецк, РФ)

 

A technology of metallization of grinding wheels with further application as a grinding wheel electrode for electrochemical grinding has been developed.

 

Отечественная промышленность существенно сократила выпуск абразивных кругов на металлической связке, которые используются в качестве инструмента для электроабразивного шлифования. Одним из недорогих и простых способов изготовления токопроводящих кругов, осуществимом на любом производстве, является способ основанный на гальваническом осаждение металла на предварительно подготовленным определенным образом круг.

В [1] описана в общем виде методика химической металлизации круга. Однако химическое восстановление металла позволяет получить толщину металлизированного слоя около 5 мкм. Рекомендуемый слой для обеспечения достаточной электропроводности составляет от 8-18 мкм [2].

Исходя из сказанного предлагается технология изготовления металлизированного круга основанного на проведении двух последовательных этапов. На первом этапе осуществляется химическая металлизация, на втором гальваническое осаждение металла.

Процессу химического осаждения металла предшествуют операции:

·                        химическое обезжиривания;

·                        сенсибилизирование;

·                        активирование.

Для химического обезжиривания детали погружают на 10—15 мин в щелочной раствор состава, г/л[3]:

NaOH (едкий натр) …......................................………………....40—50

Na₂C0₃  (сода кальцинированная)……………………….…….50—80

Na₃P0₄  (тринатрийфосфат) ……………………………………40—50

Температура раствора 60—70° С. Продолжительность процесса составляет 10-15 минут. После химического обезжиривания осуществляется промывка в горячей и холодной проточной воде

Реакции химического восстановления меди является реакция автокаталитическая, т. е. металл, образовавшийся в результате химического восстановления из раствора, катализирует дальнейшую реакцию восстановления этого же металла. Но для на­чального периода восстановления металла необходимо, чтобы покрываемая поверхность имела каталитические свойства, которые создаются в результате выполнения операции, получившей название активирование. Активи­рование заключается в том, что на обрабатываемую поверхность наносятся химическим путем чрезвычайно малые количества металлов, являющихся катализаторами реакции химического восстановления. Такими катализа­торами являются коллоидные частицы или малораство­римые соединения палладия, платины, золота, серебра.

Образование каталитического слоя в виде металла, находящегося в коллоидном состоянии, осуществляется обычно в две стадии:

-первая стадия — нанесение пленки раствора, вос­станавливающего каталитический металл (серебро) из раствора его соли;

-вторая стадия — погружение в раствор соли металла-катализатора и восстановление его до металлического состояния в пленке раствора, прилегающей к поверх­ности, диэлектрика. Первую стадию обработки называют сенсибилизированием, а вторую стадию – активированием, а в целом процесс образования каталитической поверх­ности  называют сенсактивированием.

Самым эффективным способом сенсибилизирования является обработка поверхности в  растворе  солей двухвалентного олова.

Одним из наиболее распространенных растворов сенси­билизатора является раствор состава [2], г/л:

Олово двухлористое SnCl₂.2H₂0…………………………20—25

Кислота соляная НС1   ………………………………..40—60

Соляная кислота необходима для предотвращения гидролиза хлористого олова и получения стабильного прозрачного раствора. Раствор используется при ком­натной температуре. Продолжительность выдержки деталей в растворе может колебаться в пределах от 0,5 до 15 мин. После извлечения деталей из раствора сенсибилизатора следует промывка в холодной проточной воде, назначение кото­рой заключается главным образом в гидролизе хлористого олова, обволакивающего поверхность диэлектрика, и об­разовании труднорастворимых основных солей олова, прочно адсорбирующихся на поверхности. Гидролиз хло­ристого олова происходит по реакции:

SnCl₂ + Н₂0 = Sn(OH)Cl + HCl

Приготовление и корректирование раствора сенси­билизации.

Расчетное количество двухлористого олова растворяют в дистиллированной воде, в которую предва­рительно добавлена соляная кислота в соответствии с рецептурой представленной выше. Раствор перемешивают, дают отстояться, затем сли­вают в рабочую ванну. В результате окисления раствора кислородом воздуха происходит частичное образование четырехвалентного олова (Sn⁴⁺), которое весьма склонно к гидролизу в кислой среде вследствие чего раствор мут­неет. Для предотвращения этого явления рекомендуется в раствор опустить несколько гранул металлического олова, в присутствии которого четырехвалентное олово восстанавливается до первоначального двухвалентного состояния.

Sn⁴⁺ + Sn->2Sn²⁺

Для качественной оценки пригодности раствора сенсиби­лизации одну часть данного раствора смешивают при­мерно с равным объемом свежеприготовленного раствора для активирования. Раствор пригоден к работе, если полученная смесь окрашивается в красный или коричнево-красный цвет. При помутнении раствора и отрицатель­ном результате его реакции с раствором активирования раствор для сенсибилизации заменяется свежеприготов­ленным.

Процесс активирования заключается в том, что на поверхности диэлектрика, сенсибилизированной двух­валентным оловом, происходит реакция восстановления ионов  каталитического металла (серебра). Растворы активирования, содержащие серебро, пригодны лишь для химического меднения при условии, если эти растворы не разбавлены.  Рекомендуется раствор состава:

Серебро азотнокислое AgN0₃, г/л………….……………………...……..2

Гидрат окиси аммония (25%-ный раствор) NH₄OH, мл/л…..…..15—20

Серебро в этом растворе находится в виде комплексного аммиачного катиона Ag(NН₃)₂⁺. Аммиачные соли серебра при активировании диэлектриков удобно применять вследствие образования бурой окраски на активирован­ной поверхности под действием света. Наличие бурого окрашивания позволяет судить о качестве выполнения операции активирования [2].

Химическое меднение для получения первичного металлического слоя на диэлектрических материалах является определяющей и специфичной операцией всего технологического процесса металлизации.

Составы электролитов химического меднения отличаются большим многообразием по количеству содержащихся в них компонентов, однако характерными веществами каждого из них являются:

а) соли двухвалентной меди;

б) вещества для связывания двухвалентной меди в ком­плекс (лиганды);

в) вещество-восстановитель;

г) вещество,   регулирующее   величину   рН   раствора;

д) различные добавки.

На основании промышленного опыта применения рас­творов химического меднения при металлизации диэлек­триков рекомендуются растворы, составы которых представлены в табл. 1.

 

Таблица 1 – Растворы для химического меднения.

 

Раствор №1 характеризуется высокой стабиль­ностью, но менее производителен вследствие пониженной концентрации солей меди. Скорость осаждения меди 0,8— 1,0 мкм/ч при плотности загрузки 2—2,5 дм²/л. Про­должительность  меднения  20—30  мин.[2]

Раствор №2 отличается большей производитель­ностью, но меньшей стабильностью. Скорость осаждения меди 2—4 мкм/ч при плотности загрузки 2—2,5 дм²/л. Продолжительность   меднения   10—15   мин.[3]

Раствор №3 оказался, как показали эксперименты, наиболее пригодным для химического осаждения меди. Следует обратить внимание на то, что после приготовления раствора pH должен находится  в пределах 12,6-12,8. Формалин следует вводить в готовый раствор за 10-15 минут до начало работы.

После операции химического меднения осуществляют гальваническое наращивание меди. Гальваническое нанесение слоя меди в 5-8 мкм производят из стандартного сульфатного электролита меднения следующего состава [3], г/л:

Медь сернокислая.................. …………………………………220—230

Кислота серная……………………………………………….........50—60

Натрий хлористый……………………………………………         0,03—0,06

В процессе электролиза следует поддерживать температуру раствора в пределах 18-25° С, катодную плотность тока i_k=3-5 А/дм² Абразивный круг в процессе электролиза подвергался вибрации.

Рассмотренная технология позволила выполнить металлизацию круга с достаточным (450-520 Ом) удельным сопротивлением для его использования  в качестве инструмента при электроабразивном шлифовании.

Литература

1.    Румянцев Е. М., Давыдов А. Е. Технология электрохимической обработки металлов [Учебное пособие для ВТУЗОВ] – М.: Машиностроение, 1984 – 159 с.

2.    Ильин В. А. Металлизация диэлектриков. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1977 – 80 с.

3.    Попилов Л. Я. Советы заводскому технологу. Справочное пособие., Л.: Лениздат, 1975 – 270 с.