Влияние структуры пассивных оксидных пленок и поверхностной температуры на скорость анодного растворения хромоникелевых и титановых сплавов в электролитах для их электрохимической размерной обработки.
Часть 2. Анодное растворение титановых сплавов в нитратных и хлоридных растворах.

Ликризон Е.В., Силкин С.А., Дикусар А.И.

Abstract

УДК 541.138.2+621.0.147.7

Экспериментальное исследование анодного растворения титана и его сплавов в широком интервале плотностей тока, в том числе импульсного (до 100 А/см²), при контроле гидродинамических условий и температуры поверхности в нитратных и хлоридных растворах показало, что процесс осуществляется посредством электрохимического образования анодной оксидной пленки (АОП), которая растворяется химически. Структура АОП – бислойная (две барьерные пленки: на границе с металлом и раствором). Ее модель – PDM-III (Point Defect Model). При определенных условиях возможно достижение стационарного состояния, при котором скорость роста пленки компенсируется скоростью ее химического растворения (при импульсной обработке). В этом случае имеет место 100% выход по току в расчете на ионизацию титана в степени окисления, равной 4. В условиях описываемых экспериментов при обработке постоянным током скорость электрохимического образования АОП превышает скорость ее химического растворения, что приводит к снижению выхода по току, который не превышает 75%. Вследствие температурной зависимости электросопротивления барьерной пленки на границе с раствором, определяющей ее толщину, выход по току растет при увеличении скорости потока электролита. При достижении термокинетической неустойчивости (ТКН) (тепловой взрыв, обусловленный наличием положительной обратной связи: скорость электрохимической реакции–поверхностная температура–скорость электрохимической реакции) АОП происходит взаимодействие компонентов электролита с поверхностью, свободной от пленки, следствием чего является «аномальное» анодное растворение с выходом по току, превышающим 100%. Независимо от природы электролита условия ТКН достигаются при ~ 1 А/cм². Показано, что в нитратных растворах при определенных параметрах импульсной обработки (скважность 2, dc = 50%) скорость растворения, а при электрохимической размерной обработке скорость подачи катода–инструмента, может превышать скорость обработки постоянным током той же плотности более чем в 2 раза.

Ключевые слова: титан и его сплавы, электрохимическая размерная обработка, термокинетическая неустойчивость, анодная оксидная пленка, структура анодной оксидной пленки, высокоскоростное анодное растворение

An experimental study of the anodic dissolution of titanium and its alloys, including pulsed dissolution (up to 100 A/cm²) under control of hydrodynamic conditions and surface temperature in nitrate and chloride solutions, showed that the process is carried out through the electrochemical formation of anodic oxide films (AOF) which can be chemically dissolved. An AOF has a bilayered structure, i.e. two barrier films on the interface with a metal and a solution. Its model is PDM-III (Point Defect Model). At certain conditions, it is possible to achieve a steady state in which the film growth rate is compensated by the rate of its chemical dissolution (observed at pulsed conditions). In this case, over 100% current efficiency based on the ionization of titanium in the oxidation state is achieved. During the conducted experiments, when treated with the direct current, the rate of the electrochemical formation of an AOF exceeded the rate of its chemical dissolution, which led to a decrease in to current efficiency which did not exceed 75%. An increase of the dissolution rate takes place with an increase in the electrolyte flow rate. Upon reaching the thermokinetic instability (TKI) of the AOF (thermal explosion due to a feedback rate of the electrochemical reaction- surface temperature-rate of an electrochemical reaction), the interaction of electrolyte components with the surface free of the film takes place, and, as a result, an “anomalous” anodic dissolution is observed with the current efficiency greater than 100%. Regardless the nature of the electrolyte, TKI is achieved at a current density of 1 A/cm². It is shown that in nitrate solutions with certain parameters of pulsed processing (duty factor 2, dc 50%), the dissolution rate, and, in the case of electrochemical machining, the feed rate of a cathode-tool, can be more than twice higher than the rate of machining with the direct current of the same density.

Keywords: titanium and its alloys, electrochemical machining, thermokinetic instability, anodic oxide films, structure of anodic oxide films, high rate anodic dissolution.

Download full-text PDF. 345 downloads

Menu

Vol. 58 (2022), Issue 4, p. 1-11

Abstract