CC BY
1710. Пантелеева В.В., Шеин А.Б. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2012. Т. 55. Вып. 7. С. 35-40; Panteleeva V.V., Shein A.B. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2012. V. 55. N 7. P. 35-40 (in Russian).
11. Тюрин А.Г., Мосунова Т.В., Николайчук П.А. // Вестник Южно-Урал. гос. ун-та. Серия "Химия". 2010. № 11. С. 52-60;
Tyurin A.G., Mosunova T.V., Nikolaiychuk P.A. //
Vestnik Yuzhno-Ural. Gos.Universiteta. Ser. "Khimiya". 2010. N 11. P. 52-60 (in Russian).
12. Popov B., Koneska Z., Ivshin I., Drazic D.M. // J.Serb. Chem. Soc. 19S9. V. 54. N S. P. 435-441.
13. Novoselsky I.M., Menglisheva N.R. // Electrochim. Acta. 1984. V. 29. N 1. P. 21-27.
14. Boggio R., Carugatti A., Trasatti S. // J. Appl. Electro-chem. 1987. V. 17. N 4. P. 828-832.
15. Тикканен М., Туоминен Т. // Тр. III Междунар. конгресса по коррозии металлов. Том 1. М.: Мир. 1968. С. 492-503;
Tikkanen M., Tuominen T. // Proceedings of III Int. Congress on metal corrosion. V. 1. M.: Mir. 1968. P. 492-503 (in Russian).
16. Кичигин В.И., Шеин А.Б. // Вестник Перм. ун-та. Серия: Химия. 2011. № 3. С. 4-14;
Kichigin V.I., Shein A.B. // Vestnik Perm. un-ta. Ser. Khimiya. 2011. N 3. P. 4-14 (in Russian).
Кафедра физической химии
УДК 621.7.044
В.В. Саяпова
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ШЛАМОВ, ОБРАЗОВАННЫХ ПОСЛЕ ЭХО
ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ В РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТАХ
(Уфимский государственный авиационный технический университет)
e-mail: [email protected]
Исследована скорость осаждения шламов после ЭХО жаропрочных сплавов ЖС-6У и ЖС-6У+TiC в различных электролитах для разработки методов отделения и утилизации шламов. Выявлено влияние природы электролита на структуру полученных шламов и скорость осаждения: в электролитах на основе нитрата натрия, полученный шлам крупнодисперсный, легко осаждается. В 15% NaCl образуется мелкодисперсный шлам, который затрудняет быстрое отделение шлама от раствора. Введение тугоплавких дисперсных соединений меняет свойства и структуру жаропрочных сплавов, что влияет на свойства и скорость осаждения образующихся шламов.
Ключевые слова: электрохимическая размерная обработка, электролит, шлам, скорость осаждения
Огромное значение для обработки жаропрочных никель-хромовых сплавов, применяемых в промышленности, играет электрохимическая размерная обработка [1]. При электрохимической обработке большого количества деталей из данных сплавов в различных электролитах образуются шламы, оседающие на дно ванн. Шламы после ЭХО никель-хромовых сплавов - это многокомпонентная полидисперсная суспензия, содержащая никель, кобальт, вольфрам, ванадий, молибден, титан, хром, марганец, алюминий. Они представляют собой рыхлые и тонкодисперсные осадки гидроксидов металлов, объем которых в 10 и больше раз превышает объем снятого металла. Образующиеся в процессе электрохимической обработки шламы, в основном, вывозятся в отвалы и накопители, что отнимает полезные площа-
ди, а также приводит к загрязнению окружающей среды. Шламы после анодной обработки сплавов имеют самый разнообразный состав и могут быть использованы при производстве продукции различного назначения [2, 3].
Продукты анодного растворения (шламы) после ЭХО с увеличением его концентрации в электролите изменяют его вязкость и электропроводность, влияющие на качественные показатели процесса, приводят к ухудшению качества обработанной поверхности, снижению точности и производительности процесса. Допустимая за-шламленность электролита определяется технологической задачей и для большинства технологических схем находится в пределах 4-15 г/л. Требования к чистоте электролита возрастают при уменьшении МЭЗ, так ЭХО при МЭЗ 0,1мм возможна
при зашламленности электролита не более 4-6 г/л [4]. Поэтому, необходима постоянная очистка электролита от шлама. Для разработки методов отделения и утилизации шламов исследовалась скорость осаждения шламов после электрохимической размерной обработки жаропрочных сплавов ЖС-6У и ЖС-6У+TiC в различных электролитах: 8% N^3; 15% N^3; 15% ШШ3+5% 15% Данные электролиты широко ис-
пользуются в производстве и исследовались ранее для подбора режимов обработки [5]. Для изучения скорости осаждения шлама в химические цилиндры наливали растворы исследуемых электролитов после ЭХО (объем электролита 500 мл) и через определенное время измеряли объем шлама и чистого раствора. Количество пропущенного электричества через электролиты было одинаковым: ()=1,4А-ч/л. С увеличением количества пропущенного электричества во всех электролитах наблюдается увеличение объема шламов.
Выявлено, что природа электролита влияет на внешний вид, структуру и скорость осаждения шлама. Шлам, образующийся после ЭХО жаропрочных сплавов на основе нитрата натрия, крупнодисперсный, темно-зеленого цвета. Хлопья взвеси обладают достаточной массой, чтобы отделиться в осадок под действием силы тяжести и шлам сразу начинает оседать на дно. Как видно из рис. 1, через 10 мин почти половина шлама, образованного после ЭХО сплава ЖС-6У в 15% NaNO3, осади-лась. Через 60 мин весь шлам осел на дно, раствор стал мутным за счет оставшихся мелких взвешенных частиц шлама. Так как природа электролита влияет на то, в какой степени окисления растворяется легирующий компонент хром (в нитратных электролитах хром ионизируется только в шестивалентной форме), то после фильтрования раствор прозрачный желтого цвета.
12 24
t, ч
Рис. 1. Скорость осаждения шлама, образованного после ЭХО сплава ЖС-бУв 15% NaN03: 1 - шлам, 2 - раствор Fig. 1. Precipitation rate of slime formed after ECM of alloy ЖС-6У in 15% NaN03: 1 - slim, 2 - solution
Совсем по-другому ведет себя шлам, образованный после ЭХО сплава ЖС-6У в 15% №0. Шлам мелкодисперсный, болотно-зеленого цвета, оседает очень медленно.
Как видно из рис. 2, через 20 мин шлам начинает осаждаться и только через 6 часов основная часть шлама накапливается на дне. Раствор прозрачный, светло-зеленого цвета, так как в электролитах на основе хлорида натрия хром растворяется как в шестивалентной, так и в трехвалентной форме. Установлено, что при анодном растворении сплава ЖС6У наибольшая скорость съема достигается в активирующем электролите 15%№0 [5], и количество шлама максимальное.
V, мл
500 400 300 200 100
0.03 0,08 0,17 0.25 0,33 0,41 0,5 0,75 1 1,5 2 2.5 3 в 12 2'
t, ч
Рис. 2. Скорость осаждения шлама, образованного после ЭХО сплава ЖС-бУв 15% NaCl: 1 - шлам, 2 - раствор Fig. 2 .Precipitation rate of slime formed after ECM of alloy ЖС-6У in 15% NaCl: 1 - slim, 2 - solution
500
400
300
200 -
100
3 4
f,4
Рис. 3. Скорость осаждения шлама, образованного после ЭХО сплава ЖС-6У в различных электролитах: 1 - 15% NaCl;
2 - 15% NaNO3+5% NaCl; 3 - 15% NaNO3; 4 - 8% NaNO3 Fig. 3. Precipitation rate of slime formed after ECM of alloy ЖС-6У in various electrolytes: 1 - 15% NaCl; 2 - 15% NaNO3+5% NaCl; 3 - 15% NaNO3; 4 - 8% NaNO3
Результаты рентгеноспектрального анализа шламов показывают, что в них содержится до 72 % хлоридов и нитратов, также в шламах опре-
1
2
>шшма, мл
делено большое количество натрия. Поэтому для проведения дальнейших работ по утилизации шламов необходимо отмыть шлам от солей №С1 и NaNO3. Шлам, образованный после ЭХО сплава ЖС-6У в 15% №С1, требует очень долгой промывки из-за малой скорости осаждения.
После ЭХО жаропрочных сплавов в 15% NaNO3 + 5% №С1 шлам осаждается быстро, как и в 15% NaNO3.Так как анодное растворение в составном электролите идет с большей скоростью, то и объем шлама больше. Наименьшее количество шлама накапливается при электрохимической обработке сплава в 8% NaNO3 , шлам также быстро осаждается (рис. 3).
г,ч
Рис. 4. Скорость осаждения шлама, образованного после ЭХО сплава ЖС-6У +TiC в различных электролитах: 1 - 15% NaCl; 2 - 15% NaNO3+5% NaCl; 3 - 15% NaNO3; 4 - 8% NaNO3 Fig. 4. Precipitation rate of slime formed after ECM of alloy ЖС-6y+TiC in various electrolytes: 1-15% NaCl; 2- 15% NaNO3+5% NaCl; 3-15% NaNO3; 4- 8% NaNO3
Проводилось сравнение скорости осаждения шламов, образованных после электрохимической размерной обработки жаропрочных сплавов ЖС-6У и ЖС-бУ+TiC в различных электролитах. При введении тугоплавких дисперсных соединений типа TiC меняются свойства и структура жаропрочных сплавов, что влияет и на скорость осаждения образующихся шламов. Как видно из рис. 4, во всех исследованных электролитах увеличилась скорость осаждения шламов, образованных после ЭХО сплава с введенными карбидами титана. Выявлено, что при ЭХО сплава ЖС-бУ+TiC в 15% NaCl шлам осаждается почти в 2 раза быстрее, чем шлам, образованный после анодной обработки сплава ЖС-6У, что связано с дезинтеграцией карбидных фаз. Карбидные фазы типа TiC не ионизируются в процессе ЭХО, а механически вы-
падают и способствуют соосаждению мелкодисперсных частиц основных солей и гидроксидов металлов, которые входят в состав исследуемых сплавов, Выявлено, что объем шлама уменьшается в 1,5 раза, шлам светло-зеленого цвета (за счет карбидов титана) и менее коллоидный.
Таким образом, выявлено влияние природы электролита на структуру и скорость осаждения шлама. После электрохимической обработки жаропрочных сплавов в электролитах на основе нитрата натрия, полученный шлам крупноколлоидный, легко осаждается (в течение 20 мин весь шлам на дне). При анодном растворении сплавов типа ЖС в 15% NaCl образуется мелкодисперсный шлам, который медленно осаждается, что затрудняет быстрое отделение шлама от раствора. Введение тугоплавких дисперсных соединений меняет свойства и структуру жаропрочных сплавов, что влияет на структуру образующихся шла-мов и скорость осаждения шлама. Установлено, что объем шлама уменьшается в 1,5 раза за счет дезинтеграции карбидных фаз, которые способствуют соосаждению мелко-дисперсных частиц основных солей и гидроксидов металлов, которые входят в состав исследуемых сплавов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Румянцев Е.В., Бурков В.М., Волков В.И. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1983. Т. 26. Вып. 8. С. 960963;
Rumyantsev Е-V., Burkov V.M., Volkov V.I. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 1983. V. 26. N 8. P. 960-963 (in Russian).
2. Амирханова Н.А., Саяпова В.В., Смирнова Е.А., Га-леева Л.Ш., Черняева Е.Ю. // Цемент и его применение. 2007. № 5. С. 80-83;
Amirkhanova N.A., Sayapova V.V., Smirnova E.A., Ga-leeva L.Sh., Chernyaeva E.Yu. // Tsement i ego primene-nie. 2007. N 5. P. 80-83 (in Russian).
3. Амирханова Н.А., Саяпова В.В., Смирнова Е.А., Ора-товская А.А., Черняева Е.Ю. // Экология и промышленность России. 2008. № 4. С. 8-10;
Amirkhanova N.A., Sayapova V.V., Smirnova E.A., Oratovskaya A.A., Chernyaeva E.Yu. // Ekologiya i promyshlennost Rossii. 2008. N 4. P. 8-10
4. Либов Л.Я., Влазнев Е.И., Сомонов В.И. Установки подачи электролита при электрохимической обработке. М.: Машиностроение. 1981. 120 с.;
Libov L.Ya., Vlaznev E.I., Somonov B.I. Devices for electrolyte feed at electro-chemival treatment. M.: Mashinostroenie. 1981. 120 p. (in Russian).
5. Саяпова В.В., Амирханова Н.А., Устюжанина С.В., Гордеев В.Ю. // Вестник СГАУ. 2012. Вып. 3(34). Ч. 1. С. 181-186;
Sayapova V.V., Amirkhanova N.A., Ustyuzhanina S.V., Gordeev V.Yu. // Vestnik SGAU. 2012. N 3(34). Part 1. P. 181-186 (in Russian).
Кафедра общей химии
