Электрополировка

Современные технологии Бателле

Диапазон составов и рабочих условий для современных растворов Бателле приведен в таблице

Современные технологии с использованием гальванической обработки Бателле.

Рабочий диапазон Типичные растворы 

I

Типичные растворы 

II

Серная кислота 4-45% (вес.) 4.7% (вес) 14% (вес)
Фосфорная кислота 40-80% 75% 57%
Хромовая кислота 0.2-насыщение 6.5% 9%
Комбинация растворенных 

Al3+ and Cr3++

0-6% <4.5%

Вода

Баланс Баланс 20%
Вязкость (при 180°F) 9-13 сП. 10-11.5 сП
Напряжение 7-15 В 7-12 В
Плотность тока 2.7-100 A/дм2 6.4-16 A/дм2 17 A/дм2
А/фут2 25-950 60-150 160
Температура 70-95°C 80-82°C 80°C

Растворы на основе фосфорной кислоты смешиваются механическим способом (в отличие от технологии Бритал), однако перемешивание не должно быть чрезмерно интенсивным, иначе в результате можно получить неравномерную обработку, а в некоторых случаях - даже наращивание пирамидальных проекций на поверхности.

Хромовая кислота способствует улучшению зеркальной отражательной способности, к ее негативному действию можно отнести образование трехвалентного хрома. Присутствие хромовой кислоты делает металл более пассивным на время, пока выключен электрический ток, и делает ненужным процесс травления.

Без серной кислоты можно получить хорошее качество блеска, однако даже при высокой температуре или напряжении существует опасность возникновения точечной коррозии. Серная кислота оказывает выраженное действие на сопротивление электролизёра. Для раствора на основе смешанных кислот требуется значительно меньшее напряжение, и вообще, чем выше соотношение серной кислоты к фосфорной кислоте, тем выше будет плотность тока.

Вязкость так же является немаловажным фактором, а ее оптимальная величина обратно пропорциональна плотности тока. Вязкость можно уменьшить либо путем увеличения температуры, либо путем разбавления электролита.

Срок службы раствора ограничивается концентрацией алюминия и трехвалентного хрома, примерно в одинаковой степени. Концентрация последнего, формируемого путем восстановления катода, может поддерживаться на низком уровне с помощью пористого керамического катодного контейнера, заполненного 85% раствором фосфорной кислоты. Это препятствует доступу хромовой кислоты к катоду, однако так же  увеличивает сопротивление гальванического элемента и требует более высокого напряжения. Чем больше содержание алюминия, тем больше должны быть сила тока и напряжения, а вязкость может быть уменьшена путем добавления воды и увеличения температуры. На рисунках показано взаимоотношение рабочих условий, а так же их отношение к сроку службы раствора.

Вместе с увеличением содержания алюминия так же резко возрастают удельный вес и вязкость, а плотность тока при постоянном напряжении резко падает до 10 сантипауз и ниже,  максимальное допустимое содержание алюминия резко уменьшается, если содержание серной кислоты превышает 5-7%.

Другой опасностью, возникающей вследствие увеличения вязкости и удельного веса, вызванной увеличением содержания алюминия, является возможность проявления эффекта «обмерзания» на поверхности детали. Данный феномен изучался Аэроусмитом  и др., которые показали, что подобные дефекты возникают на тех областях алюминиевой поверхности, где процесс гальванической обработки невозможен вследствие формирования анодной пленки. Кристаллографическая форма подобных дефектов может быть объяснена проникновением на поверхность фосфата алюминия с последующим анодированием, однако по мере формирования анодного оксида на стыке алюминия и оксида алюминия фосфат последовательно растворяется на внешней поверхности.

«Обмерзание» происходит в тех случаях, когда состав электролита и условия обработки достаточно близки к переходу от гальванической обработки к анодированию, особенно при высоком удельном весе электролита, и, как правило, данный дефект может быть ликвидирован путем добавления в электролитическую ванну воды с целью уменьшения удельной массы.

Данный процесс использовался для гальванической обработки сплавов алюминия и магния (например, 12% магний), а так же сплавов дюралюминия. Так же существуют отчеты об гальванической обработке двух других сплавов, которые содержали 1-ый - 1.9% меди, 0.6% магния и 1.0% кремния, 2-ой – 2.5% магния и 0.25% хрома. Содержание кремния не должно, однако, превышать 1%, а из-за возможного риска связанного с обработкой пористого металла данный процесс не рекомендовано использовать для обработки литья.

Перед обработкой деталь обычно подвергается паровому обезжириванию, за тем следует щелочная очистка. В некоторых случаях так же применяется легкое анодное травление, например, в горячем растворе хромовой и серной кислот. Так же для этой цели подходят хромовые гальванические растворы типа хромовой кислоты (150 г/л).

Во избежание появления на поверхности пятен после гальванической обработки необходимо производить соответствующую промывку. По этой же причине перемещение в гальваническую ванну должно происходить по возможности быстро.

В случае необходимости поверхностную пленку можно удалить после гальванической обработки в 10% растворе гидроксида натрия при 50°C на протяжении нескольких секунд. В качестве альтернативы можно рекомендовать использование следующих растворов:

 

Фосфорная кислота 35 мл/л
Хромовая кислота 20 г/л
При 90-95°C на протяжении 5 минут

или

Карбонат натрия 20 г/л
Декагидрат хромата натрия 15 г/л
На 70-95°C на протяжении 1-3 минут

Технологии гальванической обработки на основе фосфорной кислоты

Эти процессы обычно характеризуются большей скоростью травления, чем при использовании щелочных растворов или растворов фторидного типа. При их использовании наблюдается более выраженное макросглаживающее действие, однако нельзя сказать, что они действительно хорошо подходят для  производства отражающих поверхностей с высокой зеркальной отражательной способностью. Их основной функцией, таким образом, является замена механических способов обработки алюминия и его сплавов, например, перед анодированием.

poroshkovoe okrashivanie i anodirovanie3

Наиболее известная технология подобного рода была разработана в Институте имени Бателле , она основана на использовании раствора фосфорной кислоты и серной кислоты, часто так же с добавлением хромовой кислоты.  Электролиты фосфорной кислоты с такими органическими добавками, как глицерин, гликоль и т.д., а так же растворы с фосфорной, серной и азотной кислотами так же могут использоваться для этих целей. В США эти технологии были повсеместно заменены технологиями химической обработки, в то же время в Европе от них еще не полностью отказались.

ДАННЫЙ  КОНТЕНТ БЫЛ УКРАДЕН С САЙТА VSEOKRASKAH.NET  САЙТОМ KRASKA.BIZ

Технология Алзак

Технология Алзак предназначена для обработки отражателей и вряд ли может использоваться в каких-либо других целях. При этом используется два типа растворов, либо с электролитом на основе фоторбората, или, реже, на основе плавиковой кислоты с добавлением серной, хромовой или гидросиликатной кислоты.

При использовании стандартного метода с фторборатом берется 2.5% раствор борфтористоводродной кислоты, который может изготавливаться путем смешивания 40 гм борной кислоты с 100 гм борфтористоводродной кислоты (48%) и их последующего охлаждения. Данная смесь, содержащая 37.5% борфтористоводродной кислоты (HBF4) с излишком борной кислоты 7.5%, затем разбавляется до объема 20:1 для достижения рабочей концентрации; для улучшения проводимости можно так же добавить фторборат аммония. Обработка электролитом осуществляется на протяжении 5-10 минут при напряжении 15-30 вольт и температуре приблизительно 30 °C (85°F), и плотности тока 1-2 А/дм2 (10-20 ампер на фут квадратный).

Глянцованные с помощью процесса Алзак отражатели затем анодируются с применением серной кислоты, например, 7-12% (от объема) при 25 °C и напряжении 16-22 вольт на протяжении 10 минут, затем следует уплотнение в кипящей воде на протяжении 10 минут.

При применении технологии Алзак могут быть получены значения отражательной способности сходные с теми же значениями для процесса Бритал при использовании высокочистого материала.

При обработке  алюминия коммерческой чистоты с помощью фторбората можно получить отражательную способность 80% (значения получены с помощью рефлектометра Тайлора). Важную роль при этом играет механическая предварительная обработка, однако необходимо быть очень внимательным и не допускать возможного растягивания поверхности или наличия включений в металле. При необходимости получения диффузных отражателей можно воспользоваться методом химического травления.

Как и при использовании процесса Бритал после герметизации и анодирования на поверхности может оставаться грязная пленка. Ее можно удалить с помощью легкой обработки или еще до начал анодирования с помощью химических методов, использующихся в процессе Бритал. В качестве альтернативы могут быть использованы растворы, содержащие приблизительно 1.5% натрия бикарбоната и 2% карбоната натрия при температуре 70-95 °C на протяжении 0.25 – 3 минут, а так же смесь 1% фосфорной кислоты и 0.5% хромовой кислоты при температуре  96°C на протяжении 30 секунд.

Процесс Бритал. Продолжение

Содержание солей углекислоты в растворе может изменяться только в результате уноса, происходящего в процессе эксплуатации, поэтому для поддержания уровня концентрации в диапазоне от 4.5% до 6.5%рекомендуется регулярное добавление тринатрийфосфата, а так же воды для возмещения потерь в результате испарения. Эти потери могут оказаться достаточно большими, поэтому рекомендуется флотировать на поверхность пластиковые сферы или пластины. Самой вредной примесью считается хлорид, наличие которого может привести к проявлению достаточно выраженной точечной коррозии, особенно если его концентрация будет превышать 0.1%.

Процесс Бритал отлично подходит для обработки сверхчистого алюминия (99.99%), а так же сплавов Mg или MgSi BTR1, BTR2 и BTR6, основанных на чистоте металла. Для данных сплавов можно добиться получения зеркальной поверхности, которая сохраняет свою общую и зеркальную отражательную способность даже при анодном покрытии до 20 микрон или более.

В России  процесс Бритал использовался для обработки алюминия с чистотой 99.8 или 99.9%  однако согласно предположению, выдвинутому Харрисом возможна так же и обработка металла коммерческой чистоты.  Этого можно добиться путем использования модифицированного раствора ванны и более низкого, чем обычно, значения рН, предпочтительнее всего 9.5 – 10.5 (нормальное значение 11.0 – 11.6), а так же обеспечения непрерывного процесса удаления продуктов реакции с поверхности детали, например, путем интенсивного воздушного перемешивания. Соотношение общего содержания карбоната к общему содержанию фосфата в электролите предпочтительнее всего должно находится в диапазоне от 1.25 до 3, а его реальное содержание должно составлять 170 –220 г/л CO3 и 60-125 г/л PO4 соответственно. Наиболее предпочтительная рабочая температура составляет 90°C, а наиболее часто используемым значением напряжения является 10 – 15 В.

Другая достаточно интересная модификация процесса Бритал была описана Элснером, который установил, что отражательная способность сплава, основанного на алюминии коммерческой чистоты, может быть улучшена путем добавления фосфата алюминия 30 или 5-10 г/л щелочного сульфата, галогенида или ацетата металла. При наличии последнего сила тока не падает, как в стандартном процессе, однако значение напряжения 8 вольт будет достаточно твердо держаться при 6-8 А/дм2 (60-80 ампер/фут2). В типичной формуле раствора с фосфатом алюминия содержится:

Тринатрийфосфата (чистого)Алюминия фосфата

Гидроксида натрия

150

20

10

Перед подобной обработкой деталь следует подвергнуть травлению  при температуре 80°C (174°F) в растворе, содержащем тринатрийфосфат, карбонат натрия и соли алюминия.

В другом варианте предполагается, что щелочные растворы тартратов с добавлением около 0.2% порошка алюминия могут помочь получить отражательную способность 90% при комнатной температуре для алюминия, имеющего чистоту 99.99%. Другим предполагаемым преимуществом данного технологического процесса является отсутствие чувствительности покрытия к осадку, содержащемуся в жесткой воде.

Резкое уменьшение зеркальной отражательной способности при увеличении толщины покрытия металла, является основным признаком чистоты  99.8%. При обработке металлов меньшей чистоты данный эффект проявляется даже сильнее, поэтому использовать подобный технологический процесс для обработки этих  металлов не имеет особого смысла.

Технология обработки сверхчистого металла с помощью процесса Бритал широко использовалась для обработки высококлассных изделий, для тепловых и световых отражателей, бижутерии, кнопок, значков (которые часто подвергались окраске для симуляции золота или меди), отделки автомашин и других декоративных работ. Особенно значительным преимуществом данного типа обработки является высокая отражательная способность через видимый и инфракрасный спектр. Данный тип обработки проявляет достаточную стойкость при температурах, при которых другие металлы быстро распадаются. И, наконец, он обладает весьма эффективной стойкостью к атмосферным условиям (согласно результатам испытаний на подверженность воздействиям, полученным на основании результатов анализа фабричной крыши в 1939 году, которая находилась под воздействием крайне агрессивных внешних условий),

Сверхчистый металл, подвергнутый обработке с помощью процесса Бритал, был избран для создания отражающих полостей в лазерном оборудовании, так как его поверхность по отражательной способности находится на втором месте после обработанного серебра, и отстает от него совершенно незначительно, при этом подобная поверхность не подвержена окислению и может быть легко очищена при необходимости без ее повреждения или ухудшения.

Отражательная способность металла, подвергнутого анодированию или обработке с использованием  технологии Бритал

Толщина анодной пленки (микрон) 0 2 5 10 20
99.99% —.общая отражательная способность *  90 90 89 89 88
99.8% — общая отражательная способность *  90 89 88 87 84
99.99% — зеркальная  отражательная способность *  90 87 87 86 84
99.8% — зеркальная  отражательная способность * 

 

88 68 63 58 47

* BS 6161: Часть 11: 1985

** BS 6161: Часть 12: 1987 Метод E

ДАННЫЙ КОНТЕНТ БЫЛ УКРАДЕН С САЙТА VSEOKRASKAH.NET  МУСОРОСБОРНИКОМ KRASKA.BIZ

Коммерческие процессы гальванической обработки. Процесс Бритал

Процесс Бритал завоевал свое уникальное положение благодаря тому, что он является единственным успешным электролитическим глянцевателем, использующим щелочной электролит. Данный процесс особенно хорошо годиться для обработки сверхчистого алюминия (99.99%). Его применение сократилось вследствие разработки сплавов с базовой чистотой 99.8%, годных для химического глянцевания в глянцевателях на основе фосфорной кислоты, а так же появлению различных резервуаров из нержавеющей стали для работы с данными глянцевателями, а так же вследствие интенсивного использования формовок для рефлекторов, изготовленных из пластика с алюминиевым покрытием. Необходимо отметить, что именно процесс Бритал получил право на жизнь в конкурентной борьбе, так как ни один другой тип обработки не позволял получить зеркальное покрытие на больших плоских поверхностях, или достигнуть такого же качества обработки или уровня блеска.

Пуллен первым описал процесс Бритал и рекомендовал состав ванны и рабочие условия, указанные в таблице ниже, которые с тех пор практически не менялись.

Процесс гальванической обработки Бритал

Рабочий диапазон Оптимальн.
Натрия карбонат (ангид.) 12-20% (вес) 15% (вес)
Тринатрийфосфат 2.5-7.5% 5%
Температура 75-90ºС 80-82°C
Напряжение 7-16 Вольт 9-12 вольт

Харрис  изучал влияние состава и рабочих условий на качество получаемой поверхности. Существующие на настоящий момент рекомендации – это 20% карбоната натрия и 6% тринатрий фосфата, использование которых предоставляет большую свободу при выборе рабочих условий, чем используемый ранее состав 15%/5%. Хаг так же делал ссылку на использование состава 30% карбоната и 6.5% фосфата.

Раствор  должен приготавливаться из химикатов хорошего качества и дистилированной или деионизованной воды и использоваться при температуре 85 – 90 ºС. В течение первого дня температура иногда понижается до 80ºС, а содержание фосфата сокращается до порядка 4%.

Для успешного использования данного процесса требуется особый творческий и научный подход. Деталь должны крепится по возможности крепко и установлена таким образом, чтобы подлежащие обработке грани были по возможности наклонены  приблизительно на 15º относительно вертикальной оси и смотрели вниз. Раствор должен находится в абсолютно неподвижном состоянии, перед подачей детали необходимо так же отключить нагревание и перемешивание. На начальном этапе можно осуществлять травление на протяжении 30-60 секунд при отключенном токе, до подачи полного предварительно заданного напряжения с генератора или шестифазного выпрямителя с колебаниями менее 5%. В это же время происходит начальный выброс тока порядка 3.5 – 5 А/дм2 (33-47 ампер/фут2) или более, который длится 4 секунды или более, а затем быстро падает до половины величины данного значения, когда на аноде прекращается выделение газа и начинается собственно обработка детали. Большие преимущества дает использование подвижного  анода, который может создавать колебания, вращение или тряску детали с 10-20 циклами в минуту при амплитуде порядка 20-30 см (8 – 12 дюймов), в этом случае рабочее напряжение необходимо поднять до 6 вольт для обеспечения большей плотности тока и более быстрой работы раствора, как показано в таблице

Значения плотности тока и напряжения при обработке с использованием процесса Бритал

Текущая плотность (А/дм2) Напряжение
Металл Начальн. Конечн. Фиксированный Подвижный анод
Сверхчистый 3.6 1.6 12 18-20
99.8% 4.0 2.0 12 18-20
Сплавы на основе сверхчистого алюминия 5.0 2.0 15 20-22

Перед началом обработки деталь следует подвергнуть тщательной обработке механическим способом, 10 – 15 минут являются достаточным временем, однако чаще всего используется время обработки равное 30 – 40 минутам.Типичный рекомендуемый дизайн резервуара представлен на рисунке . В данном случае катоды располагаются на концах резервуара на некотором расстоянии от детали, а для уменьшения конвекции используются отражательные пластины, погруженные ниже уровня раствора. Катушки мешалок и нагреватели располагаются на расстоянии 10- 20 см (4 – 8  дюймов) над дном резервуара во избежание вступления в контакт с какими-либо примесями.  Основной проблемой в данном случае является аккумуляция осадка, который необходимо время от времени удалять, это можно осуществлять путем непрерывной фильтрации.

 

Типичными результатами анализа на осадки при использовании процесса Бритал после сушки при температуре 100 ºС являются:

SiO2 %
A12O3 2.0
CaO 23.7
Na2O 0.9
P2O5 25.0
Потери при сгорании 1000ºС 26.3
22.1
100.0
CO2 1.8

В резервуаре на 4000 литров в течение рабочего дня обычно аккумулируется порядка 50 кг сухого осадка (125 фунтов в резервуаре на 1000 галлонов). Действие раствора зависит от твердой оксидной пленки, имеющей порядка 0.5 микрона в толщину, которая формируется на поверхности, а так же от вязкого сложного фосфатного слоя, присутствующего в растворе. После окончания обработки данная оксидная пленка остается, однако она не видна невооруженным глазом до тех пор, пока поверхность не будет протерта, после этого начинает проявляться нежелательный флуоресцентный оттенок. Подобную пленку следует удалить еще до начала анодирования, это осуществляется в кипящем растворе 7% фосфорной кислоты и 4% хромовой кислоты.  Так же возможно удалить ее до начала анодирования путем удаления с помощью абразива умеренной жесткости или в 50% азотной кислоте. Следует заметить, что анодирование в данном случае может оказаться трудновыполнимым  из-за 20-и вольтного барьерного слоя, который необходимо удалить до пуска тока анодирования.

Процесс электроглянцевания

Существует лишь один тип умеренного сглаживания в процессе электроглянцевания, при этом основной целью является сглаживание сравнительно мелких деформаций поверхности. Данный процесс, таким образом, является не очень интенсивным и достаточно медленным. Плотность тока в этом случае достаточно мала и обычно не превышает 3-5 A/дм2 (30 –50 ампер/квадратный фут), при этом количество удаляемого металла обычно составляет порядка 2 – 12 микрон (0.08 – 0.5 мил). Продолжительность обработки может составлять до 20 – 30 минут. Желательно перед этим так же осуществить легкую обработку эластичным кругом.

Главной целью процесса гальванической обработки является обработка потертостей и царапин на поверхности. Таким образом, в данном случае электрохимическое действие будет более интенсивным и требует большей плотности тока порядка 10 – 35 А/дм2 (100 – 350 ампер/квадратный фут). Таким образом, увеличивается объем удаляемого металла – в два или даже в три раза по сравнению с  электроглянцеванием, причем за более короткий промежуток времени.

На практике можно выделить два типа растворов, применяемых для различных целей: (а) отражательная обработка, которая предназначена в качестве заключительной обработки после механической обработки; и (б) обработка концентрированной кислотой, основной функцией которой является подмена механических методов подготовки поверхности.

 

 

Морфология алюминия, подвергнутого гальванической обработке

Для того чтобы добиться от поверхности зеркальной отражательной способности, размер дефектов поверхности должен быть меньше длины световой волны.  Для изучения морфологии алюминия, подвергнутого гальванической обработке использовалась атомная микроскопия с разрешением на атомном уровне. Для различных условий гальванической обработки наблюдались два совершенно различных типа морфологии поверхности волн и холмиков, а при промежуточных условий наблюдались переходные структуры.

При увеличении напряжения обработки наблюдались увеличение волнового периода поверхности и амплитуды. До гальванической обработки диапазон измерений высоты поверхности составлял более 50 нм. В результате гальванической обработки диапазон  значений уменьшался до менее, чем 5 нм. Подобный результат наглядно демонстрирует, что правильное понимание химических и электрохимических условий, которые определяют шероховатость поверхности в процессе обработки, обеспечивает лучший контроль и более высокую производительность для поверхностей, являющихся плоскими на субмикрометрическом и нанометрическом уровне. Здесь можно упомянуть так же и о производстве дисков памяти для компьютеров и систем обработки данных, а так же производстве точечных матриц  путем нанесения металла на поры анодированного алюминия, где гальваническая обработка определяет плоскостность матрицы, имеющей два измерения, расстояние между порами и их однородность.

Схематическая иллюстрация природы одно и двухплоскостной морфологии  поверхности волн и холмиков для алюминия, подвергнутого гальванической обработке. Высота (h) находится в диапазоне от 0 до 5 нм, а пиковое расстояние находится в диапазоне от 50 до 150 нм, в зависимости от условий обработки 23.

Механизм шлифовки при гальванической обработке

Основным механизмом шлифовки при гальванической обработке является относительное воздействие на неровности поверхности, которое ассоциируются в основном со следующими факторами:

(1)     Как утверждал Эдвардс, существует некая общая тенденция к сглаживанию металлической поверхности, даже в тех реакциях, где растворение металла имеет достаточно однородный характер.

(2)     Если растворение пленки контролируется процессом диффузии ионов металла с поверхности, то различия в градиентах концентрации между анолитами во впадинах и на вершинах поверхности начинают оказывать значительное влияние на относительное растворение пленки в этих точках. Данный механизм был подробно описан ученым Элмором.

(3)     Толщина оксидной пленки является различной для впадин и выступов, по крайней мере, на начальном этапе. Таким образом, согласно работам ученых Эванса и Витвама, а так же некоторым более поздним авторам, условия для пассивации во впадинах наступают раньше вследствие аккумуляции там продуктов растворения. Это практически сразу находит сопротивление в виде последующего увеличения плотности тока на выступах. Толщина оксидной пленки в этом случае будет зависеть от скорости растворения, которая в свою очередь зависит от скорости диффузии, различий градиентов концентрации и локальной плотности электрического тока.

(4)     В некоторых случаях немаловажную роль так же играют пузырьки газа. Так, согласно Фаусту, помимо формирования вязкой жидкой пленки так же наблюдается формирование и газовой пленки, причем формирование последней происходит в результате действия эффекта микрообработки, а так же благодаря высокому электрическому сопротивлению на стыке жидкости и металла. (при отсутствие твердой оксидной пленки). Если преобладает газовая пленка, то сглаживающее воздействие усиливается за счет некоторой потери блеска и наоборот.

Одьер  и Джакте , которые работали с процессами Бритал и процессом Алзак с использованием плавиковой и серной кислот, отмечали выраженную зависимость эффективности полировочного процесса от позиции поверхности относительно направления движения пузырьков газа. Пузырьки газа могут так же оказывать негативное влияние на качество обработки, так как вследствие контакта с ними на поверхности могут появляться параллельные штрихи. Они появляются в тех случаях, когда потокам пузырьков позволяется следовать одним и тем же путем на нижней поверхности металла.

Ньюфельд и Саусфол изучали влияние, которое оказывает выделение газа на точечную коррозию при гальванической обработке стали. В результате они сделали вывод, что данный процесс не приводит к повреждению покрытия, однако по своему воздействию накладывается на поверхность, подвергаемую спокойной обработке. На первом этапе точечной коррозии формируется модель выделения газа, которое может обладать случайным характером и иметь центр во многих точках, или  же оно может происходить в небольшом количестве наиболее благоприятных для этого точек. Заданная таким образом первоначальная модель переходит на второй этап, когда формирование поверхностных дефектов происходит вследствие формирования в той же точке потока пузырьков газа. Таким образом, можно утверждать, что начальное состояние поверхности оказывает значительное влияние на процесс обработки.

Дефекты, возникающие вследствие воздействия газа для алюминия изучались учеными Клифродом и Эроусмитом, особенно для химических процессов обработки, однако относительно гальванической обработки они выдвинули мнение, что основной причиной появления дефектов в результате воздействия газа является иммерсия алюминия без предварительной обработки. Данные дефекты имели форму центрального плоского плато, окруженного кольцевидной бороздкой (которая иногда описывается как «эффект защитного рва») и снова их возникновение связывалось с наличием неровностей поверхности, таких как большие межметалические включения, являющиеся результатом проводившихся до этого операций по механической обработке.

Подавление травления при гальванической обработке

Наличие оксидной пленки играет большую роль, и помогает объяснить возникновение эффекта подавления кристаллографического травления.  Оно приписывается растворению, которое происходит вследствие их близости к порам и повреждениям оксидной пленки. При непрерывном росте пленки и ее растворении, эти точки доступа претерпевают постоянные изменения, поэтому воздействие на атомы приобретает более или менее случайный характер.  Эффективность подавления травления зависит от толщины, пористости и электрических свойств пленки, а так же от состава металла и размера зерна.

 

Соотношение ток-напряжение при гальванической обработке.

Типичное соотношение между током и анодным напряжением, наблюдаемое при гальванической обработке приведено на рисунке, изображенном в соответствие с оригинальными научными источниками по гальванической обработке.

Как мы видим, при повышении напряжения существует 4 стадии:

1)       Между А и В – ток возрастает пропорционально приложенному напряжению. На этой стадии происходит травление алюминия;

2)       Точка В – ток неустойчив и колеблется, иногда отмечается определённая периодичность, что вызвано периодическим ростом и разрушением тонкой плёнки окисла на поверхности анода,

3)       От В до С – дальнейшее повышение приложенного напряжения либо не сопровождается, либо сопровождается очень слабыми изменениями  плотности тока. На данной стадии при постоянной плотности тока (или ограниченной, или критической плотности тока, как её ещё называют) осуществляется гальваническая обработка; качество обработки возрастает с возрастанием напряжения до точки С;

4)       Дальнейшее увеличение потенциала за точкой С приводит к возрастанию плотности тока, связанному с выделением газа; на этой стадии на поверхности появляются повреждения из-за выделения газа; при намного более высоком напряжении на травленной и обработанной поверхности происходит выделение огромного количества кислорода.

По Хуберу на чертеже представлены три реакции, каждая из которых происходит на соответствующей стадии:

(1) Al =A13++ 3e

(2) 2A1 + 6OH=Al2O3+ 3H2O + 6e

(3) 4OH=O2 + 2H2O + 4e

На первом этапе, представленном в виде кривой А-В, растворение металла зависит от концентрации и активационной поляризации; процесс протекает так же как и при нормальном анодном травлении, когда атомы растворяются с поверхности в соответствие с их свободной энергией. После того, как анодный потенциал становится равным потенциалу оксидного электрода, анод покрывается оксидной пленкой, которая препятствует протеканию реакции (1). Реакция (2) происходит между В и С и зависит от скорости растворения пленки. И растворение пленки, и плотность электрического тока ограничиваются скоростью диффузии, т.е. они не зависят от напряжения. В точке С потенциал анода оказывается достаточным для выделения кислорода.

Процессы анодной поляризации в некоторых растворах для электрического глянцевания, включая процессы Алзак, Бритал, Бателле были изучены ученым Габе. Он вывел кривые поляризации для данных электролитов с использованием ряда рабочих температур и сделал заключение, что процессы гальванической обработки и электроглянцевания можно разделить  на основании различия активационной энергии для температуры растворения и температуры перехода.  Кантон  так же рассматривал гальваническую обработку алюминия на кривых потенциостатической и потенциодинамической поляризации.