High-Rate Pulsed Galvanostatic Anodic Dissolution of Chromium−Nickel Steels in Electrolytes for Electrochemical Machining: The Role of Surface Temperature

Abstract

A pulsed galvanostatic anodic dissolution of chromium−nickel steels (types Kh18N10 (Cr18Ni10) and KhN35VT (CrNi35WT)) under the conditions of electrochemical machining is studied in chloride, nitrate, and mixed chloride−nitrate electrolytes at current densities up to 100 A/cm 2 . In all the considered solutions (except for the dissolution of CrNi35WT in chloride solutions), for relative pulse durations s  2 (duty cycle D  50%), the faradaic rate of dissolution reaches a limiting value of ~0.18 mg/C, irrespective of pulse duration (from 20 s to 2 ms), which translates into the current efficiencies of alloy dissolution of 50 and 68% for the Cr18Ni10 and CrNi35WT alloys, respectively. Using direct current for processing (i.e., s < 2) boosts the current efficiency, and the rise in surface temperature is crucial to this effect.

Untitled

“…также [20]). В условиях ТКН при обработке постоянным током не только достигаются значения выхода по току, превышающие 100%, вследствие разрушения АОП, но и при достаточно высоких плотностях тока она не обнаруживается в поверхностном слое после обработки [21].…”

“…Поскольку  -экспериментально измеряемая величина при фиксированном значении С, а C зависит от выбранных степеней окисления металла или компонентов сплава, целесообразно при экспериментальном моделировании в качестве измеряемой величины использовать С (г/Aчас, мг/Кл), которую, как это было сделано в [20], можно назвать фарадеевской скоростью растворения (ФСР). Это тем более важно, так как именно эта величина оказывается постоянной в зависимости от различных параметров обработки (природы (его химического состава) сплава, длительности импульса или температуры поверхности) в достаточно широком интервале изменяемых параметров [20,21]. Причина заключается в том, что анодное растворение происходит через стадию образования анодной оксидной пленки (АОП) полупроводниковой природы, которая для разных, но близких по составу сплавов может иметь одну и ту же природу [20].…”

“…4 приведена зависимость измеренных значений температуры поверхности от i avg при различных скважностях импульсного тока, в том числе и для постоянного тока обработки (s = 1) (измерения температуры поверхности проводили только при использовании НДЭ), и скорости обтекания U 0 6 м/c. Видно, что: 1) поверхностные температуры могут достигать очень больших величин, существенно превышающих температуру кипения, что уже отмечалось ранее [20,21]; 2) средняя измеренная температура поверхности незначительно отличается от объемной вплоть до значений i avg ~ 10 А/cм 2 . Однако сравнение значений С для НДЭ и ВДЭ показывает заметную разницу величин ФСР, которые для НДЭ выше (рис.…”

“…При этом следует учитывать, что изменение ФСР может происходить вследствие изменения выхода по току образования оксида по реакции (I):,a e i i fi i   (3) где i aплотность тока анодного растворения по реакции (III), а i e -плотность тока электронного переноса (в случае электронной проводимости пленки), fвыход по току реакции образования оксида (реакция (I)).Снижение ФСР вследствие электронной проводимости пленки будет происходить при протекании в водной среде реакции: Кроме того, следует учитывать, что нельзя исключить при использовании импульсов микросекундного диапазона влияния двойнослойных эффектов на ФСР. В[20,21] было показано отсутствие подобного влияния при высоких плотностях тока. Возможность их влияния при плотностях тока, меньших 1 А/cм 2 , требует экспериментальной проверки.…”

“…Его концентрация опреде-лялась электропроводностью (0,15 См/см) и была равной 230 г/л для нитрата (см. также[20,21]). Выбор вышеописанной схемы экспериментов был обусловлен, как будет показано ниже, необходимостью исследования влияния гидродинамики, а следовательно, температуры поверхности на процессы анодного растворения, контролируемые барьерной пленкой, как на границе металл-пленка, так и пленка-раствор.…”