Метод нагрева металлов в электролите

Метод нагрева металлов в электролите основан на явлении нагрева катода (изделия) при пропускании через электролит постоянного тока повышенного напряжения (200—300 В). Анод —ванна из нержавеющей стали. Катод нагревается в результате выделения на нем водорода, который образует вокруг катода газовый слой с высоким омическим сопротивлением, что вызывает выделение большого количества тепла. Это тепло расходуется главным образом на нагрев катода. Непременным условием разогрева катода должна быть разность плотностей тока на аноде и катоде. На аноде она должна быть меньше, чем на катоде.
Скорость и другие характеристики нагрева зависят от состава электролита, температуры ванны, напряжения, плотности тока и качества поверхности нагреваемой детали — катода.

В электролитах можно осуществлять как сквозной, так и поверхностный нагрев деталей.
Зависимость между напряжением и силой тока в этот период подчиняется закону Ома. При дальнейшем увеличении напряжения на катоде интенсивно выделяются пузырьки водорода и электролит контактирует с поверхностью катода только в отдельных местах. При образовании пузырьков и их отрыве между эдектролитом и катодом возникают искровые разряды, приводящие к колебанию тока в цепи (первая фаза нагрева). Выделяющиеся пузырьки водорода создают местные разобщения электролита и катода, поэтому прохождение тока происходит в отдельных местах катода. Это приводит в быстрому нагреву прилегающего к катоду тонкого слоя электролита и образованию паровой оболочки вокруг катода. В этот момент (вторая фаза) сила тока снижается, что сопровождается конденсацией паровой оболочки. Оболочка во второй фазе становится устойчивой.

Электролитические процессы, протекающие при пропускании постоянного тока через электролиты, сопровождаются непрерывным выделением в газовую оболочку ионов водорода и металла, что обусловливает самостоятельную проводимость газовой оболочки. Электрический ток проходит через нее в виде искровых разрядов, что сопровождается резким локальным возрастанием давления газа и температуры поверхности катода. Катод нагревается в основном во второй фазе. Поэтому основные параметры процесса выбирают такими, чтобы возможность нагревания катода в первой фазе была исключена.

Прерывистость искровых разрядов создает пульсирующие тепловые потоки на поверхности катода. С увеличением степени ионизации газовой оболочки у катода увеличивается частота разрядов и их мощность, что позволяет регулировать поступление теплоты в изделие. При малой степени ионизации газовой оболочки, например при пониженном напряжении тока, характер изменения температуры поверхности катода во времени соответствует кривой I, а при большой степени ионизации —-кривой. Из этого следует, что при нагреве металлов в электролите могут быть созданы различные условия распределения теплоты по сечению.

Прохождение электрического тока в процессе электролитного нагрева сопровождается выносом на нагреваемую поверхность ионов водорода и металла, высокими температурами и давлениями, образованием импульсных тепловых потоков и злектроэрозионными процессами, создает иные условия нагрева металла, чем те, которыми характеризуются другие методы. Существенное из этих условий:

• а) наличие водородной среды, позволяющей осуществлять безокислительный нагрев;
• б) возникновение электроэрозии и электротравления, что позволяет очищать поверхность изделий от оксидов и загрязнений;
• в) импульсная передача теплоты, позволяющая регулировать качество и скорость нагрева.

Нагрев металла в электролите проводится при плотности тока 2—б А/см2. С повышением температуры электролита повышается его электропроводность, ослабевает влияние факторов, тормозящих диссоциацию осажденных солей. С повышением температуры электролита происходит повышение КПД процесса, уменьшается сила тока вследствие уголщения газовой оболочки вокруг катода. Благотворное влияние повышения температуры электролита на КПД сказывается до температур жидкости 70—80 °С. При дальнейшем повышении температуры происходит интенсивное кипение электролита на катоде, сопровождающееся неустойчивостью газовой оболочки. Это приводит к пульсации тока в цепи.

Повышению КПД процесса и повышению равномерности нагрева способствует искусственная циркуляция электролита в ванне. Этому же способствует и уменьшение расстояния между анодом и катодом.