khimie.ru

Ведя рассказ про электрохимию, трудно обойти молчанием такой явно электрохимический процесс, как коррозия. Ржавчина (если выражаться не очень точно, но просто) − это беспощадный враг. Тут электрохимия работает против человека. Проржавленные и вышедшие из строя   водопроводные трубы, буквально гниющие на открытом воздухе автомашины, металлолом, который собирают,− все это «проделки», козни коррозии.

Нельзя сказать, чтобы электрохимия очень уж разнообразила набор своих средств. Отнюдь нет. Одни и те же процессы происходят и в автомобильном аккумуляторе и в ржавеющем железе. В последнем случае коррозия пользуется несовершенством нашей металлургической технологии. Чем меньше оказывается в металле примесей, тем более он коррозионностоек. В Индии есть созданная в глубокой древности колонна из очень чистого железа. Многие века стоит она в жарком и влажном климате, где укусы ржавчины должны быть особенно сильны, а «шрамов» коррозии на колонне нет. Но это исключение. Правило же таково, что любой металл, каким бы чистым его ни старались выплавить, обязательно содержит в себе примеси посторонних веществ. И каждая такая крупица примеси — один из полюсов крохотного гальванического элемента. Второй полюс − частицы самого металла, расположенные вокруг крупинок примеси. Нет только третьего компонента − электролита?.. Его хватает с избытком: в любой воде, в том числе и в дождевой, содержатся в растворе (очень и очень слабом, правда) кислоты и щелочи. Они есть даже во влажном воздухе. Вот вам и электролит: он окружает металлы буквально со всех сторон. Все готово для электрохимического действа. И идут электрохимические реакции, вырабатывается и электрическая энергия, только здесь она приносит не пользу, как в топливном элементе, а огромный вред, разрушая металлы.

По некоторым данным, коррозия ежегодно съедает 12 процентов производимого во всем мире металла, что примерно равно годовому производству стали таких стран, как Швеция, Финляндия, Италия и Бельгия, вместе взятых. Фактически каждая восьмая домна «работает» на коррозию.

Заметим, кстати, что до войны потери ог коррозии были большими: тогда, по тем же подсчетам, ежегодно гибло до 40 процентов мировой продукции металла − так что прогресс в борьбе с коррозией налицо.

Поскольку коррозия в основном сугубо электрохимическое явление, то и лекарства от нее должна дать электрохимия. И она дает их. Мы пока не можем «научить» обычную конструкционную сталь бороться с коррозией (нержавейка не в счет − слишком дорого!). В споре с влагой и кислородом металл всегда проигрывает. Но ее допустить к металлу влагу и кислород в наших силах. Для этого наиболее «уязвимые» детали покрываются тончайшей блестящей пленкой хрома или никеля, которые и сами практически не ржавеют и защищают металл от коррозии.

Но отчего защитная пленка всегда так красиво блестит? Только ли из эстетических соображений? Нет. Раньше покрытия делали матовыми. А потом наука доказала: блестящий металл в меньшей степени, чем матовый, подвержен коррозионному и механическому разрушению, дольше служит. Так что здесь польза и красота шагают, взявшись за руки.

Индустрия «блеска» включает сложнейшие технологические процессы: порой приходится электрохимически наносить на поверхность несколько слоев различных металлов, что приводит к цепочке из десятков последовательно проводимых операций…

А почему с коррозией надо только бороться? Нельзя ли привлечь ее на службу человеку? Разумеется, не саму ржавчину, а ту электрохимическую реакцию, которая так беспощадно «съедает» металл. Надо лишь научитыя управлять ею, чтобы съедалось только то, что нужно и сколько нужно.

Так родилась электрохимическая размерная обработка (ЭХРО). В общих чертах суть метода такова. Представьте себе станок, где к детали подведен «плюс», а к инструменту «минус» постоянного тока. Между деталью и инструментом находится тонкий слой электролита (обычно им является раствор поваренной соли). Теперь достаточно пропустить ток, как металл под воздействием электролита начнет растворяться, и инструмент, похожий на пресс-форму, станет «выдавливать» деталь нужной формы.

Чтобы этот процесс был непрерывен, между инструментом и деталью оставляют зазор в несколько долей миллиметра. Через него под большим давлением пропускается раствор электролита, который не только поддерживает реакцию, но и выносит продукты растворения, одновременно охлаждая металл. И никакой тебе резки или других обычных механических операций. Роль резца играет электрическое поле. Задача, как у скульптора,− убрать все лишнее. Короткое время, и на ваших глазах возникает профиль детали. Отключаем  ток, извлекаем деталь из резервуара, снимаем с нее остатки электролита…

Еще достоинство ЭХРО: ей подвластны вязкие, хрупкие материалы, плохо поддающиеся механической обработке, а также изделия со сложным профилем − лопасти турбин, турбореактивные двигатели.

А как обработать металл, например вольфрам, который по твердости подчас не уступает алмазу? До недавнего времени подобные операции проводились механическим способом: час за часом алмазный резец «по крохам» точил сверхтвердые детали. Когда были созданы еще более твердые сплавы (сплавы с применением тантала, ниобия, титана), то эта операция в некоторых случаях стала вообще невозможной. И вот тогда-то сказала свое слово электрохимия.

Процесс ЭХРО выгодно зарекомендовал себя во многих отраслях промышленности: авиационной, автомобильной, машиностроительной. Это не удивительно, так как по скорости ЭХРО в 5-15 раз быстрее резания, а его себестоимость в 2-7 раз ниже…