Раствор для химического травления металлов группы железа

 

Использование: травление прецизионных изделий из железоникелевых магнитомягких сплавов. Сущность изобретения; раствор содержит, мае, %: азотная кислота (у 1,4 г/см ) 55,0-65,0; аминоуксусная кислота 5,0-8,0 и вода - остальное. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 F 1/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4839777/26 (22) 11.04,90 (46) 23.06,92. Бюл, N 23 (71) Научно-исследовательский институт прикладной механики Научно-производственного обьединения "Ротор" (72) В.А.Бушуев, С.Л.Журавлев, И.Д.Ступина и С.Е.Перфильев (53) 621.794,61(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 526652, кл. С 23 F 1/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N327263,,кл. С 23 F1/28,,1969, Изобретение относится к химии, в частности к.реактивам для травления изделий из железоникелевых; преимущественно магнитомягких, сплавов после их механическОй обработки.

Известны растворы для химического травления железоникелевых сплавов.

Наиболее близким к предлагаемому является раствор для химического травления никеля и ковара. Раствор содержит

Хлорное железо 450-490, г/л

Азотная кислота (y= 1,41) 240 — 260 мл/л

Уксусная кислота (= 1,05) 240-2.60 мл /л

Недостатками известного раствора, ограничивающими его использование, являются грубое и неравномерное растравливание поверхности презиционных изделий из железоникелевых магнитомягких сплавов при комнантной температуре (20...25 С), химическое полирование изделий из этих . материалов, сопровождающееся неравномерным стравливанием сплавов с поверх. Ж „» 1742355 A1 (54) РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА (57) Использование: травление прецизионных изделий из железоникелевых магнитомягких сплавов. Сущность изобретения; раствор содержит, мас,,(,; азотная кислота (y= 1,4 гlсм ) 55,0-65,0; аминоуксусная кислота 5,0 — 8,0 и вода — остальное, 2 табл. ности (от центра к краю) при повышенной (/) температуре (40.„50 С), раствор не позволя- (— ет удалять заусенцы длиной 50 мкм с острых кромок деталей с полем допуска на сторону

5 мкм беэ нарушения геометрических размеров, очень высокая скорость травления (при 25 С 30 мкм/мин), что усложняет процесс обработки деталей с полем допуска 5 мкм на сторону, 4

Целью изобретения является обеспече- фь ние удаления заусенцев длиной до 50 MKM при сохранении размеров изделий в преде- (1 лах поля допуска 5 мкм на сторону и равно- у мерной шероховатости поверхности в пределах 0,80 (W)-0,20 (у9).

В раствор, содержащий азотную кислоту, взаимен хлорного железа иуксусной кислоты дополнительно вводят аминоуксусную кислоту, при этом соотношение указанных ингредиентов должно находиться в следующих пределах, мас. :

Азотная кислота (y = 1,40 г/см ) 55 — 65

1742355

10

25

50

Аминоуксусная кислота 5 — 8

Вода Остальное

Раствор приготавливают следующим образом.

Расчетное количество аминоуксусной кислоты растворяют в расчетном количестве воды и при перемешивании в полученный раствор малыми порциями вводят расчетное количества азотной кислоты. Травление деталей из железоникелевых сплавов с целью удаления заусенцев в предлагаемом

" растворе производят при комнатной температуре в течение 1.5 — 3,0 мин-при небольшом покачивании.

Травление деталей иэ железоникелевых сплавов в предлагаемом растворе обеспечивает полное удаление заусенцев длиной не более 50 мкм практически без скругления острых кромок, при этом сьем металла с остальных поверхностей деталей не превышает 5 мкм. Раствор исключает грубое. растравливание поверхности деталей — изменения шероховатости деталей от исходной в пределах Rz20 (q .5) — Q2g-(п9) практически не происх ит (с учетом чувствительности измерительного прибора— профилографа-профилометра модели 253).

Микроскопические исследования поверхности деталей показывают, что после обработки в предлагаемом растворе следов заусенцев как на острых кромках, так и на других поверхностях не наблюдается. Невооруженным глазом видна ровная, слегка матовая поае рхность. При Gon ьшам увеличении (до 200 крат) видны мелкие точечные следы травления, равномерно распределенные по поверхности, Размер этих точек очень мал, находится на границе разрешающей способности металлографического микроскопа и не фиксируется профилографом-профилометром, Равномерность трав, ления высокая.

Проверка равномерности травления диска диаметром 25 мм, толщиной 0,150 мм с шероховатостью поверхности 0 2Д. (9) при л помощи микронного индикатора с ценой делений 1,0 мкм от центра пластины к краю по сравнению с исходными размерами разницы не обнаружили,. Процесс травления в растворе протекает спокойно, мягко, В зависимости от марки сплава и величины заусенцев травление длится 1,5-3,0 мин.

Выбор пределов концентрации азотной кислоты обусловлен резким снижением скорости процесса — нижняя граница концентрации и химической стойкостью аминоуксусной кислоты в азотной кислоте— верхняя граница концентрации, Увеличение концентрации азотной кислоты выше указанных пределов вызывает постепенное. разложение аминоуксусной кислоты. Введение в состав раствора аминоуксусной кислоты оправдано тем, что в смеси с азотной кислотой в укаэанном соотношении аминоуксусная кислота образует раствор с новыми свойствами. Чистая аминоуксусная кислота в широком диапазоне концентраций и температур ни с никелем, ни с его сплавами с железом и (или) кобальтом не реагирует, В сильно кислой среде биполярный ион аминокислоты превращается в катион, способный двигаться к катоду в электрическом поле. Величина рК1аминоуксусной кислоты равна 2,34, Аминоуксусная кислота значительно более сильная кислота, чем уксусная, для которой рК = 4,3.

Благодаря этому смесь, содержащая аминоуксусную кислоту, наряду с ингибирующим действием, в кислой среде вызывает равномерное травление поверхности деталей из железоникелевых сплавов. Нижний предел концентрации аминоуксусной кислотьгв растворе ограничен тем, что дальнейшее снижение концентрации приводит к растравливанию поверхности деталей из железоникелевых сплавов. Согласно экспериментальным данным неизменность шероховатости поверхности деталей из указанных сплавов при одинаковом (оптимально 2 мин) времени травления сохраняется при соотношении концентрации компонентов в пределах,мас,%.

Азотная кислота (у = 1,40 г/см ) 55-65

Аминоуксусная кислота 5-8

Вода Остальное

Верхний предел концентрации аминоуксусной кислоты ограничен повышением выделения тепла, разложением при этом аминоуксусной кислоты и аномальным растворением металла. Необходимость удаления заусенцев с поверхности изделий при сохранении геометрических и точностных параметров прецизионных деталей с полем допуска 5 мкм на сторону известна. Создание микрошероховатости поверхности изделий при атом и исключение химического полирования поверхности вызваны необходимостью последующего склеивания деталей, например склеивание пластин в пакеты. В то же время глубокое растравливание поверхности вызывает искажение геометрических размеров деталей, а именно толщины.

Глубина протравленных пор на деталях с шероховатостью zBß равняется 80 мкм, (), q40 (q4) — 40 мкм, PЯ (р5) — 20 мкм, Наличие такой пористости на поверхности

1742355

10 склеиванием) пластины термически оксиди- 15 т руют для создания гарантированной элект- и роизоляции пластин между собой в пакетах с роторов, статоров электродвигателей, датчиков и т.д. На термически оксидированных т поверхностях деталей с высокой шерохова- 20 т тостью (R z8Ý вЂ” В 2Д) при незначительных на- в грузках наблюдаются сколы (шелушение) и оксидной пленки, Сколы в основном наблю- н даются на острых выступах растравленной О поверхности. При сборке пакетов из таких 25 и деталей отмечаются случаи расслаивания и дл короткого замыкания между пластинами, с

Проверка адгезии оксидной пленки проводится путем изгибания пластин на по- ч верхности цилиндра диаметром 10 мм. Ско- 30 б лы (шелушение) оксидной пленки íà х поверхности пластин с шероховатостью м

0 8Я (77)-0 2Я(p9) и ниже не наблюдаются. и

Обработке в составе предлагаемого н раствора подвергаются следующие марки 35 р железоникелевых магнитомягких сплавов: н

79НМ, 50Н, 50НХС, ЗОНХС.. с

В табл. 1 представлены данные о хими- и ческом составе исследуемых сплавов со- н гласно ГОСТУ. 40 м

На всех деталях, изготовленных из этих с сплавов (табл.), достигнут положительный н результат. ко

В табл. 2 приведены примеры использо- о . вания предлагаемого состава раствора для 45 ли травления пластин, вырубленных штампов- ст кой и шлифованных по плоскости из листо- ра вого материала наиболее важных марок сплавов 79НМ и 50 Н. р

Исследование эффективности предла- .50 и гаемого раствора на других марках сплава ра (50HXC и 80НХС) проводят в оптимальном ях составе реактива — раствора. Исходная ше- (и роховатость поверхности отобранных для . те эксперимента пластин находится в преде- 55 лах (,8Я (77) — (2Р (9). Пластины имеют форму диска диаметром 25 мм с централь- та ным отверстием диаметром 1,0 мм. Толщи- пр на пластин равна 0,135 0,005 мм. Длина вь заусенцев отобранных пластин находится в аз деталей (особенно тонких пластин толщиной порядка 120-150 мкм) из железоникелевых магнитомягких сплавов определяет истинную толщину деталей, отличную от замеряемой при помощи мерительных инструментов нередко на 15-50%. Уменьшение истинной толщины деталей вызывает возрастание коэрцитивной силы (по сравнению с заданным номиналом), Увеличение коэрцитивной силы вызывает увеличение электрических потерь при работе на переменном токе и уменьшение магнитной проводимости при работе на постоянном, токе.

Кроме того, после травления (перед пределах 40 — 50 мкм. Шероховатость поверхности деталей определяют при помощи профилографа-профилометра модели 253 с чувствительностью до 0,025 мкм, Равномерность травления определяют путем сравнения толщин деталей до и после травления в трех заданных точках. у краев пластины и на расстоянии 6 мм от наружного края пластины. Оценка разнотолщинности производится при помощи микронного индикатора с ценой деления 1,0 мкм. Травление пластин в предлагаемом растворе проводят при комнатной температуре. На каждый эксперимент используют не менее рех деталей. Время травления фиксируют осле полного удаления (стравливания) зауенцев, Анализ результатов, приведенных ь абл. 2, оказывает, что предлагаемый рас вор по сравнению с известным обеспечиает сохранение размеров изделий в ределах поля допуска 5 мкм и равномерую шероховатость поверхности в пределах

80 (7)-(2Д (79) в процессе травления ластин до полного удаления заусенцев иной 40 — 50 мкм за 1,5 — 3.0 мин (техничеки удобное время), Изделия (пакеты статоров, роторов, датиков и т.п,), собранные из пластин, обраотанных в предлагаемом растворе, арактеризуются повышенными магнитн=;— и свойствами (повышенной магнитной роницаемостью и пониженной коэрцитивой силой). Это связано с тем, что состав аствора позволяет равномерно по поверхости и на малую глубину (не более 5 мкм) травливать наклепанный наружный слой с ластин, обеспечивая при этом стравливаие заусенцев длиной до 50 мкм. Достигаеый в готовых изделиях эффект согласуется данными ряда исследователей, что сниже- ие магHNTHoA проницаемости, повышение эрцитивной силы и потери на гистерезис бусловлены резким наклепом поверхности стов материала малой толщины, не полноью устраняемым окончательной термообботкой, Полученный реактив — раствор характеизуется простотой состава, приготовления использования. Разработанный реактив— створ опробован в лабораторных условина производственных партиях пакетов о 30-35 пластин в пакете) и дал положильный результат.

Формула изобретения

Раствор для химического травления меллов группы железа, преимущественно ецизионных изделий из железоникелеIx магнитомягких сплавов, содержащий отную кислоту, органическую кислоту и

1742355 воду, отличающийся тем, что, с целью обеспечения удаления заусенцев длиной до

50 мкм с поверхности изделий и ри сохранении размеров изделий в пределах поля допуска 5 мкм на сторону и равномерной шероховатости в пределах 0,80 (v7 2+gq9), он в качестве органической кислоты содер10

Таблица 1

П р и м е ч а н и е, Не показаны добавки и примеси серы, фосфора, углерода.

Та бли ua 2

Неравно" норность травления, нкм

Состав раствора (концентрация, насА) 1оорохооатрсть по-.. верхности

Икряная) После tpos) помня .. ° ....

0>20 Н 40 . 20 д (>19) (04 ) Время травления,иим

Глубина травления нкн

Примечание

««

0 5

Травление проводилось пги 22 С

7-10

l0 l5 17 Травление проводилось прн 50 С о

О 1 0 80 0 20 (o7) (o9) Уксусная кислота (f «l>05) 250 ил/л

Сплав 50Н

25 4-5 Трво:1онир проводилось при 22 С, ОС45 Нт40 (o8) (сЧ

0,4

01 080 020 (тд7) (>79) Прадлагооммд сплав 79НИ

2 5-3 0,40 0,40

«« «

15 20-23 Травление проводилось при 50 С

55 0

Азотная кислоте ($ 1,4)

Аииноуксусная кислота

23 +1,0

Ровная матовая поверхность

5,0

Остальное

Вода

Лзотиал кислота (f ),1ь)

AH«HoóHcócHoH кислота

Вода 2>5 3 0,40

55,0

6,5

Остальное

2 3 «I 0

То ко

55 ° О

8,0

2,5-3 0,40 0,40 тххх

Азотмал кислота (f 1,4)

Аниноуксусиая кислота

2 3 т1>0 н

Вода

Азотная кислота (f I,4)

Аммноуксуснал кислота

Остальное

60,0 2,0 2,5 0,20 0,20

«ъ

2-3 +1,0

5,0

0,20 ь«х «

Вода

Азотнвл кислота (>2 1,4)

Анииоуксусная кислота

Остальное

2-3 о1,0 Ровная натовая поверхность

60>0

6,5

2-2,5 0,20 «"

Оптимальный состав

Вода

Азотная кислота (g 1,4)

Анииоуксусиал кислота

Остальное

2-2,5 0,20 0,20

60,0

8 ° 0

2-3 21 О

Ровная матовая поверхность

Вода

Азотная кислота ()t «1,41)

Р>ио>оуксусмая хиспота

Остальное

65 0

5,0

1,5-2 0,20 . 0,20 « ,3-4 21 >g

Остальное

65,0

6,5

Остальное

3-t tl,о

1,5«2 0,20 0,20

5«2 О 20 О 20

65>0

8,0

3-4 3:I,О Ровная матовая поверхность,Хлорное келооо

Азотнвл кислота (g «1,41), Уксусная кислота ()) «I 05)

Хлорное мелево

Азотмал кислота (t I 41) Хлорное волево

Азотмал кислота (I(«1,41)

Уксуснал кислота () «1,05)

Хлорное велозо

Азотнал кислота (g l 41)

Уксусная кислота () «1,05) Вода

Азотная кислота () «1,4)

Аимноуксусная кислота

Воде

Азотная кислота (f «1,4)

Фмммоуксуснал кислота

470 г/л

250 ил/и

250 м>ядл

470 г/и

250 млlп

470 г/и

250 мл/л

250 нп/п

470 г/I>

250 нл/л

250 нл/л жит аминоуксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. 4:

Азотная кислота (у= 1 4 r/cMÇ) 55-б5

Аминоуксусная кислота 5 — 8

Вода Остальное

1742355

Нродоляение табл.2

Нрсвтемание

Ивроловагость по-. ееокности

Состав раствора (йонкентракив, мас,2) Остальное

Вода.Известнмй сплав 79НН

Азотная кислота () «1,4) 55,0

2-2 5

2-3 +I 0

То яе

Аминоуксусная кислота 5,0

Вода

Аэотнав кислота ($ «l,4) Остальное (Чб) (ЧВ).

2-3 +1,О

55,0

Аминоуксуснав кислота 6,5

Остальное

1, 5-2, О фз 40 О, 49 (ЧЙ (Чо) 2-3 +1,0 н

55,0

Аминоуксусная кислота

Gi0

Остельмсю

Вода

Азотная кислота (1 I 4) 1,0" 1,5 0,40 0 1,0 (06) (че) 3-4 н

G0,0

>„0

Яниноуксусная кислота

Остальное

Вода

3-4 З.1,0 Ровная матовая поееркность

1 2"1 0,40 0,40 ,5

Ipu) (Чо) Азотная кислота («1,4) 60,0

6,5

Оптсетальнмм состав

Аминоуксусная киссюта

То ме

Остальное

Вода

Азотная кислота () 1,4) 60,0

l,5-2 ° О 0,40 0,4Я

u0) (ЧВ) 3-4 +1.0

Аминоуксуснав кислота G,0

1,0-1,2 0,40 0,40 (ЧВ) (Чс) Вода

Азотная кислота ()с 1 4) 0 с т а л ь н ос

4-5 61 О

65,0

5,0

Аминауксусная киссюта

Остальное

Вода

4-5 +1,0

0,40 (ve) 1,0" 1,5 з(с 490 (ЧВ) 1

Азотиав кислота (| -1,4) 65 0

6,5

Аниноуксусная кислота

Вода Остальное

Азотная кислота (Т «1,4) 65,0

4-5 Ы,0

1,2-1, 5 1 440 О, 4Я (v8) (чб) Ровная матовая поверхность

Аминоуксусная кислота G,О

Вода

Остальное травление сплава. 50нхс в оптимальном составе предлагаемого раствора

Азотная кислота (g «I,4) 60,0

Аммноуксусмая кислота 6,5

3-4 + 1,,0

3,0 0 ° 20 2200

Ровная матовая поверлность

Вода

Остальное

Травление сплава

Азотная кислоте (f 1,4) 60,0

Аииноуксусная кислота 6,5

G0IIXC ° оптималь!сом составе предлагаемого рестеорв

35 020 020

2-3 + 1,0

Ровная матовая поаерютость

Остальное с

Составитель Т.Гугнина

Тех ред М.Мо ргентал Корректор M.Äåì÷èê

Редактор И,Шулла

Заказ 2263 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагаоина. 1!)1

Вода

Азотная кислота ((«1,4) Время травленил мин

Иходная1 после травJ ленив

Сплав 50Н чо) (ч6) Глубина травления мкм

Нсраямомерность траяления, икн