Рабочая среда для электрохимикомеханического полирования сталей

 

Использование; обработка преимущественно высоколегированных коррозионностойких сталей. Сущность изобретения рабочая среда на основе суспензии окиси хрома в водном растворе нитрата натрия дополнительно содержит полиоксиэтиленполиоксипропилен,,М -тетра-(2-оксипропил)- 1,3-диаминопропанол-2 и глицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%: нитрат натрия 10-15; окись хрома 10-15; полиоксиэтилен-полиоксипропилен,М,М -тетра-(2-оксипропил)- 1,3-диаминопропанол-2 1 0-3,5; цис-1-0-(1-этил)-глицерин 0,5-1,5; вода - остальное, 1 табл,

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 Н 3/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (21) 4841557/08 (22) 19.06,90 (46) 23.08,92. Бюл. М 31 (71) Производственное обьединение "Тульский оружейный завод" (72) A,С,Мошев, Л.M.Ïëàòoíîâ, Б.И,Богомолов, А.Ю.Петров и Б.Л.Шелиспанский (56) Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. /

Под ред. В.А. Волосатова. — Л.; Машиностроение, 1988, с,179-182. (54) РАБОЧАЯ СРЕДА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИКОМЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ

СТАЛ ЕЙ

Изобретение относится к области комбинированной электрохимикомеханйческой обработке, а именно к составам рабочих сред для электрохимикомехайического полирования (ЭХМП) преимущественно .высоколегированных коррозионно-стойких сталей.

Известен водный состав электролита для электрохимикомеханической доводки деталей из алюминиевых сплавов, содержащий, мас,%: нитрат натрия 1 — 2; глицерин

1,0-1,5: виннокислый кислый натрий 0,51,0; окись хрома 10-15.

Известен также состав электролита для абразивно-электрохимического суперфиниширования стальных детале ЭНИМС-1, содержащий, мас. : нитрат натрия 5-6; глицерин 1-2; нитрат натрия 0,4-0,5; карбо- нат натрия 0,4-0,5.

Повышение чистоты обрабатываемой поверхности при использовании первбго электролита достигается за счет применения в его составе кислого виннокислого на- (57) Использование: обработка преимущественно высоколегированных коррозионностойких сталей. Сущность изобретения: рабочая среда на основе суспензии окиси хрома в водном растворе нитрата натрия дополнительно содержит полиоксиэтиленполиоксипропиленЦИ -тетра-(2-оксипро-! пил)- 1,3-диаминопропанол-2 и глицерин при следующем соотношении компонейтов, мас,%: нитрат натрия 10-15: окись хрома

10 — 15; полиоксиэтилен-полиоксипропиленЯМ -тетра-(2-оксипропил)-1,3-диаминопропанол-2 1,0 — 3,5, цис-1-0-(1-этил)-глицерин

0,5 — 1 5; вода — остальное. 1 табл, трия, обладающего комплексообразующими свойствами, при использований второго — за счет совместно ис поль з уемых глицерина, карбоната и нитрита натрия, значительно повышающих избирательность и локализирующую способность электролита. а

К недостаткам электролитов приведенных составов следует сйнеГги невозмож- у ность достижения приемлемых показателейпо производительности процесса ЭХМП и качеству обработанной поверхности вследствие малои концентрации нитрата натрия и наличия нитрита натрия, обладающего (Л резко выраженными и ассивир ующими свойствами.

Производительность и качество обработки повышаются при увеличении содержания нитрата натрия в электролито-абразивной суспензии до 8 .

Однако для получения низкой шероховатости полированной поверхности (0,05 мкм) необходимо, чтобы шероховатость исходной поверхности не ripeàûøàëà 0.2 — 0,.4

1756045 4 мкм. В противном случае требуется введе- ем отражательной способности обрабатыние дополнительной операции чернового ваемой поверхности вследствие обраэоваЭХМП с использованием более высокой ния на аноде . ион-радикалов, концентрации нитрата натрия в рабочей способствующих увеличению числа активсреде и применением абразивных материа- 5 ных функциональных групп в молекулах орлов повышенной зернистости; гэнических добавок, приводящему к росту

Получение поверхности высокого каче- ингибиторных свойств последних; склонноства достигается при прбведенйи операции стью органических добавок к образованию по снижению шероховатостис Ra 1,25 мкм растворимых аквакомплексов с продуктами до Rz 0,05 мкм в двэ перехода: на первом — 10 анодного растворения обрабатываемого в качестве абразивного материала исполь- металла; адсорбцией на анодной поверхноэуется электрокорунд марок M 28 — М 14, 24 сти оргайическйх добавок, обусловленной

А; на втором - окись хрома СгОз. В качестве наличием в структуре последних гидроэлектролита применяется 15оь-ный водный — ксильных; амино - и других функциональных раствор нитрата натрия. : " 15 групп, улучшающей смачиваемость обраба Однако достижение низкой шерохова- тйваемой поверхйости и облегчающей дистости при выеоком качестве обработанной " пергирование при механическом поверхностй данный способ ЗХМП обеспе- воздействии образующихся на анодной почивает лййь при" значительйых"затратах верхности пленок, что облегчает и интенсивремени обработки, составляющих около 20 фицирует процесс ЭХМП.

1,8 — 2,2 ч на полирование 1 м обрабатывае- На анодной поверхности при ЭХМП момой поверхности, ...... " жет протекать процесс окисления цис-1-0Целью изобретения является повыше- (1-этил)-глицерина: ние производительности процесса ЭХМП HzO - Н + НО + e; высоколегированных коррозионно-стойких 25 сталей прй сохранении низкой Шероховато- 2 !! 2 сти и высокой чистоты обрабатываемой по- QgQg C-Н! -(- 2/O н-г) - верхности, ., ..! .

Для достижения указанной цели в раба- CH 0H C Hg . СК2 OH GgH5 чую среДу на основе суспензии окиси хрома 30 в водном рэстворенитратанэтрйядополнительно Анализ представленной схемы позволяii6pp(- ((. т(олиоксиэтилен-полиоксипропилен,N,N - ет установить, что кислотйые свойства обра( тетра- (2-оксипропил}-1,3-диаминопропанол-2 зующегоСя пройзводного многоатомного (ППТОДП)общейформулы . спирта благодаря наличию вмолекулечеты35 рех ОН-групп выражены значительно силь-" "1 "-снг-"; — нее, чем у глицерина, что и обуславливает

А-ОСН((Н C)HC (CH(CH jCHzo-А получение при работе на рабочей среде йре,цлагаемого состава более"высокого по где А- сн нОМс(+сн1О1(при и ==3...5; m =15..;20; сравнению с известными электролитами ка40 чества обработанной поверхйости.

В рабочих средах нэ основе суспензии и цис-1О(1-этил)-глицерин формулы CHzo(cHjic,H, абразива в водном растворе нитратов щеснон лочных металлов, обладающих, таким обра "г ". зом, пассивирующими "свойствами, при следующем соотношении компонентов, 45 образование взвешенного Шлама происхомас. Д: йа(ч

1,0 — 35; цич-1-0-(1-этил)- глицерин 0,5-1,5; ром, " трущимся- о поверхность вода — остальное. обрабатываемой детали; труднораствориПоложительный эффект может быть" мых продуктов анодного растворения, в особусловлен сокращением времени, ээтра- 50 новном представляющих собой чивэемого на достижение треб jåìîé шеро- гидрооксиды металлов Me(OH)n. ховатости поверхности, за счет добавок В присутствии органических добавок в органических веществ, способствующих нитратной среде возможно Связывание пе формироаанию прианодного слоя ", йозволя- реходящих в раствор ионов металла с молеющего сделать более равномерным раство- кулами органической добавки рение всех фаз обрабатываемой стали, 55 образованием растворимых аквэкомплекспричем благоприятное действие добавки ных соединений. как ингибитора процесса ионизации метал- Для ионов железа Fe и ППТОДП этот ла энодной поверхности сопровождается процесс, очевидно, можно представить слеувеличением съема последнего: повышени- дующей схемой;

0CHg(HgC)HC,, ((13 С Р A 3+

,г 2 2

Б-CH — СН-СН -И + 2Fe +10Н О+ 6N0>

0CH>(Нz<) С Он ... CH(М ((гО A

6+ (н,о),г (л-осн,(н,с)нс1,х-сн,сн(онкнр(си(сн,1сн,о-A),ге(н,о1) вно, Возможность образования таких аква- образные образцы, полируемые по поверхкомплексных металлорганических соедине- 10 ности шляпки диаметром 5 мм, изготовленний катионного типа обуславливается теМ, ные из стали 20Х17Н2 или 08Х17Т. Подачу что в третичной аминогруппе и < на азоте рабочей жидкости в зону обработки осущесоздается избыток электронной плотности, ствляют поливом. После пропускания тока в взаимодействующей со свободными орби- течение 25 мин минимально достйжимая на талями переходных d-элементов, являю- 15 данном составе рабочей среды шероховащихся основными легирующими тость поверхности составила Ra 0,175 мкм. компонентами большинства сталей и спла- Это свидетельствует показателю относивов: хром, никель,марганецит.д.. тельного сглаживайия неровностей ЛRa =

Совокупность результатов рассмотрен- =86% (исходная шероховатбсть Ра 1,24 ных схем взаимодействия:органических до- 20 мкм), что на 2,3 jL выше, чем при ЭХМП на бавок с компонентами рабочей среды; . известной. Обработанная поверхность маметаллом анодной поверхности и друг с дру-. товая с сероватым оттенком. гом ведет к увеличению производительно- Пример 2. Готовят рабочую среду, сти процесса ЭХМП при гарантированном растворяя при перемешивании в 5 л водополучении низкой шероховатости и высоко- 25 проводной воды 1 кг ЙаКОз, 0,1 кг ППТОДП го качества обработанной поверхности, и 50 г цис-1-0-(1-атил)-глицерина, После расИзвестно примененйе ППТОДП длй - творения компонентов довоДят объем расобезвоживания и обессоливания нефти. твора до 10 л, вводя в него 1 кг СгООз при

В предлагаемом составе рабочей среды условиях, указанных в примере 1. В этом для ЭХМП не используются свойства 30 составе обрабатывают Т-образные образцы

ППТОДП как вещества для обезвоживания, по поверхйости шляпки. После пропускания и обессоливания нефти, тока в течение 23 мин шероховатость обра. Для проверки эффективности рабочей ботанной поверхности состайила Re 0,045 среды предлагаемого состава были прбве-" мкм при исходной шероховатости Ra 1,24 дены ее технологические испытания в npo - 35 мкм. Это соответствует nîêàýaòåëþ относицессе ЭХМП образцов из нержавеющих тельного сглаживания неровностей A Ra = сталей марок20Х17Н2 и 08Х17Т при различ- =96,4%, что на 13 j(, выше, чем.при ЭХМП на ных концентрациях составляющих рабочую известной и рабочей среде без органичесреду компонентов. Режим обработки: ских добавок, Обработанная поверхйость плотность тока 0,3 — 0,35 А/см; напряжение 40 блестящая, г.

8-10 В; расход рабочей жидкости 22 л/мин;. : . Пример 3. Готовят рабочую среду, скорость вращения стола 120 об/мин; ско- растворяя при перемешивании в 5 л водорость вращения водила рабочей головки 70 проводной воды 1,3 кг МаИОз. 0.25 кг дв.ходов/мин; удельное давление прижима ППТОДП и 0,1 кг цис-1-0-(1-этил -глицерина. головки к образцу 15...20 кПа, температура 45 После растворения компонейтов доводят рабочей среды 20+5 С .:::: объем раствора до 10 л, вводя в него 1,3 кг

Пример 1. Готовят рабочую среду, СгрОз при условиях, указанных в примере 1, растворяя при перемешивании в 5 л водо- - В этом составе обрабатывают Т-образные проводной воды 0,8 кг азотнокислого на- образцы по поверхности шляпки. После трия, 80 г ППТОДП и 40 г- 50 пропусканиятока втечение17мин шерохоцис-1-0-(1-этил)-глицерина. После растворе- ватость обработанной йоверхности состания компонентов доводят объем раствора вила Ra 0,02 мкм при исходной до 10 л, одновременно вводя йебольшйми шероховатости Ra 1,23 мкм, что соответстпорциями при интенсивном перемешива- вует показателю относительного сглаживании 0,8 кг порошка окиси хрома. Для пред- 55 ния неровностей hRa = 98,3 g,, Это на отвращения осаждения абразива на дно 14,5% выше,чем при ЭХМП на известной,и ванны в процессе ЭХМП производят посто- на 11% выше, чем при использовании рабоянное перемешивание суспензии сжатым чей среды без органических добавок. Обравоздухом. В этом составе обрабатывают Т1756045

1,0 — 3,5

0,5 — 1,5

Остальное

Относительное сглаживание неровностей Д Ка, X

10ероховатост ь поверхности сталей Ra, мкм

Внешний вид обработанной по-. верхности

Время о6работки до полу" чения минимальной шерохова" тости, мин

Цис-1"

0- (1- . зтил)глицерин

И10 пптодп

Сг, 01

NaNO

Исход- После ная ЭХМП

8о

78,8

78,5 .76,5

74,7

74

72,8

72,5

70,5

69

68,7

68,8

68,5

66,5

0,4

0,5

1,О

1,5

1,6

1О 1О

1,24

1,23

0,198

0,055

0,045

0,035

o,î4 о,о8 о,16

0,05

O,О2

0,02

0,025 о,о6 l,25 0,125

0,05

0,03

0,021

84

95,5

96,4

97

96,7

93,5

87

96

98.3

98,3

98

96

97,6

98,3

23

21 z4

Зеркально-блестящая по верхность о,8

1,0

2,5

3,5

3,7

13 13

22

zo

19

17

17

19

16

То же

0,4

0,5

1„0

1,5

1,6

0,8

1,0

2,5

3,5

3,7

15 15

0,4

0,5

1,0

0,8

1,0

2,5 ботанная поверхность имеет зеркальный блеск.

Пример 4. Готовят рабочую среду, растворяя при перемешивании в 10 л водопроводной воды 1,5 кг йаМОЭ, 0,35 кг 5

ППТОДП и 0,15 кг цис-1-0-(1-атил)- глицерина. После полного растворения компонентов в раствор вводят 1,5 кг СгОЭ при условиях, указанных в примере 1. В этом составе обрабатывают Т-образные образцы 10 по поверхности шляпки. После пропускания тока в течение 12 мин шероховатость обработанной поверхности составила Ra 0,025 мкм при исходной шероховатости Ra 1,25 мкм, что соответствует показателю относи- 15 тельного сглаживания неровностей Л Ra =

98 . Это íà 14% больше, чем при ЭХМП на известной, и на 8 выше, чем на рабочей среде без органических добавок, Обработанная поверхность зеркально-блестящая. 20

Пример 5. Готовят рабочув" среду, растворяя при перемешивании в 10 л водопроводной воды 1,7 кг НаМОЭ, 0,37 кг

ППТОДП и 0,16 кг цис-1-0-(1-атил)-глйцерина. После полного растворения компонен- 25 тов в раствор вводят 1,7 кг Сг20з при условиях, указанных в примере 1, В этом составе обрабатывают Т-образные образцы по поверхности шляпки. После пропускания тока в течение 20 мин шероховатость обра- 30 ботанной поверхности составйла Ra 0,16 мкм при исходной шероховатости йа 1,23 мкм, что соответствует показателю относи. тельного сглаживания неровностей Ьйа =

=87 . Это на 3,4 больше, чем при ЭХМП 35 на известной. Обработанная поверхность матовая с сероватым оттенком.

Концентрация компонентов в электролите-суспензия, мас. :

Результаты испытаний для интервала оптимальных значений основных компонентов рабочей среды для ЭХМП представлены в таблице.

Анализ полученных результатов позволил установить, что для повышения производительности процесса ЭХМП при сохранении низкой шероховатости и высокой чистоты обработанной поверхности наиболее оптимальной является среда следующего состава, мас. : нитрат натрия

10-15; окись хрома 10 — 15; ППТОДП 1,0-3,5; цис-1-0-(1-атил)-глицерин 0,5-1,5; вода — остальное.

Формула изобретения

Рабочая среда для электрохимикомеханического полирования сталей, преимущественно вь1соколегированных коррозионно-стойких, на основе суспензии окиси хрома в водном растворе азотнокислого натрия, о т л и ч à ющ а я с я тем, что, с целью повышения производительности процесса ичистоты обрабатываемой поверхности, она дополнительно содержит полиоксиэтилен-полиоксипропилен-N,N - тетра-(2-оксипропил)-1,3-диаминопропанол-2 и глицерин, при следующем соотношении компонентов. мас.%:

Азотнокислый натрий 10-15

Окись хрома 10-15

Полиоксиэтилен-полиоксипропилен,N,N -тетра1 (2-окси-пропил)-1,3- диаминопропанол-2

Глицерин

Вода

1756045

Продолжение таблицы

° »

Концентрация компонентов в электролите-суспензия, мас. Ф:

Юероховатость поверхности сталей Ra, мкм

Внешний вид обработанной попптОдп

МайО Cr 0g

Исход- После ная ЭХМП верхности

«»

» »

0,015 98,8

0, 025 ° 98

««

3,5

3,7

1,5 65

1,6 64,7

Известная среда

12

15 10

75 0 32 . 0 05 84

««

Составитель А,Мошев

Техред М,Моргентал

КоРРектоР M,Ткач

Редактор В.Петраш

Заказ 3047 Тираж Подгг1исное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Цис-1О- (1этил), глице-! рин

Относительное сглаживание не

Po8HoC= тей Я Ra, Х

Ерем. обработки до полу" чения минимальной шероховатости, мин

0,8-$ .. Блестя" час на щая по-

1 ми верхповерх- ность йо стй