Электролит для электрохимического маркирования стальных изделий

 

Использование: для электрохимического маркирования изделий из легированных и инструментальных сплавов. Сущность изобретения: в электролит на основе нитрата натрия дополнительно введен З-окси-3- метилбутилформиат при следующем соотношении компонентов, мае. %: азотнокислый натрий , З-окси-3-метилбутилформиат 1,0-2,5, вода - остальное. 1 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s В 23 Н 3/08

ГОСУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4900586/08 (22) 09,01,91 (46) 30.08.92. Бюл. ¹ 32 (71) Производственное объединение "Тульский оружейный завод" (72) А.С. Мощев, Б.И. Богомолов, А,Ю, Петров, Б.Л. Шелиспанский и M,Â. Щуплов (56) Артамонов Б.А., Вишницкий А,Л., Волков Ю.С., Глазков А,В. Размерная электро- .. химическая обработка металлов. М.:

Высшая школа, 19?8, с. 274, Изобретение относится к составам электролитов для злектрохимического маркирования (ЭХМ) преимущественно изделий из легированных и инструментальных сталей.

Известны электролиты для ЭХМ и клеймения на основе 5 — 15%-ного раствора хлорида натрия.

Недостатком данного состава электролита является невозможность получения четкого, контрастного изображения из-за растравливания кромок маркируемых знаков.

Лучшие результаты получаются при использовании электролита, содержащего

10% нитрита натрия; 2; 0 гидроксиламина гидрохлорида и 3% сульфосалициловой кислоты.

К недостаткам данного состава электролита следует отнести низкую производительность процесса обработки, особенно при глубоком маркировании, и образование трудносмываемого темного ореола вокруг маркируемого отпечатка из-за использова, ЬЫ, 1757797 А1 (54) ЭЛЕКТРОЛИТДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО МАРКИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: для электрохимического маркирования изделий из легированных и инструментальных сплавов. Сущность изобретения: в электролит на основе нитрата натрия дополнительно введен 3-окси-3метилбутилформиат при следующем соотношении компонентов, мас. %: азотнокислый натрий 10-15, 3-окси-3-метилбутилформиат 1,0-2,5, вода — остальное, 1 табл. ния в его составе нитрита натрия, а также повышенной токсичности из-за наличия гидро ксиламина гидрохлорида и сул ьфосалициловой кислоты, Повысить точность изображения и контрастность знаков позволяет состав электролита, содержащий 7,5 — 9,5% нитрита натрия; 2,5 — 4,5% нитрата натрия; 0,5 — 0,9% триэтаноламина и соль магния B количестве

1,1 — 1,5%. Положительный эффект при использовании вышеуказанного электролита достигается за счет наличия в его составе магниевой соли, Однако, наличие в электролите нитрита натрия и малое содержание нитрата натрия не позволяет достичь максимальной производительности и чистоты отпечатка, что ""обенно важно при глубоком маркирова ии (до 0,15 — 0,25 мм), Известен состав многокомпонентного электролита для ЭХМ, содержащий 1,6-2% хлорида натрия; 0,12 — 0,2% перманганата калия; 2,4 — 2,8% бромида калия; 5,8 — 6,3% нитрата натрия; 0,04 — 0,06% иода и 8 — 20% глицерина.

1757797

Повышение качества мелких маркировочных знаков и устойчивости слоя наносимой информации достигается за счет

:!спользования в его составе глице!ина, Однако, препятствием к широкому применению электролита являются его дороговизна, малая стабильность из-за наличия в составе перманганата калия, повышенная коррозионная активность и токслчность изза присутствия иода.

Известен электролит для маркирования и клеймения деталей из углеродистых и легированных сталей на основе 10%-ного водного раствора азотно!.ислого натрия.

Повышение производительности процесса и высокая точность изображения маркируемых знаков достигается за счет увеличения содержания нитрата натрия до 10%.

Однако, использование данного электролита при глубоком маркировании не позволяет достичь максимальной производительности процесса, поскольку с ростом межэлектродного зазора при 3ХМ профиль формируемых знаков заполняется шламом, трудноудаляемым даже при повышении скорости прокачки электролита до

10 — 12 м/с, Кроме того, на обрабатываемой детали вокруг отпечатка образуется ореол темного цвета, прочность ко орого возрастает с ростом глубины маркирования,,Г,.!!я удаления o peor а требуются,1опол нительные операции.

Целью изобретения являегся повышение производительности процесса маркирования, достижение высокой !истоть! обработанной поверхности и контрастности получаемого изображения при отсутствии ореола вокруг отпечатка, Для достижения указанной цели в электролит на основе водного раствора азстнскислого натрия дополнительно введен

3-окси-3-метил бутилформиат (сокращенно:

ОМБФ) (СНз)гС(ОН)(СНг)гОС(0)Н при следующем соотношении компонентов, мас„%. нитрат натрия 10 — 15; 3-окси-3-метилбутилформиат 1,0 — 2,5; вода остальное.

Положительный эффект может быть обусловлен увеличением скорости сьема металла путем образования на аноде ионра- дикалов, инициирующих протеканле реакций образования водорастворимых металлоорганических соединений;склонностью органической добавки к образованию растворимых металлокомплексов с продуктами анодного растворения обрабатываемого металла, что наряду со снижением шламосодержания электролита предотвращает также образование темного ореола вокруг маркируемого отпечатка.

На анодной поверхности, очевидно, протекают две параллельные электрохимические реакции: прямое окисление железа впсстанавливающимся хлором с образова5 нием двухвалентной соли

2CI + Fe — Ре +2СГ+2e и его радикальное окисление с образовани10 ем водораствооимого метзллокомплекса по схеме

w0a — ЫОз+ е;

15 (СНз)гС(ОН)(СНг)гОС(О)Н + !"!Оз (СНз)гС(ОH)(CНг)гОСО + HNО„"";: (СНз)гС(ОН)(СНг)гОСО + Fe +

+ О + НгО - ((СНз)гС(ОН)(СНг)гОСО)г х

x (FeCI) НгО

25 В электролитах, представляющих собой чистый водный раствор неорганических солей щелочных металлов (например, нитрата натрия), образование взвешенного LLjëàë à происходит из-за связывания ионов металn+

30 ла Me cc скапливающимися у анода ионами глдрсксила ÎH с образованием и дрооксидов Me(GH)!.

В присут-.:твии же 3-окси-3-метилбутилформиата в нлтратной среде переходящие в раствор ионы металла Mie" образуют с молекулами 3-окси-3-метилбутилформиата водорастворимые комплексные металлоорганические соединения с донорно-акцептсрным тлпом связей,,10 Для ионов железа Fe этот процесс г+ можно иHTepflpeT_#_pQ88òü слсдую!! Gi cx;".г".ой:

СС!О!Н+г !! + 0

СН Н Н О, НСз 3 Н Н С!.з! .ф а б, „. ! !

- Н С-С вЂ” С вЂ” C-0-С Fe Fe С- . -С-С-С-Cl-:..;, ; ! !

ОН Н Н Н NO NO >. 0 Н V НСН

Возможность образования металлоКОМПЛЕКСОВ таКОГО ВИда ОбъяСНяЕтся тЕМ, что в молекулах ОМБОС на кис.,сроде в карбонильных группах :: О создается избыток электронной плотности, взаимодействующей со свободными орбиталями б-элементов, к числу которых как раз и ! ринадлежит боль,инство элементов, являющих я основными компонентамл оольшинс-за углеродv!còûõ и легированных

1757797 сталей: железо, хром, никель, молибден, марганец и др.

Известно применение ОМБФ в качестве экстрагента ароматических углеводородов.

В предл" аемом,составе электролита не используют.я свойства ОМБФ как экстра-гена ароматических углеводородов.

Приведенные патентные исследования показали, что не известно применение в электролитах для ЭХМ ОМБФ в качестве добавки, склонной в среде, содержащей анионы МОз, к образованию комплексов с ионами растворяющегося металла и тем способствующей снижению шламосодержания электролита, что, в свою очередь, повышает производительность процесса маркирования и способствует достижению высокого качества маркируемой информации, Не известно также применение ОМБФ в качестве органической добавки в электролиты для злектрохимической обработки, Для проверки эффективности предлагаемого электролита были проведены его тех- 2 нологические испытания в процессе ЭХМ образцов из сталей марок 30ХРА, 50РА, ЗОХН2МФА, У12, Р6АМ5 при различных концентрациях составляющих электролит компонентов(см, акт испытаний от18октября 1990 г )

Режим обработки: напряжение — 10 и 15

В; расход электролита 20 — 22 л/мин; температура электролита — 25 + 5 С; время обработки — 1 мин, 3

Рассмотрим конкретные примеры приготовления электролитов.

Пример 1, Готовят электролит, растворяя в 50 л подогретой до 30...35 С водопроводной воды 7 кг азотнокислого натрия 4 и 0,5 кг ОМБФ, доводя объем раствора до

100 л. В полученном электролите маркируют стальные прямоугольные пластинки размерами 20х10х2 мм при напряжении 10 В и общей площади маркирования 15 мм . При пропускании тока в течение 1 мин глубина

4 снятого слоя составляет 0,13 мм, что на 3,8% больше, чем в электролите, не содержащем

ОМБФ, при снижении удельного шламосодержания с 7,6 до 4,4 г/л. На обрабатывае- 5 мой поверхности вокруг маркируемого изображения присутствует ореол светло-серого цвета.

Пример 2, Готовят электролит, растворяя в 50 л подогретой до 30-35 С водопроводной воды 10 кг NBN03 и 1 кг ОМБФ, доводя объем раствора до 100 л. В полученном электролите маркируют стальные прямоугольные пластинки. При пропускании тока в течение 1 мин глубина снятого слоя составляет 0,290 мм, что на 19,3% больше, чем в электролите, не содержащем ОМБФ, при снижении удельного шламосодержания с 7,6 до 1.,45 г/л. На обработанной поверх5 ности вокруг маркируемого изображения, в отличие от электролита без добавки ОМБФ, отсутствует ореол темно-серого цвета.

Пример 3. Готовят электролит, растворяя в 50 л подогретой до 30 — 35 С водо10 проводной воды 13 кг йаИОз и 2 кг ОМБФ, доводя объем раствора до 100 л. В полученном электролите маркируют стальные прямоугольные пластинки. При пропускании тока в течение 1 мин глубина снятого слоя

15 составляет 0,335 мм, что на 37,8% больше, чем в электролите, не содержащем OMEC, при снижении удельного шламосодержания с 7,6 до 1,2 г/л. На обработанной поверхности вокруг маркируемого изображения, в от2р личие от электролита, не содержащего

ОМБФ, отсутствует ореол темно-серого цвета, Пример 4. Готовят электролит, растворяя в 50 л подогретой до 30 — 35 С водопроводной воды 15 кг МаМОз и 2,5 кг ОМБФ, доводя объем раствора до 100 л. В полученном электролите маркируют стальные прямоугольные пластинки. При пропускании тока в течение 1 мин глубина снятого слоя составляет 0,385 мм, что на 58,4, больше, чем в электролите, не содержащем ОМБФ, при снижении удельного шламосодержания с 7,6 до 1,1 г/л, Вокруг маркируемого изображения также отсутствует ореол темносерого цвета, Пример 5. Готовят электролит, растворяя в 50 л подогретой до 30;Ä35 С водопроводной воды 20 кг йайОз и 3,5 кг ОМБФ, доводя объем раствора до 100 л, В полученном электролите маркируют стальные прямоугольные пластинки. При пропускании тока в течение 1 мин глубина снятого слоя составляет 0,28 мм, что на 15,2% больше, чем в электролите, не содержащем ОМБФ, при снижении удельного шламосодержания с 7,6 до 1,5 г/л. Вокруг маркируемого изображения также отсутствует ореол темносерого цвета, Количественные данные по глубине обработки и удельному шламосодержанию электролита приведены для стали мар ;1

ЗОХН2М ФА.

Результаты испытаний представлены в таблице, Проведенные исследования показали, что с позиций повышения производительности процесса ЭХМ при получении чи ..-.оть: обработанной поверхности не хуже, чем по- сле обработки на электролите-прототипе и высокой контрастности знаков мгркируе1757797

Составитель Я,Мощев

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор Н.Кешеля

Заказ 2958 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.Гагарина, 101 мой информации, наиболее оптимальным является электролит следующего состава, мас.%: нитрат натрия — 10...15; ЭМБФ—

1,0„,2,5; вода — остальное, Формула изобретения

Электролит для электрохимического маркирования стальных изделий, преимущественно из легированных и инструментальных сталей, на основе водного раствора азотнокислого натрия, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса и получения высокой чистоты обработанной поверхности, в его ..состав дополнительно введен 3-окси-3-ме5 тилбутилформиат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Азотнокислый натрий 10-15

3-0 кси — 3 — метил бутилформиат 1,0 — 2,5

10 Вода Остальное