Способ электрохимического полирования металлов и сплавов

 

Изобретение относится к области электрохимической обработке металлов и сплавов, может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей. Электрохимическое полирование ведут в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2 - 10 А/см². Электролит имеет температуру, равную температуре окружающей среды. Обрабатываемой детали сообщают вибрацию. Амплитуду и частоту вибрации задают, исходя из электрохимических свойств материала обрабатываемой детали. Время одного цикла полирования определяют по формуле: τ = l/v, где l - кратчайшее расстояние от днища ванны до обрабатываемой поверхности детали; v - скорость всплывания пузырьков водорода, определяемая по формуле Стокса. Используемый электролит нетоксичен и дешев, требует минимума затрат на приготовление, прост в приготовлении, не требует подогрева, контроля поддержания режимов электрохимической полировки и очистки. Данным способом можно производить обработку нескольких деталей одновременно, доводка занимает короткий промежуток времени. 1 ил.

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов, в частности к электрохимическому полированию металлов и сплавов, может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей.

Известны способы электрохимического полирования, представляющие собой анодное растворение, приводящее к значительному улучшению микрогеометрии обрабатываемой поверхности (параметр шероховатости от Ra = 0,04 мкм до Rz = 0,025 мкм), высокой степени зеркального отражения (блеска). Электрохимическое полирование проводят как в стационарном, так и движущемся электролите [1].

Недостатком существующих методов является токсичность электролита, а иногда его взрывоопасность и низкая производительность.

Известен способ электрохимического полирования горячекатанной нержавеющей стали, предусматривающий проведение процесса в 10 - 25%-ном водном растворе NaCl при 40 - 80^oC с плотностью тока 0,2 - 10 А/см², располагая латунный листовой катод на расстоянии 50 мм от анода [2]. Недостатком данного способа является низкая скорость и неравномерность процесса электрохимического растворения обрабатываемого материала, что снижает производительность данного метода и ухудшает качество обрабатываемой поверхности.

Задача изобретения - повышение качества поверхности после механической обработки и производительности процесса электрополирования.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе электрохимического полирования, осуществляемом в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2 - 10 А/см², при температуре электролита, равной температуре окружающей среды обрабатываемой детали, сообщают вибрацию, амплитуда и частота которой задается, исходя из электрохимических свойств материала обрабатываемой детали, и время одного цикла полирования определяется по формуле: τ = l/v, где l - кратчайшее расстояние от днища ванны до обрабатываемой поверхности детали; v - скорость всплывания пузырьков водорода, определяемая по формуле Стокса [3].

Это время обеспечивает равномерность съема металла по всей обрабатываемой поверхности детали, что улучшает качество поверхности. Вибрация детали влияет на скорость массообмена, что увеличивает производительность электрохимического полирования.

Предложенный способ поясняется чертежом.

В ванну электрохимической обработки 1 заливается водный раствор поваренной соли 2, деталь 3 устанавливается на расстоянии l от днища ванны, деталь 3 соединяется штоком 4 с источником вибрации 5. Шток 4 соединяется с положительным полюсом источника питания 6, ванна 1 соединяется с отрицательным полюсом источника питания 6. Для электрохимического полирования деталь 3 получает вибрацию от источника 5 частотой f, амплитудой A и подается напряжение от источника питания 6. Время одного цикла электрохимического полирования определяется по формуле τ = l/v, где l - кратчайшее расстояние от днища ванны до обрабатываемой поверхности детали; v - скорость всплывания пузырьков водорода, определяемая по формуле Стокса [3]: где g - ускорение свободного падения; ρ_э - плотность электролита;
ρ_г - плотность газа в пузырьке;
r_n - радиус пузырька водорода;
μ_э - вязкость электролита.

Пример конкретного выполнения.

Обработке подвергались образцы из сплава 32НКД, имеющие шероховатость после механической обработки Ra ≈ 3,2 мкм. Выход по току кислорода в указанном диапазоне плотности тока составляет 30 - 35%, электродный потенциал поверхности сплава 32НКД равен 0,8 - 1,5 В. Исходя из этих параметров частота вибрации детали задавалась равной 50 Гц, амплитуда 1,5 мм. Время одного цикла полирования определяется по формуле:
τ = l/v,

При радиусе пузырьков 100 мкм и l = 2 см - τ = 1 с. При этом шероховатость поверхности Ra_кон. 2,1; при последующих циклах шероховатость поверхности изменялась следующим образом: Ra_нач. 2,1 - Ra_кон. 1,4; Ra_нач. 0,9 - Ra_кон. 0,6; Ra_нач. 0,6 - Ra_кон. 0,4; Ra_нач. 0,4 - Ra_кон. 0,3 мкм. При доверительной вероятности 0,95 доверительный интервал ΔRa = 0,05 мкм.

При обработке по прототипу для достижения конечной шероховатости поверхности Ra 0,3 мкм требуется 12 с и доверительный интервал - 0,075 мкм, в предлагаемом способе время обработки 6 с.

Как видно из результатов применение предлагаемого способа позволит увеличить производительность электрохимического полирования по сравнению с прототипом примерно в два раза при улучшении качества поверхности.

Источники информации
1. Липкин Я. Н., Бершадская Т.Л. Химическое полирование металлов - М.: Машиностроение, 1982. - 112 с.

2. Способ электрохимического полирования нержавеющей стали: Заявка N 49-38418, Япония МКИ C 23 B 3/00, НКИ-12А63, заявлено 17.02.70. //Изобретения за рубежом. - N 18 - 1975. - выпуск 21. - С. 68.

3. Перепелкин К.Е., Матвеев В.С. Газовые эмульсии. - Л.: Химия, 1979. - 200 с.

Формула изобретения

Способ электрохимического полирования металлов и сплавов в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2 - 10 А/см², отличающийся тем, что процесс электрохимического полирования осуществляют при температуре электролита, равной температуре окружающей среды, обрабатываемой детали сообщают вибрацию, амплитуду и частоту которой задают, исходя из электрохимических свойств материала обрабатываемой детали, и время одного цикла полирования определяют по формуле:
τ = l/v,
где l - кратчайшее расстояние от днища ванны до обрабатываемой поверхности детали;
V - скорость всплывания пузырьков водорода, определяемая по формуле Стокса.

РИСУНКИ

Рисунок 1