Способ обработки поверхности магниевых сплавов

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлических изделий, в частности к электрохимическому полированию поверхности из магниевых сплавов, таких как кронштейны, поковки, штамповки, крышки, диски автомобильных колес, корпуса ноутбуков, мобильных телефонов, и может быть использовано в ракетно-космической технике, автомобилестроении, электронной промышленности и других отраслях народного хозяйства. Способ включает погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, при этом электрохимическое полирование ведут при плотности тока 15-25 А/дм2 и напряжении 3-7 В в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: ортофосфорная кислота 35-45, уксусная кислота 2-10, этиловый спирт остальное. Техническим результатом является разработка способа обработки поверхности магниевых сплавов, позволяющего повысить класс чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снизить значения Rz до ~0,2-0,4 мкм и исключить токсичные компоненты. 1 табл.

 

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлических изделий, в частности к электрохимическому полированию поверхности из магниевых сплавов, таких как кронштейны, поковки, штамповки, крышки, диски автомобильных колес, корпуса ноутбуков, мобильных телефонов, и может быть использовано в ракетно-космической технике, автомобилестроении, электронной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Магниевые сплавы, относящиеся к группе наиболее легких металлических конструкционных материалов, обладают пониженной коррозионной стойкостью, поэтому при эксплуатации магниевых узлов и деталей необходимо подвергать их поверхность обработке для последующего нанесения защитных антикоррозионных покрытий.

Известен способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве катода, в раствор для электрохимического полирования, установку анода из стальных пластин и электрохимическое полирование при температуре 80-90°С, напряжении 4-6 В, выдержке в течение 3-4 мин. Раствор для электрохимического полирования имеет следующий химический состав, г/л:

Na3PO4·12H2O 12-30
Na2CO3 30

или

Na2CO3 9
NaOH 16

Далее изделие промывают в воде и сушат. (М.А.Тимонова «Защита от коррозии магниевых сплавов», М., «Металлургия», 1977 г., с.40-42).

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить высокий класс чистоты поверхности (свыше 7), т.е. показатель параметров шероховатости Rz (высота неровностей профиля по десяти точкам) не менее Rz=6,3 мкм по ГОСТ 2789.

Известен способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования при поддержании первоначального напряжения, обеспечивающего плотность тока (1,5-2,5) А/дм2, затем постоянно увеличивают напряжение до (240-330) В для сохранения первоначальной плотности тока, время выдержки 5-30 мин. Водный раствор для электрохимического полирования используется при температуре (20-40)°С, имеет рН=7-10 при следующем соотношении компонентов:

пентаоксид ниобия 0,01-0,04 мол/л
плавиковая кислота 20-50 мл/л
фторид циркония до 0,041 мол/л
ортофосфорная кислота 50-70 г/л
борная кислота 30-70 г/л
28% водный р-р аммиака остальное

для сохранения рН=7 -10 (Патент США №7094327)

Недостатками известного способа являются высокая энергоемкость процесса и наличие в растворе для электрохимического полирования токсичной плавиковой кислоты.

Известен способ обработки металлических изделий, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования при плотности тока ≤2 А/дм2, напряжении 8-24 В, в котором раствор для электрохимического полирования, имеет следующий химический состав, масс.%:

ортофосфорная кислота 55-85
уксусная кислота 10-40
глицерин 5-30

(а.с. №779453)

Недостатком известного способа является пониженный класс чистоты поверхности металлических изделий.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования при плотности тока ≥2 А/дм2, напряжении 8-17 В, в котором раствор для электрохимического полирования, имеет следующий химический состав, масс.%:

ортофосфорная кислота 65-75
уксусная кислота 10-25
глицерин 5-15
серная кислота 5-10

(Патент РФ №2023767)

Недостатками прототипа являются возможность получения на поверхности изделия пор и различных дефектов, понижение класса чистоты и увеличение значения Rz, что вызвано воздействием на поверхность электрохимического раствора с высокой концентрацией активных веществ, в том числе токсичной серной кислоты.

Технической задачей изобретения является разработка способа обработки поверхности магниевых сплавов, позволяющего повысить класс чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снизить значения Rz до ~0,2-0,4 мкм и исключить токсичные компоненты.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, в котором электрохимическое полирование ведут при плотности тока - 15-25 А/дм2, напряжении 3-7 В, в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, масс.%:

ортофосфорная кислота 35-45
уксусная кислота 2-10
этиловый спирт остальное

Установлено, что заявленные содержание и соотношение компонентов в растворе для электрохимического полирования поверхности магниевых сплавов при заявленных плотности тока, напряжении и времени выдержки предотвращают образование шлама, не допускают потерь самого металла в процессе электрохимического полирования поверхности. При этом предлагаемый способ способствует равномерному стравливанию шероховатостей на поверхности изделия, а образование на поверхности нерастворимых гидрофосфатов металлов предотвращает последующее растравливание поверхности.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает повышение класса чистоты поверхности изделий из магниевых сплавов до 11-12, т.е. снижение значений Rz до ~0,2-0,4 мкм, при этом позволит применить нетоксичные компоненты.

Примеры осуществления

Изделие выполнено из сплава МА14 (кронштейн).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА14 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н3РО4 (удельной плотности не менее 1,75 г/см3) - 35, ледяная уксусная кислота СН3СООН - 2, остальное - этиловый спирт С2Н5ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА14, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Обработку поверхности изделия из магниевого сплава МА14 проводили при плотности тока 15 А/дм2, напряжении 3 В в течение 10 с.

После полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили.

Примеры 2, 3 осуществляли аналогично примеру 1. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА14 и способа-прототипа (пример 4), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Изделие выполнено из сплава МА20 (подлокотник кресла).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА20 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н3РO4 (удельной плотности не менее 1,75 г/см3) - 45, ледяная уксусная кислота СН3СООН - 10, остальное - этиловый спирт С2Н5ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА20, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Электрохимическое полирование поверхности изделия из магниевого сплава МА20 проводили при плотности тока 25 А/дм2, напряжении 7 В в течение 180 с. После электрохимического полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили (пример 5).

Примеры 6, 7 осуществляли аналогично примеру 5. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА20 и способа-прототипа (пример 8), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Изделие выполнено из сплава МА2-1 (приборная панель).

Для обработки поверхности изделия из магниевого сплава МА2-1 приготавливали электрохимический раствор следующего химического состава, масс.%: ортофосфорная кислота Н3РO4 (удельной плотности не менее 1,75 г/см3) - 40, ледяная уксусная кислота СН3СООН - 6, остальное - этиловый спирт С2Н5ОН (концентрации не менее 96%).

В полученный раствор погружали изделие из сплава МА2-1, используемое в качестве анода, устанавливали катод из нержавеющей стали. Обработку поверхности изделия из сплава МА2-1 проводили при плотности тока 20 А/дм2, напряжении 5 В в течение 10 с. После полирования изделие промывали в воде при комнатной температуре и сушили (пример 9).

Примеры 10, 11 осуществляли аналогично примеру 9. Параметры предлагаемого способа обработки поверхности изделия из сплава МА2-1 и способа-прототипа (пример 12), а также полученные свойства приведены в табл.1.

Как следует из анализа результатов, представленных в таблице 1, предлагаемый способ обработки поверхности изделий из магниевых сплавов позволяет повысить класс чистоты поверхности до 11-12, т.е. снизить значение Rz до ~0,2-0,4 мкм, при этом в предлагаемом способе используются нетоксичные компоненты.

Высокая эффективность и безопасность предлагаемого способа обработки поверхности магниевых сплавов, возможность использования обработанной поверхности для последующего нанесения защитных покрытий и окончательной обработки повышает ресурс и надежность изделий из магниевых сплавов.

Таблица 1
Пример осуществления Сплав Состав электролитического раствора, масс.% Режим обработки Класс шероховатости ГОСТ 2789
Способ Н3РO4 СН3СООН C2H5OH Плотность тока, А/дм2 Напряжение, В Время выдер-
жки, с
Класс шероховатости Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм
до полиров./после полирования
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Предлагае-
мый способ
35 2 63 15 3 10 8/11 3,2/0,4
2 40 6 54 25 7 95 7/12 6,3/0,2
3 45 10 45 20 5 180 8/11 3,2/0,4
4 способ-прототип МА14 65-75 10-25 глицерин серная кислота 1,5-3 8-24 60 7/8 6,3/3,2
5-15 5-10
Таблица 1. Продолжение
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
5 Предлагае-
мый способ
45 10 45 15 3 180 7/12 6,3/0,2
6 35 2 63 25 7 95 8/11 3,2/0,4
7 40 6 54 20 5 10 7/12 6,3/0,2
8 способ-прототип МА20 65-75 10-25 глицерин Серная кислота 1,5-3 8-24 120 7/9 6,3/1,6
5-15 5-10
9 Предлагае-
мый способ
45 10 45 15 3 10 7/12 6,3/0,2
10 МА2-1 35 2 63 25 7 180 8/11 3,2/0,4
11 40 6 54 20 5 95 8/11 3,2/0,4
12 Способ-прототип 65-75 10-25 глицерин Серная кислота 1,5-3 8-24 120 7/9 6,3/1,6
5-15 5-10

Способ обработки поверхности магниевых сплавов, включающий погружение изделия, используемого в качестве анода, в раствор для электрохимического полирования, содержащий ортофосфорную и уксусную кислоты, установку катода из нержавеющей стали, проведение электрохимического полирования, отличающийся тем, что электрохимическое полирование ведут при плотности тока 15-25 А/дм2 и напряжении 3-7 В в течение 10-180 с, а раствор для электрохимического полирования дополнительно содержит этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ортофосфорная кислота 35-45
уксусная кислота 2-10
этиловый спирт остальное


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам изготовления шпинделей для задвижек и вентилей для перекрывания трубопроводов или регулирования расхода проходящих в них сред. .
Изобретение относится к способу изготовления шпинделя из стали для трубопроводной аппаратуры и может быть использовано при изготовлении задвижек и вентилей для перекрывания трубопроводов или регулирования расхода проходящих в них сред.

Изобретение относится к области электрохимического полирования металлических изделий и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке лопаток. .
Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию металлических изделий и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию металлических изделий, преимущественно из хромосодержащих нержавеющих сталей и сплавов, а также титана и титановых сплавов, и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке лопаток.
Изобретение относится к электролитно-плазменной обработке, в частности полированию, металлических изделий из нержавеющих сталей, титана и титановых сплавов и может быть использовано в турбомашиностроении при полировании лопаток.

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и может применяться для ручного электрохимического полирования различных изделий, в том числе с пространственно-сложными поверхностями.

Изобретение относится к методам изготовления микроострий и может быть использовано для изготовления зондов для туннельных микроскопов, точечных автоэлектронных источников, образцов для автоэмиссионной и атомно-зондовой микроскопии, микроманипуляторов для биологии.
Изобретение относится к области электрохимических методов финишной обработки поверхностей, а именно к способам электрохимического полирования сложнопрофильных поверхностей.
Изобретение относится к области химико-физической обработки поверхностного слоя металлических изделий из титана и его сплавов с целью изменения их поверхностных свойств.

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей
Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию металлических изделий и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и может применяться для ручного электрохимического полирования различных деталей, в том числе с пространственно-сложными поверхностями
Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию деталей из титановых сплавов и может быть использовано в турбомашиностроении при полировании рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, для обеспечения необходимых физико-механических и эксплуатационных свойств деталей турбомашин, а также в качестве подготовительной операции перед ионно-имплантационным модифицированием поверхности детали и нанесением защитных ионно-плазменных покрытий. Обрабатываемую деталь погружают в электролит, формируют вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовую оболочку и зажигают разряд между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала. При этом используют обрабатываемую деталь из титанового сплава, не содержащего ванадий. К обрабатываемой детали прикладывают электрический потенциал от 340 В до 360 В, а в качестве электролита используют водный раствор смеси NH4F и KF при их содержании: NH4F - от 5 г/л до 15 г/л, KF - от 30 г/л до 50 г/л, при этом полирование ведут при температуре от 75°C до 85°C в течение не менее 1,5 минут. Использование изобретения позволяет повысить качество обработки и надежность процесса полирования, а также снижается трудоемкость за счет одноэтапной обработки. 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию металлических изделий, преимущественно из титановых сплавов, и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, для обеспечения необходимых физико-механических и эксплуатационных свойств деталей турбомашин, а также в качестве подготовительной операции перед ионно-имплантационным модифицированием поверхности детали и нанесением защитных ионно-плазменных покрытий. Обрабатываемую деталь погружают в электролит, формируют вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовую оболочку и зажигают разряд между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала. При этом используют деталь из титанового сплава с содержанием ванадия, вес.%: V - от 3,5 до 6,0. К обрабатываемой детали прикладывают электрический потенциал от 340 В до 360 В, используют электролит в виде водного раствора с содержанием 30 - 50 г/л KF·2H2O и 2 - 5 г/л СrO3, а полирование ведут при температуре от 75 °С до 85 °С в течение не менее 1,5 мин. При использовании изобретения повышается качество обработки и надежности процесса полирования, а также снижается трудоемкость за счет использования одноэтапной обработки. 12 з.п. ф-лы, 2 пр.
Изобретение относится к электролитно-плазменной обработке поверхности металлов. Способ включает полировку детали из медьсодержащего сплава в электролите, используемой в качестве анода, и синхронное нанесение медного покрытия на стальную деталь, которую используют в качестве катода. На катод и анод подают напряжение 250-340 В при температуре электролита 60-90ºС. Электролит используют в виде водного раствора, содержащего хлористый аммоний, фтористый аммоний и аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный или их смесь. Обеспечивается полирование активного анода до зеркального блеска с синхронным покрытием поверхности стального катода медью. 1 пр.

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в машино- и приборостроении при доводке внутренних и наружных поверхностей. Способ включает циклическое полирование детали в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2-10,0 А/см2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, вибрации обрабатываемой детали с амплитудой и частотой, заданными исходя из электрохимических свойств металла, и оценку шероховатости после каждого цикла полирования, при этом время между циклами рассчитывают в зависимости от параметров полирования и электрохимических свойств металла по формуле τ м ц ≥ ( z ⋅ F 2 i ) 2 π D C S 2   , где z - заряд потенциалопределяющего иона, F - число Фарадея, Кл·моль-1, i - плотность тока анодного растворения, А/см2, D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см2/с, CS - концентрация ионов на поверхности полируемой детали, моль/см3, а время одного цикла полирования определяют из зависимости τ = K i ⋅ D , где τ - время цикла полирования, с, i - плотность тока анодного растворения, А/см2, D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см2/с, К=10-5 А. Изобретение позволяет рассчитать точное время цикла полирования при наилучшем качестве полирования и автоматизировать процесс полирования. 3 пр.
Изобретение относится к полированию деталей из титановых сплавов и может быть использовано для полирования деталей турбомашин, а также в качестве подготовительной операции перед ионно-имплантационным модифицированием поверхности деталей и нанесением защитных ионно-плазменных покрытий. Способ полирования деталей из титановых сплавов включает погружение детали в электролит, формирование вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовой оболочки и зажигание разряда между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала от 250 В до 320 В при температуре от 70°C до 90°C. В качестве электролита используют водный раствор с содержанием от 4 до 6 вес. % гидроксиламина солянокислого и с содержанием от 0,7 до 0,8 вес.% NaF или KF. Обеспечивается надежное и качественное полирование деталей из титановых сплавов. 9 з.п. ф-лы, 2 пр.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для удаления полимерных покрытий с поверхности деталей из легированных сталей, в частности из нержавеющих трип-сталей высокой прочности и пластичности, а также при восстановлении особо ответственных деталей летательных аппаратов, например торсионов несущих винтов вертолетов. Способ включает погружение торсиона в электролит, подачу на торсион электрического потенциала, формирование парогазового слоя между электролитом и торсионом. При этом к торсиону вначале прикладывают электрический потенциал от 310 В до 350 В, а после повышения величины тока снижают потенциал до 280-300 В и проводят процесс электролитно-плазменного полирования до получения заданной шероховатости поверхности торсиона. В качестве торсиона несущего винта вертолета используют торсион, выполненный из легированной стали, а в качестве электролита используют водный раствор соли сульфата аммония концентрацией от 5 до 10 г/л, причем удаление покрытия ведут при температуре от 70°C до 85°C до его полного снятия. Технический результат: повышение производительности процесса удаления полимерного покрытия при одновременном полировании стальной поверхности торсиона и снижении трудоемкости процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к области электрохимической обработки заготовок из цветных металлов, а именно к используемому для обработки водному раствору электролита. Раствор электролита содержит лимонную кислоту с концентрацией в диапазоне от 1,665 г/л до 982 г/л, гидродифторид аммония с концентрацией от 2 г/л до 360 г/л и не более 3,35 г/л сильной кислоты. Обработка поверхности заготовки включает подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, регулирование температуры ванны меньше или равной 85°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну и пропускание через ванну тока менее чем 255000 ампер на квадратный метр. Изобретение позволяет использовать водный раствор электролита для обработки различных цветных металлов, при этом электролит является экологически безопасным и не создает опасных отходов. 6 н. и 23 з.п. ф-лы, 12 ил., 9 табл.
Наверх