Способ электролитно-плазменной обработки поверхности токопроводящих изделий

Авторы патента:

C25F1 - Электролитические способы очистки, обезжиривания, декапирования или удаления окалины

C23C16/02 - предварительная обработка покрываемого материала (C23C 16/04 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2455400:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) (RU)

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхности токопроводящего проката и может найти применение при осуществлении технологических операций очистки и травления металлов и сплавов. Способ включает протягивание изделия через реактор электролитно-плазменной обработки, корпус которого выполнен из токонепроводящего материала, с образованием верхней и нижней симметричных зон реактора, прокачивание потока электролита через верхнюю и нижнюю зоны реактора и затем через отверстия в его анодах, запуск плазменного процесса путем повышения напряжения на анодах и обработку поверхности изделия в прокачиваемом электролите. При повышении напряжения в пространство между анодами и изделием через форсунки подают под давлением газ, расход которого при достижении устойчивого плазменного процесса снижают до полного прекращения подачи и увеличивают расход электролита до рабочего уровня. Технический результат: снижение потерь времени, расхода электроэнергии и дефектов поверхности, кроме того, обработку можно производить без предварительного нагрева электролита. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известен способ обработки поверхности, включающий воздействие на поверхность изделия-катода электроразрядной плазмой при принудительной подаче электролита в межэлектродное пространство между катодом и анодом, причем анод устанавливают эквидистантно обрабатываемой поверхности. (RU 96104583 A, C25D 5/00, опубликовано 27.02.1998 г.)

Недостатком известного способа является образование дефектов поверхности на стадии подъема напряжения до величины зажигания плазменных разрядов U_KP на поверхности изделия, поскольку подъем напряжения идет при высоких плотностях тока с выделением значительной энергии. При повышенных температурах и возникновении плазменных разрядов формируется вспененный электролит, обладающий значительным сопротивлением, что обеспечивает возникновение плазменных разрядов на поверхности изделия при более низких плотностях тока. Это резко снижает вероятность образования прожогов и других дефектов на поверхности изделия, снижающих качество обработки.

Наиболее близким по сущности и достигаемому техническому результату является способ электролитно-плазменной обработки поверхности токопроводящего проката на катоде, включающий протягивание изделия через реактор электролитно-плазменной обработки, корпус которого выполнен из токонепроводящего материала с образованием верхней и нижней симметричных зон реактора, прокачивание потока электролита через верхнюю и нижнюю зоны реактора и затем через отверстия в его анодах, запуск плазменного процесса путем повышения напряжения на анодах и обработку поверхности изделия в прокачиваемом электролите. По известному способу электролит получают в отдельных секциях подготовки в виде пены и затем принудительно прокачивают через анод с отверстиями через реакционную камеру (реактор). Формирование вспененного электролита ведут при пропускании через электролит постоянного электрического тока при напряжении 150±20 В. (RU 2149930, C25F 1/00, опубликовано 27.05.2000 г.)

Недостатком известного способа являются значительные затраты электроэнергии и сложность формирования горячего электролита с температурой, по меньшей мере, 75-80°С. Кроме того, при прекращении стационарного хода известного способа по самым различным причинам (резкое увеличение потока электролита, падение напряжения на анодах, вынужденная остановка технологической линии по производственным причинам с отключением реактора от источника электропитания и т.д.) сложно за минимальное время вновь запустить процесс зажигания плазменных разрядов. Возобновление обработки поверхности токопроводящего проката занимает достаточно большое время, что снижает производительность способа, приводит к увеличению расхода электроэнергии на подогрев электролита.

Задачей и техническим результатом изобретения является снижение потерь времени, расхода электроэнергии и дефектов поверхности из-за локального тепловыделения при обработке токопроводящих изделий. Кроме того, обработку поверхности изделий можно осуществить без предварительного нагрева электролита.

Технический результат достигается тем, что способ управления электролитно-плазменной обработкой поверхности токопроводящих изделий включает протягивание изделия через реактор электролитно-плазменной обработки, корпус которого выполнен из токонепроводящего материала с образованием верхней и нижней симметричных зон реактора, прокачивание потока электролита через верхнюю и нижнюю зоны реактора и затем через отверстия в его анодах, запуск плазменного процесса путем повышения напряжения на анодах и обработку поверхности изделия в прокачиваемом электролите, при этом при повышении напряжения в пространство между анодами и изделием через форсунки подают под давлением газ, подачу которого при достижении устойчивого плазменного процесса снижают до полного прекращения подачи и увеличивают расход электролита до рабочего уровня.

Технический результат также достигается тем, что в качестве газа используют углекислый газ, инертные газы или азот.

Осуществление способа по изобретению можно проиллюстрировать на примере с использованием установки электролитно-плазменной обработки, представленной на фиг.1, где:

1 - реактор;

2 - токонепроводящие трубы подачи электролита;

3 - аноды с отверстиями;

4 - запорные ролики;

5 - провода;

6 - входы системы сопел форсунок;

7 - обрабатываемое токопроводящее изделие;

8 - нижняя и верхняя зоны реактора 1;

9 - пространство между анодами 3 и поверхностью изделия 7;

10 - трубопровод;

11 - заземляющие ролики.

Через реактор 1 установки электролитно-плазменной обработки, корпус которого состоит из верхней и нижней симметричных зон, выполненных из токонепроводящего материала, в направлении D протягивают обрабатываемое токопроводящее изделие 7: стальной лист, пруток, проволока, сортовой стальной прокат и т.д. Из внешней гидравлической сети на вход А токонепроводящих труб 2 подают электролит, который прокачивают через реактор 1, подавая электролит сначала в верхнюю и нижнюю симметричную зоны 8 реактора, а затем через отверстия в анодах 3 реактора - в пространство 9 между анодами 3 и соответствующими поверхностями изделия 7. Потери электролита, а также непредусмотренный выход газов и паров, образующихся при осуществлении способа, предотвращают запорными роликами 4. Выход отработанного электролита, паров и газов осуществляют через отверстия в торце корпуса реактора 1 и трубопровод 10, который выходом С соединен с преемниками и баком отработанного электролита. Для обеспечения функционирования электролитно-плазменной обработки поверхности изделия 7 через реактор 1 непрерывно прокачивают электролит.

Аноды 3 подключают к положительному полюсу постоянного или однополярного импульсного источника тока с помощью проводов 5. Электрическую цепь замыкают через токопроводящий электролит, находящийся в реакторе 1, токопроводящее изделие 7, заземляющие ролики 11 и заземление отрицательного полюса источника тока.

При повышении напряжения, подаваемого на аноды от внешнего источника электрического тока, через входы В системы сопел 6 форсунок из внешней сети в пространство 9 между анодами 3 и изделием 7 подают под давлением газ, который вспенивает электролит, тем самым увеличивая электрическое сопротивление электролита между анодами 3 и соответствующими поверхностями обрабатываемого изделия 7. Поэтому достижение напряжения зажигания микроплазменных разрядов U_KP и запуск плазменного процесса на поверхности обрабатываемого изделия 7 происходит при более низких плотностях тока и при любой температуре вспененного электролита, в том числе и при температуре менее 80°С. Возобновление плазменного процесса также легко происходит после внезапных остановок протягивания изделия 7, а также при резких увеличениях скорости протягивания изделия 7, отключении тока, т.е. в ситуациях, требующих повторных запусков плазменного процесса.

Запуск плазменного процесса осуществляют путем ручного управления подачей газа в реактор 1 через систему сопел 6 форсунок с одновременным управлением величиной напряжения на аноде или с использованием автоматической системой управления всем процессом электролитно-плазменной обработки изделий.

При достижении устойчивого плазменного процесса обработки изделия подачу газа снижают до полного прекращения подачи и увеличивают расход электролита через реактор 1 до рабочего уровня.

В случае обработки поверхности токопроводящих изделий с целью удаления окалины, оксидных пленок или технологической смазки эффективнее использовать в качестве электролита водный раствор бикарбоната натрия, а в качестве газа - углекислый газ СО₂. В случае обработки поверхности изделий с использованием водных растворов солей цинка, алюминия, никеля (ZnSO₄, Al₂(SO₄)₃, NiSO₄) и т.д. с образованием защитных покрытий эффективнее использовать в качестве газа азот или инертные газы.

Для обработки стальной ленты из стали 08КП толщиной 1 мм и шириной 200 мм в 10% растворе бикарбоната натрия с температурой 65-70°С в реакторе с межэлектродным зазором 10 мм напряжение устойчивого плазменного процесса составило 125-135 В при скорости его повышения 25-30 В/мин, а расходы электролита и углекислого газа составили 5-8 л/мин и 4-7 л/мин соответственно. Скорость движения ленты обеспечивала время обработки поверхности 0,2-0,5 сек. При этом давление углекислого газа в магистрали форсунки диаметром 0,2-0,3 мм составило 3-4 атм., а давление вспененного электролита внутри реактора - 1,1-1,2 атм.

1. Способ управления электролитно-плазменной обработкой поверхности токопроводящих изделий, включающий протягивание изделия через реактор электролитно-плазменной обработки, корпус которого выполнен из токонепроводящего материала, с образованием верхней и нижней симметричных зон реактора, прокачивание потока электролита через верхнюю и нижнюю зоны реактора и затем через отверстия в его анодах, запуск плазменного процесса путем повышения напряжения на анодах и обработку поверхности изделия в прокачиваемом электролите, отличающийся тем, что при повышении напряжения в пространство между анодами и изделием через форсунки подают под давлением газ, расход которого при достижении устойчивого плазменного процесса снижают до полного прекращения подачи и увеличивают расход электролита до рабочего уровня.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа используют углекислый газ, инертные газы или азот.

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхности изделий из стали, металлов и сплавов. .

Способ электрохимической очистки металлических изделий // 2411310

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлических изделий, а именно к способам электрохимической обработки (ЭХО) поверхности металлических изделий от загрязнений технологическими смазками, следов оксидной пленки, продуктов износа и других типов загрязнений.

Способ и устройство для травления металлов // 2375506

Изобретение относится к области электролитического травления металлов и может быть использовано для обработки плоского проката, в частности лент инструментальной стали и/или С-стали.

Способ электролитно-плазменной обработки деталей // 2355828

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.

Способ очистки металлической поверхности с последующей регенерацией водного моющего раствора // 2355822

Изобретение относится к химической и электрохимической очистке металлических поверхностей от трудноудаляемых масляных загрязнений, например от прокатных смазок, с помощью моющих растворов, содержащих каустическую соду, фосфаты и поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Способ очистки твердых поверхностей от минеральных и органических загрязнений // 2326746

Изобретение относится к способу очистки твердых поверхностей моющим и очищающим средством бытового и технического назначения и может быть использовано для очистки различных твердых поверхностей от минеральных и органических загрязнений.

Способ электродуговой обработки поверхности металлического изделия и устройство для его осуществления // 2280110

Способ электрохимической катодной очистки металлических поверхностей от слоев неэлектропроводных материалов // 2278911

Изобретение относится к области электрохимических методов обработки металлических поверхностей и может быть использовано для удаления лакокрасочных покрытий, окалины, накипи с поверхности металлов.

Способ электролитно-разрядной очистки сварочной проволоки // 2215832

Изобретение относится к электролитной очистке поверхности металлов, преимущественно сварочной проволоки, и может найти применение в металлургии, строительстве, машиностроении.

Усовершенствованный процесс и аппарат для очистки и/или покрытия металлических поверхностей с использованием технологии электроплазмы // 2213811

Способ нанесения центров зародышеобразования алмазной фазы на подложку // 2403327

Изобретение относится к технологии нанесения пленок на подложки, конкретно - к предварительной обработке подложек (нанесению центров зародышеобразования) для последующего роста поликристаллических алмазных пленок, применяемых в ядерной технике, в мощных непрерывных технологических CO2-лазерах, в электрохимии.

Способ нанесения покрытий пиролитических карбидохромовых на поверхность чугунных деталей // 2188877

Изобретение относится к способам нанесения карбидохромовых покрытий термическим разложением бис-ареновых соединений хрома и найдет применение в различных областях, как например нефтедобывающей и нефтехимической промышленности, в которых используется оборудование с защитными коррозионно- и износостойкими поверхностями металлических деталей, в том числе из чугуна.

Способ получения кадмиевого покрытия на поверхности стальных изделий // 1573053

Изобретение относится к нанесению металлических покрытий, в частности к подготовке поверхности стальных изделий перед нанесением кадмиевых покрытий термическим разложением паров диэтилкадмия.

Способ обработки оси прокатного валка // 749917

Способ удаления слоев для твердых углеродных слоев // 2606899

Изобретение относится к способам реакционного удаления с поверхности подложки покрытия из углеродных слоев. Осуществляют размещение освобождаемой от покрытия подложки на держателе подложки в вакуумной камере, подачу в вакуумную камеру по меньшей мере одного реакционного газа, обеспечивающего удаление углерода в газообразной форме, и зажигание плазменного разряда в вакуумной камере для стимулирования требуемой по меньшей мере одной химической реакции для удаления покрытия с покрытой подложки, и проведение реакционного удаления упомянутого покрытия по меньшей мере в одну стадию. Зажигают плазменный разряд, представляющий собой низковольтный дуговой разряд постоянного тока при разрядном токе между 20 А и 1000 А и разрядном напряжении максимально 120 В. Для удаления по меньшей мере части углеродного покрытия с подложки во время по меньшей мере одной стадии реакционного удаления покрытия в качестве реакционного газа используют азотсодержащий газ. Углеродное покрытие наряду с углеродом может содержать неметаллические элементы в виде водорода, бора, кремния и/или германия. Обеспечивается пригодное для промышленного применения удаление покрытия из углеродных слоев с предотвращением при этом распыления материала подложки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 7 пр.

Способ очистки поверхности металлических материалов // 2495156

Изобретение относится к очистке поверхности металлических изделий из стали, медных сплавов или серебра. В способе на металлическую поверхность наносят гель-электролит, содержащий полиэтиленгликоль, перхлорат щелочных металлов, трифторацетат щелочных металлов и два мономера акрилового ряда. Гель-электролит наносят толщиной ≤1 мм, приводят его в контакт с электродом, выполненным из нейтрального по отношению к гель-электролиту материала, при этом полностью исключают контакт указанного электрода с очищаемой металлической поверхностью. Между электродом и очищаемой металлической поверхностью создают электрическое напряжение, при котором электрод является анодом, и величина которого превышает электродный потенциал металла, загрязняющего указанную металлическую поверхность. После очистки гель-электролит удаляют с металлической поверхности. Изобретение обеспечивает эффективную очистку поверхности любых металлов, ускоряет процесс очистки, а также позволяет контролировать качество очистки поверхности. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ очистки углеродного наноматериала от металлсодержащего катализатора // 2502833

Изобретение относится к химической технологии получения углеродных наноматериалов (УНМ), а именно к их очистке от металлсодержащего катализатора. Очистка производится путем растворения катализатора различными реагентами в электролизере, катодное и анодное пространство которого разделено мембраной. Очищаемый УНМ располагают в анодном пространстве электролизера. В качестве электролита используют водные растворы веществ, при электролизе которых в анодном пространстве электролизера происходит накопление реакционоспособных анионов, образующих с катализатором растворимые в воде соли. Использование изобретения не требует большого количества реагентов для удаления катализатора, при этом сам реагент не расходуется и может использоваться многократно, отсутствует образование большого количества сточных вод.

Способ электролитно-плазменного удаления полимерных покрытий с поверхности пластинчатого торсина несущего винта вертолета // 2556251

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.

Способ электролитно-плазменного удаления полимерных покрытий с поверхности детали из легированных сталей // 2566139

Изобретение относится к технологии электролитно-плазменного удаления защитных покрытий из полимерных материалов с поверхности деталей из легированных сталей, в частности из нержавеющих трип-сталей высокой прочности и пластичности, и может быть использовано при восстановлении особо ответственных деталей летательных аппаратов, например торсионов несущих винтов вертолетов. Способ 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. При этом к обрабатываемой детали прикладывают электрический потенциал от 270 В до 300 В, а в качестве электролита используют водный раствор соли сульфата аммония концентрацией от 4 до 8 г/л, причем удаление покрытия ведут при температуре от 70°C до 90°C до полного снятия покрытия. Технический результат: полное удаление полимерного покрытия с получением полированной поверхности детали при снижении трудоемкости процесса. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Электролит для электрохимической обработки поверхности углеродного волокна для композиционных материалов // 2574561

Изобретение относится к области производства высокопрочных углеродных лент на основе полиакрилонитрильных нитей, в частности к электрохимической обработке поверхности углеродных волокон, используемых в конструкционных композитах в качестве упрочняющей матрицы. Электролит содержит аминосодержащий мономер и воду, при этом в качестве аминосодержего мономера он содержит солянокислый анилин с концентрацией 0,001-0,05 моль/л или пиррол с концентрацией 0,001-0,015 моль/л. Технический результат: составы для электрохимической обработки содержат не более двух компонентов, стабильны и обеспечивают увеличение прочности композиционного материала на 10-20%. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 8 табл., 8 пр.

Способ электролитической очистки от окалины ленточного проката // 2578623

Изобретение относится к металлургическому производству и к электролитической обработке металлов и может быть использовано для снятия оксидных пленок металлов - оксида железа, гематита, магнетита, окалины, образующихся при холодной и горячей прокатке и при термообработке. Способ включает непрерывную подачу электролита в ванну к очищаемым поверхностям проката, поляризацию этих поверхностей путем создания разницы потенциалов между прокатом и электродом, протягивание ленты, подключенной к аноду источника тока, через электролитическую ванну, при этом обработку ленты ведут при разности потенциалов между анодом и катодом от 280 до 340 В и плотности тока на аноде от 0,4 до 0,6 А/см2, ленточный прокат протягивают через электролитическую ванну со скоростью, обеспечивающей время прохождения элементарной площадки проката через электролит в пределах от 10 до 20 секунд, причем площадь погруженных в электролит поверхностей ленты определяют по соотношению Sa<Sк/2, где Sа - площадь погруженных в электролит поверхностей ленты, Sк - площадь поверхности катода. Технический результат: снижение энергозатрат на единицу площади очищенной поверхности ленты, повышение качества очистки, повышение стабильности и производительности очистки. 5 з.п. ф-лы, 3 пр.