Способ удаления покрытия с деталей и раствор для удаления покрытия


 


Владельцы патента RU 2507311:

ЭРЛИКОН ТРЕЙДИНГ АГ, ТРЮББАХ (CH)

Изобретение относится к жидкостному химическому удалению покрытия с детали и может быть использовано для инструментов и компонентов, которые имеют высокопрочное покрытие, содержащее оксиды. Покрытие с детали удаляют путем помещения в раствор для удаления покрытий, который является водным раствором щелочи с перманганатом калия KMnO4, содержащий от 3 до 8 вес.% KMnO4, предпочтительно от 3 до 5 вес.% KMnO4, и щелочи от 6 до 15 вес.%, предпочтительно от 6 до 12 вес.%, при этом щелочная фракция образована КОП или NaOH, а раствор имеет комнатную температуру от 15 до 30°С. Покрытие на детали содержит по меньшей мере один слой, который, в свою очередь, содержит по меньшей мере один из следующих материалов: металлический сплав AlCr, TiAlCr, а также другие сплавы AlCr или один из их нитридов, боридов, оксидов или их комбинацию, а также оксиды алюминия. Способ позволяет удалить покрытие, существенно не повреждая при этом саму деталь. 5 з.п. ф-лы, 9 табл.

 

Настоящее изобретение относится к области жидкостного химического удаления покрытия с деталей, в частности, с инструментов и компонентов, которые покрыты слоем высокопрочного материала. Особый фокус направлен на удаление слоев высокопрочных покрытий, которые содержат оксиды, в частности, оксиды хром-алюминия (AlCrO-покрытия).

Предпосылки изобретения

При обработке металлов давно стало обычным использовать инструменты с покрытием, так как они имеют с многих точек зрения лучшие свойства, чем инструменты без покрытий: повышенная температура применения, более высокие скорости резки, больший срок службы, стабильность режущих кромок, устойчивость к коррозии и т.д. Слои, оптимизированные в отношении прочности и защиты от износа, используются также на других компонентах, которые при применении испытывают действие сравнимых условий и, следовательно, требуют таких же свойств; примерами являются детали подшипников и компоненты для автомобильной промышленности, такие как покрытые поршни, форсунки и т.д.

Вместе с нанесением покрытия стоит проблема снятия покрытий, здесь прежде всего для деталей, покрытие которых либо является дефектным, или, как у инструментов, где покрытие должно быть снято, регенерировано и нанесено снова.

Разнообразные требования к эксплуатации приводят к целому ряду специализированных слоев и слоистых систем, что, в свою очередь, тянет за собой различные требования к удалению покрытий. Удаление покрытий должно быть экономичным (быстрым, несложная аппаратура, недорогие расходные материалы, применимость для максимально возможного числа слоев), надежным (по возможности меньше опасных веществ), экологически безопасным, и, не в последнюю очередь, несущие покрытие инструмент или компоненты не должны повреждаться в результате снятия покрытий.

Уровень техники

Из уровня техники, в частности, для титансодержащих покрытий, как TiN, TiCN, TiAlN, известно множество разработок способов и растворов для жидкостного химического удаления покрытий. Они основаны, главным образом, на перекиси водорода со стабилизатором. Документ EP 1029117 предлагает способ удаления покрытия, в котором используется перекись водорода, основание и по меньшей мере одна кислота или соль кислоты.

Патентная заявка DE 4339502 описывает неразрушающее снятие покрытий с твердосплавных подложек, покрытых, наряду с прочим, слоями TiAlN. При этом, как преимущество по сравнению с более ранними способами, указывается, что наряду с обычными комплексообразователями и стабилизаторами, ингибиторами для защиты от коррозии используются также и другие вспомогательные вещества, а также регулируется pH раствора, что во взаимодействии с другими реагентами препятствует растворению Co с детали. Недостатками этого решения являются большая длительность снятия покрытия для TiAlN и других покрытий, относительно высокое применение химикатов и связанные с этим расходы, относительно сложные (так как их следует точно придерживаться) рецептуры и условия реакции, а также применение фторсодержащих реагентов.

В WO 2005/073433 для улучшения параметров удаления покрытий предлагается наносить на подложку слой, содержащий хром или алюминий, и снимать покрытие с детали щелочным раствором, который содержит сильный окислитель, например, раствором перманганата. В частности, предлагается, если нужно удалить покрытия с твердых сплавов, чувствительных к слишком щелочной среде, при высоких концентрациях перманганата, например 20-50 г/л, устанавливать pH на примерно 7, чтобы снять слои. Для удаления покрытий с деталей, не чувствительных к щелочным растворам, как основания из стали и многих других содержащих железо сплавов рекомендуется более высокий диапазон pH от 9 до 14, причем хватает более низкой концентрации перманганата, например, от 10 до 30 г/л, чтобы при комнатной температуре (примерно от 15 до 30°C) достичь полного снятия слоя AlCrN толщиной от 2 до 10 мкм в пределах 15-60 минут. Для концентрации перманганата выше 30 г/л указывается, что скорость удаления покрытия будет еще выше.

Задача изобретения

На практике было установлено, что растворы, предлагаемые в документе WO 2005/073433, как, например, пример 5 с основными компонентами 20 г/л NaOH и 20 г/л KMnO4, не являются оптимальными для современных покрытий из AlCrN, как известные в продаже Balinit Alcrona. Так как эти покрытия позволяют максимальную температуру применения выше 1000°C, предполагается, что, в зависимости от фактического применения, кислород внедряется в слой AlCrN, который вследствие этого уплотняется. Из-за этого параметры снятия покрытий заметно ухудшаются.

В принципе, эта же проблема встречается в случае слоев AlCrO (оксид хромалюминия), удалить с которого покрытие раствором, какой описан в примере 5, совсем нельзя.

Далее, было известно, что из-за чувствительности твердых сплавов к сильно щелочным растворам нельзя получить экономичный, универсальный раствор для удаления покрытий для сталей и твердых сплавов для этой области высокопрочных покрытий.

Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы создать способ удаления покрытий, соответственно раствор для удаления покрытий, которые позволяют экономически выгодно удалить с детали высокопрочные покрытия из по меньшей мере AlCr, AlCrN и/или AlCrO, существенно не повреждая при этом саму деталь.

Изложение изобретения

Согласно изобретению, эта задача решена смесью веществ для удаления системы покрытия с детали, причем эта смесь веществ имеет вид водного щелочного раствора с 3-8 вес.% KMnO4, предпочтительно от 3 до 5 вес.% KMnO4 и одновременно имеет содержание щелочи от 6 до 15 вес.%, предпочтительно от 6 до 12 вес.%. В одной предпочтительной форме осуществления раствор содержит 4 вес.% KMnO4, причем одновременно содержание щелочи составляет от 8 до 11 вес.%, предпочтительно 10 вес.%. Щелочная фракция в одной форме осуществления образована KOH или NaOH, причем значение pH раствора лежит выше 13, предпочтительно выше 13,5.

Деталь, которая должна подвергаться способу по изобретению, имеет на своей поверхности систему покрытия, которая содержит по меньшей мере один слой, который, в свою очередь, содержит по меньшей мере один из следующих материалов: металлический AlCr, TiAlCr, а также другие AlCr-сплавы; или один из их нитридов, карбидов, боридов, оксидов или их комбинацию, а также оксид алюминия. Способ по изобретению для снятия этой системы покрытия предусматривает ввести деталь в раствор для удаления покрытий согласно описанному выше и обрабатывать в нем заранее заданное время. Раствор во время обработки может перемещаться, например, путем перемешивания или движения детали. Обработка проводится предпочтительно при комнатной температуре, например, от 15 до 30°C, но возможны также более высокие температуры, например, до 60 или 70°C.

Кроме того, могут предусматриваться стадии предварительной или дополнительной обработки, которые включают, например, химическую или механическую обработку поверхности. Сюда относятся по меньшей мере одна из следующих возможностей обработки: промывка, очистка, обработка в ультразвуковой бане, сушка, струйная обработка, чистка щетками, тепловая обработка.

Экспериментальные результаты

Далее будут использованы различные сокращения. Материалы 1.2379, ASP2023 (1.3343), 1.2344, SDK (1.3344) и QRS (1.2842) обозначают различные сорта сталей, в том числе высоколегированные стали и быстрорежущие стали. TTX, THM и TTR обозначают неперетачиваемые пластины из карбида вольфрама разного состава. "Helica" указывает на слоистый материал на основе AlCr, который известен на рынке под торговой маркой Balinit® Helica. "Alcrona" означает покрытие из AlCrN, выпускаемое в продажу как Balinit® Alcrona.

В качестве растворов для удаления покрытий применялись:

- раствор согласно уровню техники, как описанный выше с 2% KMnO4 и 2% NaOH, обозначаемый далее: 2K/2Na

- первый раствор согласно настоящему изобретению с 4% KMnO4 и 10% NaOH, обозначаемый далее 4K/10Na

- второй раствор согласно настоящему изобретению с 4% KMnO4 и 10% KOH, обозначаемый далее 4K/10K

Опыт 1: Эффективность

Указано, со скольких образцов для испытаний можно было полностью удалить покрытие 50 миллилитрами раствора.

Таблица 1
Раствор Деталь/материал образца Удалено покрытий
2K/2Na SDK 11
4K/10Na SDK 27
4K/10K SDK 28
2K/2Na THM 6
4K/10Na THM 11
4K/10K THM 12

Опыт 2: Влияние на подложку

Кроме того, важным критерием является, как сильно раствор разъедает поверхность соответствующего базисного материала или детали. В следующих таблицах указано, какие составы поверхности имеют непокрытые образцы для испытаний, которые выдерживались один час в соответствующем растворе. Для сравнения приведены также значения для раствора 2K/2Na. Долю определенных элементов на поверхности образца для испытаний определяли методом EDX (рентгеновская спектроскопия с дисперсией по энергии, методика анализа материалов).

Раствор 2K/2Na. Все числа указаны в вес.%

Таблица 2
Si Mn Cr Mo V W Fe
SDK 0,41 0,48 4,14 4,97 1,67 9,58 78,74
QRS 0,37 2,55 0,58 0,27 96,24
ASP2023 0,72 0,85 4,27 3,35 1,97 6,42 82,43
1.2379 0,65 0,5 11,83 1 1,09 84,93
1.2344 1,13 0,55 5,41 1,49 1,07 90,35

Раствор 4K/10K. Все числа указаны в вес.%

Таблица 3
Si Mn Cr Mo V W Fe
SDK 0,35 0,39 4,07 3,33 1,32 6,73 83,81
QRS 0,41 2,33 0,68 0,38 96,2
ASP2023 0,72 0,52 4,18 2,5 1,35 5,99 84,75
1.2379 0,71 0,97 8,13 0,78 0,71 88,7
1.2344 1,13 0,55 5,18 1,26 0,95 3,49 87,44

Раствор 4K/10Na. Все числа указаны в вес.%

Таблица 4
Si Mn Cr Mo V W Fe
SDK 0,2 0,68 3,96 3,16 1,27 7,17 83,56
QRS 0,4 2,17 0,49 0,19 96,76
ASP2023 1,4 0,89 3,87 2,59 1,53 89,72
1.2379 0,67 0,41 7,78 0,69 0,47 89,98
1.2344 1,02 0,6 5,48 1,27 1,07 0,85 89,71

Раствор 2K/2Na. Все числа указаны в вес.%

Таблица 5
W Co Ti Ta
THM 91,74 8,26
TTX 42,41 24,18 19,27 14,15
TTR 42,97 39,84 8,04 9,15

Раствор 4K/10K. Все числа указаны в вес.%

Таблица 6
W Co Ti Ta
THM 81,12 18,88
TTX 56,62 22,02 13,02 8,33
TTR 28,72 53,08 10 8,2

Раствор 4K/10Na. Все числа указаны в вес.%

Таблица 7
W Co Ti Ta
THM 72,45 27,55
TTX 33,6 34,86 17,47 14,07
TTR 9,48 64,57 11,63 14,31

Опыт 3: Длительность удаления покрытий

Для этого для разных образцов и разных слоев устанавливали время удаления покрытий в стандартизованных сравнимых условиях. В таблице указано, за какое время (в минутах) с детали полностью удаляется слой толщиной 4 мкм.

Все величины в таблице приведены в минутах.

Таблица 8
Раствор Helica SDK Helica THM Alcrona SDK Alcrona THM Оксид алюминия
2K/2Na 83 347 31 31 ./.
4K/10Na 31 136 12 26 93
4K/10K 26 90 12 19 130

Опыт 4: удаление покрытий с WC/C

Образец для испытаний (поршень) с покрытием из карбида вольфрама толщиной 0,8 мкм с высоким содержанием углерода освобождали от покрытия с помощью 4K/10Na и 4K/10K. После 12 часов воздействия 4K/10K покрытие с образца для испытаний было снято, а в случае воздействия 4K/10Na - еще нет.

Опыт 5: Снятие в случае твердого сплава

Образцы для испытаний (двузубая твердосплавная фреза диаметром 8 мм, покрытие Alcrona) выдерживались в растворе для удаления покрытий 30 мин и затем обрабатывались дробью F500 для струйной обработки при давлении 3 бара. Съем измеряли в мкм. Затем инструмент снова покрывали, удаляли покрытие, измеряли и т.д. Следующая таблица показывает съем в мкм.

Таблица 9
Раствор 1 x удаление покрытия и струйная обработка 5 x удаление покрытия и струйная обработка
2K/2Na 2 11
4K/10K 4,5 12
4K/10Na 5,5 15

Результат:

Обычные твердые сплавы или спекшиеся карбиды металла состоят из 90-94% карбида вольфрама как усиливающая фаза и 6-10% кобальта как связующее/связующая фаза. В процессе спекания связующее плавится из-за его более низкой (по сравнению с карбидом) температуры плавления и связывает зерна карбида. Имеются варианты материала, которые помимо карбида вольфрама содержат также TiC (карбид титана), TiN (нитрид титана) или TaC (карбид тантала) со связующей фазой из Ni, Co или Mo. Примерами таких твердых сплавов, называемых металлокерамикой, являются упоминавшиеся в настоящей заявке материалы TTX и TTR (TTX: 60% WC, 31% TiC+Ta (Nb) C+9% Co).

Поэтому в процессе снятия покрытий критичным является прежде сохранение связующей фазы, раствор для удаления покрытий не должен растворять сам инструмент. Поэтому в уровне техники предлагается также при снятии высокопрочных покрытий с твердых сплавов избегать сильно щелочных сред.

Как подтверждено опытами выше, несмотря на предубеждения специалистов против использования щелочных растворов для удаления покрытий с твердых сплавов, можно указать такой раствор. Растворы 4K/10Na и 4K/10K - оба имеют значение pH выше 13 и, тем не менее, повреждают кобальтовую связующую фазу в твердосплавном образце согласно таблицам 4 и 5, кроме одного случая (TTX при 4K/10K), заметно меньше, чем раствор согласно уровню техники 2K/2Na.

Таблица 9 показывает, правда, что при первом использовании растворов 4K/10Na и 4K/10K имеет место более значительный съем с подложки, чем в случае раствора согласно уровню техники. Однако со временем получается, в частности, что раствор 4K/10K обуславливает лишь незначительно более высокий съем, чем 4K/10Na. Это является неожиданным, так как, по сути, высокая доля гидроксида калия должна более сильно разъедать материал основы, чем в остальном сравнимые растворы с гидроксидом натрия.

В качестве гипотезы для объяснения могут служить следующие соображения: при получении раствора 4K/10K в свежей смеси образуются зеленые кристаллы, что является признаком образования манганатов(VI) в результате реакции в растворе перманганата с большим количеством гидроксида щелочного металла. Эти кристаллы снова растворяются при использовании раствора для снятия покрытий.

Таким образом, следует предположить, что тем самым из свежего раствора удаляется перманганат в результате реакции с получением марганата(VI), что, собственно, и снижает ожидаемое специалистом высокое разрушающее действие 4K/10K. При использовании кристаллы марганата(VI) снова растворяются, тем самым, с одной стороны, напрямую имеются в растворе как окислитель; а, с другой стороны, в растворе едкого калия может протекать также дальнейшее превращение в перманганат. Другими словами, раствор для удаления покрытий 4K/10K сам регенерируется при применении. Эта гипотеза поддерживается экспериментальными данными из таблицы 9, а также таблицей 1.

При применении на стали картина является более неоднородной, но и здесь нужно констатировать, что растворы по изобретению селективно менее агрессивны, чем этого можно было ожидать из их химического состава.

Что касается эффективности, то таблица 1 показывает, что растворы по изобретению в среднем вдвое более эффективны и допускают более короткие времена воздействия (таблица 6).

Как известно, в процессе снятия из раствора перманганата выпадает двуокись марганца. Поэтому в отдельных случаях может оказаться необходимым после жидкостного химического снятия покрытий удалять остатки MnO2 с поверхности детали. Это можно осуществить известным образом посредством ультразвуковой бани, причем для помощи можно использовать слабую кислоту или буферный раствор в области дополнительной обработки от кислой до слабощелочной.

1. Способ удаления покрытия с детали, причем покрытие на детали содержит по меньшей мере один слой, который, в свою очередь, содержит по меньшей мере один из следующих материалов: металлический сплав AICr, TiAICr, или другие AICr - сплавы, или один из их нитридов, боридов, оксидов или их комбинацию, а также оксиды алюминия, отличающийся тем, что деталь помещают в раствор для удаления покрытий и оставляют там для обработки в течении предварительно определенного времени, причем упомянутый раствор является водным раствором щелочи с перманганатом калия KMnO4, содержащий от 3 до 8 вес.% KMnO4, предпочтительно от 3 до 5 вес.% KMnO4, и щелочи от 6 до 15 вес.%, предпочтительно от 6 до 12 вес.%, при этом щелочная фракция образована КОН или NaOH, а раствор имеет комнатную температуру от 15 до 30°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно предусмотрена по меньшей мере одна стадия дополнительной обработки после удаления покрытия, которая включает обработку поверхности детали.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно предусмотрена по меньшей мере одна стадия предварительной обработки перед удалением покрытия, которая включает обработку поверхности детали.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно предусмотрена по меньшей мере одна стадия предварительной обработки перед удалением покрытия, которая включает обработку поверхности детали.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что обработка поверхности является по меньшей мере одной из следующих возможностей обработки: промывка, очистка, обработка в ультразвуковой ванне, сушка, струйная обработка, чистка щеткой, тепловая обработка.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что обработка поверхности является по меньшей мере одной из следующих возможностей обработки: промывка, очистка, обработка в ультразвуковой ванне, сушка, струйная обработка, чистка щеткой, тепловая обработка.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к техническому моющему средству для очистки различных поверхностей, в частности для очистки металлических поверхностей от различных смазок, консервационных материалов, нефтепродуктов, для очистки оборудования пищевой промышленности от масложировых загрязнений, а также для использования в быту.

Изобретение относится к химической очистке выпарного и теплотехнического оборудования от отложений, состоящих из продуктов коррозии меди, а также гидрооксида магния, карбонатов кальция и магния, сульфата кальция, и может быть использовано при химической очистке теплообменного оборудования в энергетической, химической и металлургической промышленности.
Изобретение относится к очистке деталей газотурбинных двигателей из никелевых жаропрочных сплавов и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике и других областях техники, где используются ГТД, и при ремонте.
Изобретение относится к области химической обработки поверхности изделий из алюминия и алюминиевых сплавов для подготовки их к пайке. .

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к области обработки проволоки и изготовления изделий из нее, а также к способам очистки поверхности стальной проволоки, например, перед нанесением металлических покрытий.

Изобретение относится к очистке металлических поверхностей котлов, холодильников, электрофильтров и другого оборудования различных производств от отложений, содержащих карбонаты, сульфаты, силикаты щелочноземельных металлов, свинца и железа, а также кремнезем и некоторые другие примеси и может быть использовано для очистки и предотвращения отложений на стенках теплообменников, конденсаторов, бойлеров и другого оборудования.
Изобретение относится к очистке от отложений внешних и внутренних поверхностей полых деталей, например деталей, узлов и агрегатов двигателей. .

Изобретение относится к обработке металлической поверхности, в частности к очистке деталей. .
Изобретение относится к технологии снятия защитных покрытий, в частности для удаления покрытия из нитрида титана с поверхности деталей из титановых сплавов, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток компрессора.
Изобретение относится к технологии снятия защитных покрытий, в частности для удаления покрытия из нитрида титана с поверхности деталей из титановых сплавов, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток компрессора.

Изобретение относится к растворам для химической обработки, а именно: для снятия покрытия из нитрида титана, нанесенного в качестве декоративной отделки на изделия из стекла, металла и керамики.

Изобретение относится к технологии снятия защитных и декоративных покрытий, в частности, для удаления покрытий из нитрида и карбонитрида титана с поверхности стальных изделий.

Изобретение относится к химической обработке металлов, в частности к снятию с металлических поверхностей тонкопленочных покрытий на основе окислов - элементов IV группы.

Изобретение относится к химическому травлению, а именно к растворам для травления толстопленочных металлосодержащих покрытий, преимущественно для фотолитографического травления серебросодержащих покрытий на подложках из алюмооксидной керамики.
Изобретение относится к технологии удаления защитных покрытий из нитрида циркония с изделий, содержащих подложку из титана или титановых сплавов, в частности лопаток газотурбинных двигателей. В способе покрытие из нитрида циркония с подложки из титана или титанового сплава удаляют путем химического травления в нагретом водном растворе, содержащем ингредиенты при следующих соотношениях, мас.%: фторид аммония 0,3-1,5, этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль 3-10, перекись водорода 3-15, дистиллированная вода - остальное. Техническим результатом изобретения является сокращение энергозатрат при удалении покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титанового сплава. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к технологии химической обработки металлов и предназначено для использования в производстве печатных плат с защитной паяльной маской по меди. Селективный травитель для снятия оловянно-свинцовых покрытий с медной основы содержит H[BF4] (40%-ный раствор) 910-930 мл/л, Н2О2 (35%-ный раствор) 70-90 мл/л, Сu(NO3)2 0,03-0,04 г/л, KF 5-8 г/л, NaNO3 5,5-7,5 г/л, олеокс-5 0,6-0,7 г/л. Изобретение позволяет повысить селективность травления гальванических оловянно-свинцовых покрытий с медной основы за счет снижения скорости травления меди. 1 табл.
Наверх