Способ электрохимического полирования металлов и сплавов



Способ электрохимического полирования металлов и сплавов
Способ электрохимического полирования металлов и сплавов

 


Владельцы патента RU 2550068:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) (RU)

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 области электрохимической обработки деталей из металлов и сплавов и может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей.

Известен способ электрохимического полирования, представляющий собой анодное растворение, приводящее к улучшению микрогеометрии обрабатываемой поверхности [Заявка №49-38418, Япония, МКИ С23В 3/00, НКИ 12А63]. Электрохимическое полирование проводят как в стационарном, так и в движущемся электролите [Липкин Я.Н., Бершадская Т.Л. Химическое полирование металлов. - М.: Машиностроение, 1982. - 112 с.].

Недостатком существующих методов является токсичность электролита, низкая производительность.

Известен способ электрохимического полирования [патент РФ №2451773, МПК C25F 3/16, В23Н 3/00], который принят за прототип. Электрохимическое полирование осуществляют в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2-10 А/см2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, вибрации обрабатываемой детали с амплитудой и частотой, заданными исходя из электрохимических свойств материала. Полирование осуществляют циклами, при этом время одного цикла полирования задают не более 2 с, а время между циклами рассчитывают по формуле

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.

Шероховатость поверхности после каждого последующего цикла оценивают по аналитической зависимости, учитывающей электрохимические свойства обрабатываемого материала и параметры полирования

где - шероховатость последующего цикла, мкм; - шероховатость предыдущего цикла, мкм; n - порядковый номер цикла; kν - объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла, см3/А·мин; χ - удельная проводимость электролита, см-1·Ом-1; η - выход по току обрабатываемого металла; U - напряжение на электродах, В; ΔU - падение напряжения в приэлектродных слоях, равное алгебраической сумме падений напряжения в прикатодном и прианодном слоях, В; δМЭ3 - величина межэлектродного зазора, см; τ - время цикла электрохимического полирования, мин.

Недостатком прототипа является сложность автоматизации технологического процесса ввиду того, что не задана точная длительность цикла электрохимического полирования.

Задача изобретения - упрощение автоматизации технологического процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе электрохимического полирования металлической детали, включающем циклическое полирование детали в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2-10 A/см2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, вибрации обрабатываемой детали с амплитудой и частотой, заданными исходя из электрохимических свойств материала, и оценку шероховатости после каждого цикла полирования, при этом время между циклами рассчитывают в зависимости от параметров полирования и электрохимических свойств металла по формуле

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, согласно техническому решению время одного цикла полирования определяют из зависимости

где τ - время цикла электрохимического полирования, с; i - плотность тока анодного растворения, А/см2; D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см2/с; К=10-5 А.

Изобретение поясним на примерах:

Пример 1: Обработке подвергались образцы из стали 12X13. Исходная шероховатость Rz 4,3 мкм; объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла kν=2,1·10-3 см3/А·мин; удельная проводимость электролита (15% NaCl в воде); χ=0,164 см-1·Ом-1; выход по току обрабатываемого металла η=0,8; напряжение на электродах U=8В; падение напряжения в приэлектродных слоях ΔU=2,3В; плотность тока по обрабатываемой детали i=1 А/см2; частота вибрации анода (обрабатываемой детали) f=50 Гц; амплитуда вибрации A=0,5 мм.

Время между циклами рассчитываем по формуле (1). Учитывая, что CS=0,48·10-3 моль/см3, толщина диффузионного слоя δ=0,4·10-3 см, τмц≥l,45c.

Время одного цикла рассчитываем по зависимости (3), полученной по результатам обобщения экспериментальных данных и характеризующей время насыщения диффузионного слоя в течение одного цикла обработки:

К - постоянная величина, численно равная силе тока, обеспечиваемого диффузией ионов обрабатываемого металла, А. Для диапазона плотностей тока 0,2-10 A/см2 К=10-5 A; D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, D=10-5 см2/с.

При этом после первого цикла полирования, используя формулу (2), получим расчетный параметр

Измеренное значение параметра шероховатости

Второй цикл электрохимического полирования длительностью 1 с проводили после паузы в 1,45 с.

После второго цикла расчетное значение параметра шероховатости поверхности измеренное

Шероховатость поверхности улучшается за счет проведения процесса в оптимальном режиме диффузионной кинетики. Пример 2:

Обработке подвергались образцы из стали 12X13. Плотность тока по обрабатываемой детали i=2А/см2. Остальные исходные данные, свойства электролита, параметры вибрации как в примере 1.

Время между циклами рассчитываем по формуле (1). Учитывая, что CS=0,96·10-3 моль/см-3; толщина диффузионного слоя δ=0,4·10-3 см, получили τмц≥1,5 с.

Время одного цикла рассчитали по зависимости (3):

К=10-5А, D=10-5 см2/с.

Расчетное значение параметра шероховатости поверхности

Измеренное значение В результате увеличения плотности тока, время цикла уменьшилось до 0,5 с. При этом режим диффузионной кинетики сохраняется, в результате чего характер изменения шероховатости не меняется.

Пример 3:

Обработке подвергались образцы из стали 12X13. Исходные данные, свойства электролита, параметры вибрации как в примере 1. Время цикла полирования задали произвольно равным 3 с. Время между циклами рассчитали по формуле (1), τмц≥1,45 с.

При времени одного цикла полирования 3 с на поверхности обрабатываемой детали образуется волнистость и матовость.

Таким образом, при электрохимическом полировании с временем одного цикла, рассчитанным по формуле (3) сохраняется закономерность снижения шероховатости поверхности при ее наилучшем качестве. При последующих циклах обработки указанная закономерность соблюдается.

Заявляемый способ электрохимического полирования с рассчитанным по зависимости временем цикла полирования дает возможность автоматизировать процесс электрохимического полирования, не проводя экспериментальных исследований.

Способ электрохимического полирования металлической детали, включающий 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, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:
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.
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.
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.

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 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 сплавов и может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей.
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.

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 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