Способ электрохимического полирования металлов и сплавов

Авторы патента:

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 $τ_{м ц} \geq {(\frac{z \cdot F}{2 i})}^{2} π D C_{S}^{2},$ 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, C_S - концентрация ионов на поверхности полируемой детали, моль/см³, а время одного цикла полирования определяют из зависимости $τ = \frac{K}{i \cdot D}$ , 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; C_S - 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; k_ν - 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; δ_МЭ3 - 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 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 R_z 4,3 мкм; объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла k_ν=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 C_S=0,48·10^-3 моль/см³, толщина диффузионного слоя δ=0,4·10^-3 см, τ_мц≥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 C_S=0,96·10^-3 моль/см^-3; толщина диффузионного слоя δ=0,4·10^-3 см, получили τ_мц≥1,5 с.

Время одного цикла рассчитали по зависимости (3):

К=10^-5А, D=10^-5см²/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), τ_мц≥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
$τ_{м ц} \geq {(\frac{z \cdot F}{2 i})}^{2} π D C_{S}^{2},$
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, C_S - концентрация ионов на поверхности полируемой детали, моль/см³, отличающийся тем, что время одного цикла полирования определяют из зависимости
$τ = \frac{K}{i \cdot D}$
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 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.

Способ электролитно-плазменного полирования деталей из титановых сплавов // 2495967

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.

Способ полирования деталей из титановых сплавов // 2495966

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.

Ручной инструмент-электрод для электрохимического полирования металлов // 2472874

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

Способ электролитно-плазменного полирования деталей из титана и титановых сплавов // 2461667

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.

Способ электрохимического полирования металлов и сплавов // 2451773

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

Способ обработки поверхности магниевых сплавов // 2403326

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 изготовления шпинделя из титанового сплава для трубопроводной арматуры // 2385792

Изобретение относится к способам изготовления шпинделей для задвижек и вентилей для перекрывания трубопроводов или регулирования расхода проходящих в них сред. .

Способ изготовления шпинделя из стали для трубопроводной арматуры // 2380598

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.

Способ многоэтапного электролитно-плазменного полирования изделий из титана и титановых сплавов // 2373306

Изобретение относится к области электрохимического полирования металлических изделий и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке лопаток. .

Способ полирования деталей из титановых сплавов // 2552203

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.

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.

Раствор электролита и электрохимические способы модификации поверхности // 2561549

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.

Раствор электролита и электрохимические способы модификации поверхности // 2631575

Изобретение относится к способам электролитической обработки деталей из цветных металлов. Способ удаления водорода из заготовки включает стадии, на которых погружают заготовку в ванну с водным раствором электролита, содержащим лимонную кислоту с концентрацией, меньшей или равной 982 г/л, гидрофторид аммония с концентрацией, большей или равной 2 г/л, и сильную кислоту, концентрация которой составляет не более 3,35 г/л, подключают заготовку к аноду источника питания постоянного тока и погружают катод источника питания постоянного тока в ванну, а затем пропускают ток, меньший или равный 538 А/м2, а также формируют кислородный барьер на поверхности, выполняющий функцию удаления водорода из металла. Изобретение направлено на повышение качества электролитической обработки, а также на уменьшение опасного воздействия сильных кислот и затрат на утилизацию отходов использованного раствора. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 12 ил., 9 табл., 3 пр.

Способ струйного электролитно-плазменного полирования металлических изделий сложного профиля и устройство для его реализации // 2640213

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для полирования штампов, пресс-форм, турбинных лопаток, крыльчаток и других изделий. Способ включает обработку поверхности изделия - анода струей электролита, подаваемой из сопла- катода, при напряжении 230-350 В и температуре 80-85°С, при этом струю направляют вертикально вверх на обрабатываемую поверхность, причем напор струи электролита регулируют в соответствии с эталонным значением тока, выбранным из пределов рабочего тока, и данными датчиков тока в цепи питания изделие-электролит-насадка. Устройство содержит устройство позиционирования изделия относительно насадки для струйной подачи электролита, емкость с электролитом, источник постоянного тока, положительный полюс которого подключен к обрабатываемому изделию, а отрицательный - к насадке, нагнетающий насос и фильтр грубой очистки электролита, при этом оно дополнительно содержит датчики тока в цепи питания изделие-электролит-насадка и терморегулирующее реле, связанные с платой управления для регулирования напора струи, при этом насадка для струйной подачи электролита на поверхность направлена вертикально вверх. Технический результат: повышение качества обработки сложнопрофильных поверхностей, повторяемость результатов обработки, уменьшение электрической мощности и металлоемкости электротехнического оборудования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.