Способ электролитно-плазменной обработки поверхности металлов


 


Владельцы патента RU 2550393:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в различных областях техники, в частности в машиностроении, в электротехнической промышленности, в приборостроении и в декоративных целях при производстве товаров народного потребления. Способ характеризуется тем, что алюминиевый или алюминийсодержащий анод и медненный стальной катод погружают в электролитическую ванну и на них подают напряжение 250-340 В при анодной плотности тока 0,4-0,7 А/см2 и при температуре водного раствора электролита 60-90°С, при этом в качестве электролита используют водный раствор, содержащий, мас.%: хлористый аммоний 5-10, хлористый калий 2-6, щавелевую кислоту 1-4 и воду - остальное. Технический результат: полирование активного электрода из алюминиевого или алюминийсодержащего сплава до зеркального блеска при синхронном удалении медного слоя с поверхности стального катода. 2 пр.

 

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов и может быть применено в процессах электролитно-плазменного полирования изделий и при удалении медных покрытий со стальных деталей в различных областях техники: в машиностроении, в электротехнической промышленности, в приборостроении и в декоративных целях при производстве товаров народного потребления. Способ синхронной обработки заключается в том, что одновременно осуществляется полирование алюминиевого изделия, служащего активным электродом в электролитной плазме при анодном процессе, и удаление медного покрытия со стальных деталей, служащих катодом.

Известно (Дураджи В.Н., Парсаданян А.С. Нагрев металлов в электролитной плазме. - Кишинев. Штиинца. 1988), что анодный процесс в электролитах состоит из нескольких режимов. Первый режим процесса, наблюдаемый на активном электроде (площадь поверхности анода не менее чем в два раза меньше поверхности катода) при прохождении электрического тока небольшой плотности в неподвижном электролите, представляет собой низковольтный электролиз. С повышением напряжения на электродах электролитической ячейки до 60-70 В и плотности тока до 10-16 А/см2 возникает коммутационный режим, характеризуемый тем, что вокруг активного электрода периодически образуется парогазовая оболочка, приводящая к запиранию тока в течение 10-3-10-4 с. Третий режим процесса - режим нагрева в электролитной плазме возникает при напряжениях свыше 80-90 В, когда образуется стационарная парогазовая оболочка вокруг активного электрода, плотность тока уменьшается до 0,8-1,5 А/см2, температура активного электрода может изменяться от 400 до 1100°С. Дальнейшее увеличение напряжения на электродах ячейки (в пределах от 250 до 350 В) после установления режима нагрева приводит к росту интенсивности свечения электрических разрядов, толщины парогазовой оболочки. При этом температура анода может становиться меньше 100°С, величина электрического тока в цепи уменьшается в 2-2,5 раза, т.е. устанавливается четвертый режим анодного процесса электрогидродинамический.

Во всех этих режимах происходит полирование поверхности активного электрода (Дураджи В.Н., Брянцев И.В., Товарков А.К. Исследование эрозии анода при воздействии на него электролитной плазмой. - Электронная обработка материалов, 1978, №5, с.13-17). Коммутационный режим требует больших энергетических затрат и используется в исключительных случаях. В режиме нагрева осуществляется термическая и химико-термическая обработка, что приводит к изменению структуры металлического изделия. Поэтому в настоящее время в промышленности для полирования металлических деталей используется электрогидродинамический режим, при котором температура детали не превышает 100°С и плотность тока на активном электроде составляет 0,4-0,6 А/см2.

При реализации способа полировки в электролитной плазме используют в основном водные растворы солей (при необходимости в зависимости от материала активного электрода можно использовать водные растворы кислот и щелочей). В случаях полирования изделий из алюминия или алюминиевых сплавов используют водный раствор хлористого аммония или хлористого натрия (Дураджи В.Н., Брянцев И.В., Товарков А.К. Исследование эрозии анода при воздействии на него электролитной плазмой. - Электронная обработка материалов, 1978, №5, с.13-17), а также хлористого калия, щавелевую кислоту и глицерин (патент BY №7291, публ. 2005 г.) при температуре электролита 60-90°С.

Медные покрытия, как правило, не применяются в качестве самостоятельного покрытия ни для декоративных целей, ни для защиты стальных деталей от коррозии. Это связано с тем, что медь в атмосферных условиях легко окисляется, покрываясь налетом окислов.

Однако благодаря хорошему сцеплению осажденной меди с различными металлами медное покрытие применяется в многослойных защитно-декоративных покрытиях в качестве промежуточного подслоя, а также для защиты стальных деталей от цементации, а также нанесенных в виде фольги на печатные платы.

Для удаления медных покрытий используется электрохимический способ анодного растворения в различных растворах. В работе (авторское свидетельство СССР №1696614, публ. 1978 г.) для удаления медных покрытий, нанесенных в виде фольги на печатные платы, используется водный раствор, содержащий сернокислый аммоний, сернокислую медь, перекись водорода, тиомочевину, серную кислоту, диметилформамид, при плотности тока 30-40 А/дм2.

В работе (патент RU №2104339, публ. 1998 г.) для электрохимического удаления медных покрытий используется водный раствор, содержащий нитрат натрия и уксусную кислоту, при плотности тока 4-5 А/дм2 и напряжении на ванне 2,4-2,5 В. Предложенный раствор позволил улучшить технологические характеристики процесса удаления медного покрытия и предотвратить растравливание стальной основы.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение технологических возможностей за счет обработки алюминиевых и алюминийсодержащих сплавов, а также увеличение номенклатуры обрабатываемых деталей.

Поставленная задача решается таким образом, что путем полирования алюминиевого активного электрода в электрогидродинамическом режиме анодного процесса при напряжении на электродах электролитической ванны 250-340 В синхронно осуществляется удаление медненного слоя со стального катода. В качестве электролита используется водный раствор, содержащий хлористый аммоний, хлористый калий и щавелевую кислоту при следующем соотношении компонентов (вес.%):

хлористый аммоний - 5-10;

хлористый калий - 1-6;

щавелевая кислота - 1-4;

вода - остальное.

Технический результат достигается следующим образом. Алюминиевый или алюминийсодержащий анод и медненный стальной катод погружаются в электролитическую ванну, и на них подают напряжение 250-340 В при анодной плотности тока 0,4-0,7 А/см2, при температуре водного раствора электролита 60-90°С, при этом в качестве электролита используют водный раствор, содержащий хлористый аммоний, хлористый калий и щавелевую кислоту при следующем соотношении компонентов (вес.%):

хлористый аммоний - 5-10;

хлористый калий - 2-6;

щавелевая кислота - 1-4;

вода - остальное.

Время обработки зависит от толщины медненного слоя и может изменяться от одной до нескольких минут.

Примеры конкретной реализации способа

Пример 1. Активный электрод изготовлялся в виде пластин размером 60×15×3,5 мм и прутков диаметром 8 мм, длиной 60 мм из алюминия А7. Медненный катод выполнен из нержавеющей стали 80×150×0,3 мм в виде полуцилиндра. Толщина медненного слоя составляет 4-6 мкм. Электроды погружают в электролит состава (вес.%):

хлористый аммоний - 10;

хлористый калий - 4;

щавелевая кислота - 3;

вода - остальное.

Электролит нагрет до температуры 60°С-90°С, напряжение на электродах 300 В при плотности тока на активном аноде 0,5-0,6 А/см2, время обработки - 2 мин. После обработки поверхность алюминиевого анода имеет равномерный зеркальный блеск, а со стального катода удален медный слой как с внутренней стороны, так и с внешней.

Пример 2. Активный электрод изготовлялся в виде пластин размером 60×15×3,5 мм из сплава Д1. Медненный катод выполнен из нержавеющей стали 80×150×0,3 мм в виде полуцилиндра. Толщина медненного слоя составляет 8-10 мкм. Электроды погружают в электролит того же состава. Электролит нагрет до температуры 60-80°С, напряжение на электродах 300 В при плотности тока на активном аноде 0,5-0,6 А/см2, время обработки - 3 мин. После обработки поверхность анода имеет равномерный зеркальный блеск, а со стального катода полностью удален медненный слой.

Таким образом, изобретение позволяет осуществить полирование активного электрода из алюминиевого или алюминийсодержащего сплава до зеркального блеска с синхронным удалением медненного слоя с поверхности стального катода.

Способ электролитно-плазменной обработки поверхности металлов, характеризующийся тем, что алюминиевый или алюминийсодержащий анод и медненный стальной катод погружают в электролитическую ванну и на них подают напряжение 250-340 В при анодной плотности тока 0,4-0,7 А/см2 и при температуре водного раствора электролита 60-90 °С, при этом в качестве электролита используют водный раствор, содержащий хлористый аммоний, хлористый калий и щавелевую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

хлористый аммоний 5-10
хлористый калий 2-6
щавелевая кислота 1-4
вода остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии электролитно-плазменного удаления защитных покрытий из нитрида титана с поверхности деталей из титановых сплавов и может быть использовано при восстановлении деталей турбомашин, в частности рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к гальванотехнике, а именно к установке для удаления покрытия и к способу удаления покрытия. .

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано для удаления металлических покрытий. .

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхностей и может быть использовано для определения момента окончания электролитно-плазменного удаления жаростойких металлических покрытий с поверхности никелевых сплавов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток турбин. .

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхностей. .

Изобретение относится к электролитическому способу и устройству для удаления покрытий с изделия. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток турбин. .

Изобретение относится к области благородных металлов, преимущественно золота, и может быть использовано при электролитическом извлечении золота из скрапа электронных и электротехнических изделий с подложкой из меди или ее сплава.

Изобретение относится к машиностроению, и именно к технологии отделочной обработки деталей из алюминия и его сплавов, и может быть использовано для обработки отверстий втулок и длинномерных изделий.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологии отделочной обработки деталей из алюминия и его сплавов, преимущественно осей и валиков, методами шлифования и электролитно-плазменного полирования.

Изобретение относится к электролитическому полированию алюминия и может найти применение в машиностроении и приборостроении , Цель - уменьшение шероховатости , повышение отражательной способности поверхности и увеличение скорости полирования .

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.
Наверх