Раствор для электрохимического полирования композиционного материала на основе алюминия

 

Союз Советскин

Социалистическии

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 29.0l.80 (21)2876899/22-02 с присоедииеннеи заявки hk— (23) П риоритет—

Опубликовано 23.02.82, Бюллетень М7

Дата опубликования описания 26.02.82 (5l)M. Кл.

С 25 Р 3/20//

//С 23 Р 3/02

3Ъоударотвенный комитет

СССР оо делан изобретений и открытий (53) У,П,в(621. .357.8 (088.8) (72) Автор изобретения

А. М. Кузей

Физико-технический институт AH Белорусской . ССр ." Ф)тт . / (7l) Заявитель (54) РАСТВОР ДЛЯ ЭЛЕКтжХИМИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ

КОМПО3ИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к элекгрохимической обработке материалов, в частности к полированию композиционного материала, представляющего собой алюминиевую основу (Af ), армированную волокнами бора (В).

Известен раствор для элекгрохимическога полирования металлов, например латуни, содержащий, мл:

Серную кислоту (удельный

Ъ то вес. 1,84 г/см ) 50

Ортофосфорную сл ту (удельный вес 1 80 г/cM ) 950

Процесс полирования проводят при 60-.

65 С и плотности тока 22-65 А/дм в течение 10-l5 мин f1).

Однако кислоты с указанным удельным весом содержат химически связанную воду, что не позволяет впекгрохимически полировать компсзиционный материал

A8-B (КМ А8-В), так как при содержанйи в растворе воды серная кислота не пассивируег основу при температурах полирования, а начинаег травить ее, пройс-ходит растворение алюминиевой основы в. серной и оргофосфорной кислотах. При электрическом полировании КМ A8-B в растворе, содержащем воду, не происходит быстрого образования и pocra пассивкой окисной пленки на основе и перераспределения плотности тока с основы на волокна бора, а происходит преимущественное растворение алюминиевой основы, волокна бора растворяются медленнее и выступают над основой,.повьпная mepoxoвагосгь поверхности KM Ас-В. Кроме того, при значительном содержании в растворе (даже безводном) оргафосфорной кислоты не происходит образования цасс вной пленки на основе (из-оа полного ее растворения и оргофосфорной кислоте), либо толщина ее недостаточна, чтобы привести к перераспределению тока с основы" на волокна, происходят растворение основы со скоростью большей, чем скорость растворения волокон бора.

Известен раствор для химического по лпрования композиционного материале

907091 ф

А8-B на основе концентрированных серной и ортофосфорной кислот, содержащий в своем составе добавки, которые приводят к образованию на поверхности алюминиевой основы труднорастворимой плен- 5 ки, которая замедляет скорость растворения основы и сравнивает ее со скоростью растворения волокон бора (2), Известный раствор предназначен только для химического полирования KM М-В с исходной 1О шероховатостью поверхности, соответствующей V 6 классу чистоты до т7 7 класса чистоты. Известный раствор не позволяет полировать КМ Al -З с исходной шероховатостью поверхности, соот- 15 ветствующей 7 3 — У4 классу чистоты из-аа нарушения стабильности процесса образования труднорастворимой пленки на алюминиевой основе, что ведет к полированию основы и волокон с различными gp скоростями и волокна выступают над ос-. новой, повышая шероховатость КМ А -В.

Для гого чтобы полировать КМ Af -В в растворе требуется предварительная подготовка (полировка) поверхности и до

V 6 класса чистоты. Для механического полирования КМ АВВ с с 3 V4 до с 6 класса чистоты требуется около 10 мин, . а стремя полирования в известном растворе с V 6 класса до <7 класса соста- З< вляет 1,5 мин, следовательно длительность обработки KM АГ-В с 3 — 0 4 до V7 класса при использовании извест- ного раствора составляет около 12 мин.

Наиболее близким к предлагаемому является раствор для электромеханического полирования композиционного материала на основе алюминия, например, Af-6102, содержащий серную (40-45 вес.%) и ор- . ip тофосфорную (35-30 вес. o) кислоты, а также хромовый ангидрид, фторид аммония, бифторид аммония и воду. Процесс ведут при 45-70 С и анодной плотности о гока 4-8 А/дм в течение 0,5-2 мин (3)q5

Однако известный раствор является мцогокомпонентным, наличие воды в расч воре, как было указано выше, не позволяет осуществлять полирование КМ АГ-В с получением полированной поверхности.

Цель изобретения — снижение шероховатости поверхности материала.

Поставленная цель достигается тем, что раствор, включающий серную и орто- 55 фосфорную кислоты, содержит указанные компоненты в следующем количестве, вес. iî, Серная кислота (удельный вес =l,86 г/см ) 92-98

Ъ

Ортофосфорная кислота (уцельный вес 1,87 г/

/см ) 8-2

Кроме гого, изобретение позволяет упростить состав раствора с шести до двухкомпонен гного.

В растворе используется безводная серная кислота, так называемый моногидра г, ко тора я имеет пло тиос ть 1,8 6 г/

/см и безводная ортофосфорная кислота (l,87 г/см ).

Полирование ведется при температуре о

200-260 С и анодной плотности тока

60-lCO А/дм в течение 0,5-2 мин.

Q.

В процессе электрохимического полирования композиционного материала А -B в данном растворе на основе безводных кислот алюминиевая основа покрывается пассивной окисной пленкой (A 5 + ) с высоким сопротивлением. Раствор также обладает значительным сопротивлением. С ростом толщины пленки происходит перераспределение плотности тока, которая увеличивается на волокнах бора и падает на алюминиевой основе, волокна начинают растворяться в растворе, Пассивная окисная пленка на алюминии растворяется в растворе с образованием на поверхности плотной, устойчивой вязl кой пленки продуктов взаимодействия, которая затрудняет диффузию свежих порций раствора к микровпадинам и облегчает к микровыступам основы, происходит преимущественное растворение микровыступов и сглаживание основы, сопротивление основы падает и снова происходит перераспределение плотности тока (увеличивается на основе и падает на боре) .

На основе начинает расти пассивная пленка, а на волокнах бора — растворение вязкой пленки продуктов взаимодействия бора с раствором (серной кислоты

CI l,86 г/см ) . Из за отсутствия воды в растворе вязкая пленка плотная и устойчивая, замедляет скорость растворения алюминиевой основы и предохраняет ее от растравливанияi.

При содержании ортофосфорной кислоты

8-2% при температуре 200-260 С скорости растворения волокон и основы (в интервале DO=60 100А/дм ) одинаковы.

У Я.

Ортофосфорная кислота интенсифицирует процесс полирования основы, серная кислота служит вязкой средой практически не взаимодействующей с алюминиевой

091

S 907 основой. Ортофосфорная кислота изменяет режим испарения серной кислоты и ин» тенсифицирует процесс полирования композиционного материала А -B (волокон бора, в особенности). Испарение серной кислоты происходит не с поверхности, а в объеме раствора, часть пузырьков конденсируется, не достигая поверхности, происходит резкое перемещение слоев раствора у поверхности ..омпоэиционного 10 мате1 нала, скорость полирования композиционного материала увеличивается (без разрушения вязкой пленки). Серная кислота стабильна, не меняет состава при испарении, пассивируег алюминиевую основу (200-260О). Волокна бора растворяются в серной кислоте с 0 =1,86 г/см

3 и не растворяются в кислоте cd=1,84г/

/мЗ

Наличие следов воды в растворе ведет к образованию неустойчивой вязкой аленки. которая разрушается при температуре полирования, происходит ускоренное растворение пассивной пленки и травление основы, падаег сопротивление раствора, не происходит периодического перераспределения плотности тока на волокнах бора и основе. Волокна бора не растворяюгся в серной кислоте, содержащей воду (6=

=1,84 г/см ), при этом основа не пас30 сивируегся и травит я (.как ортофосфор-. ной так и серной кислотой), В присутствии следов воды происходит интенсивное парообразование, изменяется состав расгвора (улетучивается серная кислота),разрушаются приспособления.

Pacraop, согласно изобретению, является универсальным — его можно использовать как для электрохимического полирования гак и для химического.

При химйческом лолированин КМ А0 В

40 безводная серная кислота пассивируег алюминиевую основу. Пассивная окисная пленка медленно растворяется в ортофосфорной кислоте. Присутствующая в большом избытке серная кислота постоянно пассивирует основу, по мере растворения пассивной окисной пленки происходит замедление с орости растворения основы и сравннвание ее со скоростью растворения волокон бора в сернсй кислоте.

Химическое полирование используют для обработки деталей сложной формы, электрохимическое полирование которых не представляется возможным из а экранирования отдельных участков поверхности и перераспределения плотности то ка.

Длительность обработки с 3-4 класса чистоты до М 7 составляет 4 мин, что в 3 раза сокращает продолжительность полирования по сравнению с известным рас твором.

А электрохимическое полированив о сравнению с химическим в известном растворе позволяет повысить производительность обработки в 4,5-5 раз.

Съем металла при элекгрохимическом полировании составляет 100-160 мкм, различие в шероховатости центра н краев образца. не превышаег 5-7%, а стабильность раствора 25-26 A ч/л.

При химическом полировании съем материала составляет 70-100 мкм, раствор позволяет полировать KM $R-В до накопления алюминия в растворе не более 2025 г/л.

Оптимальным интервалбм концен грации компонентов раствора для химического полирования является весЛ:

Серная кислота 96-98

Оргофосфорная кислота 4-2

Изобретение иллюстрируегся несколькими примерами, представленными в таблице.

Раствор, согласно изобретению, позволяет получагь полированную поверхносгь хорошего качества, а по сравнению с химическим полированием позволяет повысить производительность процесса в три раза, а по сравнению с механическим— ,на 200-250 ý.

Серная кислота

Ортсфосфорная кислота

Температура, С

Плотность тока, А/дм

Продолжительность, мин

98 95 92

8 2 4

200 230 260 200 230

80 100

2 1, 0,5 4 4

007091

Продолжение таблицы

Состав раствора, вес.% (режим и результаты электролиза) Примеры

3,5 40

3,5

3

4

1О

40

Формула изобретения

Раствор для электрохимического поли«, рования композиционного материала на основе алюминия, преимущественно алюминий-бор, содержащий серную и ортофос-р3 форную кислоты, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью снижения шероховатости поверхности материала, он содержит указанные компонеиты в следующем количес тве,. вес.%:

Серная кислота (удельный вес 1,86 г/см ) 92-98

Ортофосфорная кислота (удельный вес Ф 1,87r/

/см ) 8-2

2. Авторское свидетельство << CP no заявке Ж 2679342/02, 30 кл. С 23 F 3/02, 1978, 3. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2741452/02, кл. С 25 F 3/20, 1979.

Составитель Н. Бобок

Редактор Г, Волкова Техред А. Ач Корректор М. Коста

Заказ 524/35 Тираж 687 Подписное

BHHHfIH Государственного комитега СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Шероховатость, мкм до полирования после полирования

Класс чистоты, V до полирования после полирования

Скорость растворения, мкмlмин

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Щиголев П. В. Электролитическое и химическое полнрование металлов. М., АН СССР, 1959, с. 142.