close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7291

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7291
(13) C1
(19)
(46) 2005.09.30
(12)
7
(51) C 25F 3/20
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ПЛАЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТНОГО
ПОЛИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
(21) Номер заявки: a 20020425
(22) 2002.05.20
(43) 2003.03.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Куликов Иван Семенович;
Каменев Анатолий Яковлевич; Ермаков Владимир Леонидович; Ващенко Светлана Владимировна; Климова Людмила Александровна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(56) SU 1700110 A1, 1991.
SU 1648992 A1, 1991.
US 4740280, 1988.
WO 96/10104 A1.
EP 1021597 A1, 2000.
EP 0399170 A3, 1991.
EP 0070840 A1, 1983.
BY 7291 C1 2005.09.30
(57)
Электролит для плазменно-электролитного полирования изделий из алюминия и его
сплавов, содержащий водный раствор калийной соли, отличающийся тем, что в качестве
калийной соли содержит хлористый калий и дополнительно содержит щавелевую кислоту
и глицерин при следующем соотношении компонентов, мас. %:
хлористый калий
2-5
щавелевая кислота
0,5-3,0
глицерин
0,5-2,0
вода
остальное.
Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов и используется в процессах плазменно-электролитного полирования металлических изделий, преимущественно из алюминия и его сплавов, а также для предварительной подготовки поверхностей перед нанесением покрытий.
При производстве товаров и изделий бытового и технического назначения имеется
большая номенклатура изделий, изготовленных из алюминия и его сплавов (посуда, декоративные элементы мебели, осветительной арматуры, изделия автомобильной, авиационной промышленности), поверхность которых полируют в качестве финишной обработки
либо перед нанесением декоративных покрытий. Использование высокопроизводительной
плазменно-электролитной технологии в анодном электрогидродинамическом режиме при
полировании изделий из алюминия представляет значительные трудности, поскольку не
разработаны эффективные электролиты на основе водных растворов солей, не содержащие кислот и пригодные для промышленного применения.
BY 7291 C1 2005.09.30
Известен электролит [1] на основе кислот для электрохимического полирования алюминия, который содержит (мас. %) фосфорную кислоту 40-50 %, серную кислоту 35-40 %,
хромовый ангидрид 5-6 %, остальное вода. Известный электролит является агрессивным,
токсичным и дорогостоящим, вызывает коррозию ванны и оснастки.
Известен щелочной электролит [2], содержащий (мас. %) тринатрийфосфат 23-38 %,
соду кальцинированную 16-30 % и продукт конденсации глицерина и уротропина 1-8 %.
Данный электролит используется в процессе электрохимического полирования алюминия
и его сплавов при напряжениях 25-55 В, имеет низкую производительность (продолжительность обработки составляет до 10 мин), значительную себестоимость и требует специальной очистки отработанного электролита.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, а также по экологической безопасности является электролит [3], содержащий 1-10 %
по массе сульфата калия, применяемый для полировки металлов плазменно-электролитным методом в водных растворах солей при напряжении 330-380 В и температуре 7090 °С. Однако данный электролит используется преимущественно при полировке хромоникелевых сплавов. При обработке изделий из алюминия и его сплавов известный электролит не обеспечивает необходимого снижения шероховатости поверхности и образования блеска, обработанные изделия не приобретают хорошего декоративного вида.
Качество полировки резко снижается при сложной конфигурации поверхности, имеющей
углубления и полости.
Задачей настоящего изобретения является создание электролита, пригодного для промышленного применения и обеспечивающего высокое качество плазменно-электролитного полирования изделий из алюминия и его сплавов, в том числе изделий сложной формы
с углублениями и полостями.
Поставленная задача достигается тем, что в известный электролит, содержащий водный раствор калийной соли, вводят в качестве калийной соли хлористый калий и дополнительно щавелевую кислоту и глицерин в следующем соотношении компонентов,
мас. %:
хлористый калий
2-5
щавелевая кислота
0,5-3
глицерин
0,5-2
вода
остальное.
Предлагаемый электролит обеспечивает высокое качество плазменно-электролитного
полирования изделий из алюминия и его сплавов, в том числе изделий сложной формы с
углублениями и полостями, не разлагается на воздухе, долговечен в использовании, не
требует ежедневной замены и блеск в таком электролите достигается за 2 мин обработки.
При полировании изделий плазменно-электролитным методом при напряжениях 250350 В вблизи поверхности изделия, являющегося анодом, протекают различные физические и электрохимические процессы, включающие нагрев электролита до 80-90 °С, образование парогазовой оболочки вблизи поверхности изделия, разрядные явления в оболочке, протекание электрохимических реакций. Достижение эффекта полирования возможно
при обеспечении необходимых электрохимических условий и режимов протекания физико-химических процессов на обрабатываемой поверхности. Эффект полирования наблюдается только при наличии равенства скоростей окисления и травления образующегося
окисла. Характер и кинетика химических процессов зависят от состава обрабатываемого
металла и электролита. В предлагаемом изобретении путем выбора состава электролита,
содержащего (мас. %) хлористый калий 2-5 %, щавелевую кислоту 0,5-3 % и глицерин 0,52 %, остальное вода, достигается равенство скоростей электрохимических реакций окисления и травления, что создает эффект полирования алюминиевой поверхности, в том
2
BY 7291 C1 2005.09.30
числе на изделиях сложной формы, имеющих выступы, углубления и полости. Наличие в
растворе глицерина изменяет коэффициент поверхностного натяжения жидкости, что
приводит к образованию очень мелких газовых пузырьков и усиливает взаимодействие
электролита с обрабатываемой поверхностью в углублениях и полостях, таким образом
способствуя процессу полировки углублений и полостей. При увеличении концентрации
хлористого калия и щавелевой кислоты выше оптимальных диапазонов преобладает процесс травления металла, вследствие чего значительно ухудшается качество полировки,
образуются темные пятна. Увеличение концентрации глицерина выше 1 % приводит к быстрому потемнению электролита в процессе эксплуатации установки, снижению блеска
поверхности и сокращению ресурса электролита. Снижение концентраций хлористого калия и щавелевой кислоты ниже указанных пределов приводит к резкому ухудшению качества полировки поверхности, появлению дымки, увеличению шероховатости, поскольку
начинает превалировать процесс равномерного растворения поверхности металла и уменьшается травление выступов. Также при снижении содержания хлористого калия менее
двух процентов возникают нестабильности режима обработки, появляются броски тока и
возможно отключение установки. Слишком малые добавки глицерина (менее 0,5 %) недостаточно изменяют коэффициент поверхностного натяжения раствора, оставляя углубления и полости неполированными (см. таблицу).
В качестве примера использования предлагаемого электролита проводилась полировка рампы форсунок для двигателя легкового автомобиля из деформируемого сплава алюминия. Рампа форсунок имела сложную форму с углублениями разного диаметра и полостями. Электролит содержал 3 % хлористого калия, 1 % щавелевой кислоты и 1 %
глицерина, остальное вода. Обработка осуществлялась на плазменно-электролитной установке ЭИП-240 мощностью 240 кВт при рабочем напряжении 320 В. Полирование проводили при температуре электролита 80 °С в течение 2 мин. Исходная шероховатость составляла Ra = 0,80 мкм. После обработки получили блестящую бездефектную поверхность
с равномерной шероховатостью Ra = 0,016 мкм. Шероховатость измеряли контактным
профилометром типа 283. Результаты полировки рампы форсунок при тех же электрических режимах и рабочих параметрах процесса в течение 2 мин, но при различных концентрациях компонентов электролита приведены в таблице.
Результаты полировки рампы форсунок из деформируемого сплава алюминия при
различных концентрациях компонентов электролита
Концентрация предлагаемого
Результат обработки
электролита
№ п/п
ШероховаЩавелевая
KCl
Глицерин тость поверхКачество поверхности
кислота
ности, Ra
Блестящая полированная поверх1.
2%
0,5 %
0,5 %
0,11 мкм
ность
Блестящая полированная поверх2.
3%
1%
1%
0,016 мкм
ность
Блестящая полированная поверх3.
5%
3%
2%
0,08 мкм
ность
Полировка отсутствует. Нестабиль4.
1%
1%
1%
0,78 мкм
ность режима обработки (броски
тока).
5.
7%
1%
1%
0,75 мкм
Снижается качество полировки
3
BY 7291 C1 2005.09.30
Продолжение таблицы
Концентрация компонентов
предлагаемого электролита
Результат обработки
№ п/п
ШероховаЩавелевая
KCl
Глицерин тость поверхКачество поверхности
кислота
ности, Ra
6.
3%
0,3 %
1%
0,43 мкм
Появляется дымка на поверхности
Растравливание поверхности
7.
3%
4%
1%
0,38 мкм
(точечное травление)
0,35 мкм в Затрудняется полировка углубле8.
3%
1%
0,3 %
углублениях ний (образуется налет)
Снижается качество полировки и
9.
3%
1%
3%
0,48 мкм
ресурс электролита (электролит
темнеет)
Известный электролит: 5 %Полировка отсутствует, черная
10.
0,75 мкм
ный раствор сульфата калия
пленка
Для сравнения проводили полирование рампы форсунок с использованием известного
электролита [3], т.е. в 5 %-ном растворе сульфата калия, в течение 2 мин и температуре
80 °С. После обработки на поверхности появлялась черная пленка, блеска не было, шероховатость почти не изменилась (см. таблицу).
Как следует из таблицы, предлагаемое техническое решение путем использования
электролита, содержащего хлористый калий 2-5 %, щавелевую кислоту 0,5-3 % и глицерин 0,5-2 %, остальное вода, обеспечивает равномерное снятие шероховатостей и образование блеска по всей поверхности изделий из алюминия сложной формы, имеющих углубления и полости.
Предлагаемый электролит пригоден для промышленного применения, он обеспечивает стабильность работы установки, не вызывает коррозии ванны и оснастки, химически
стоек, не разлагается на воздухе, долговечен в использовании. Корректировка электролита
по содержанию щавелевой кислоты потребуется только через сто часов работы установки,
когда необходимо будет сделать соответствующую добавку щавелевой кислоты, чтобы
довести ее содержание до 1 %. Корректировка содержания остальных компонентов (хлористого калия и глицерина) потребуется через месяц односменной работы установки. В
состав электролита не входят дефицитные дорогостоящие компоненты, поэтому по стоимости он очень выгодно отличается от дорогих и токсичных кислотных электролитов. Отработанный электролит легко утилизируется. Процесс полировки с использованием предлагаемого электролита является экологически чистым, не требует наличия специальных
сооружений для утилизации отработанного электролита. Существенная экономия финансовых ресурсов при использовании предлагаемого электролита для полировки изделий из
алюминия и его сплавов возникает вследствие низкой стоимости компонентов электролита, высокой производительности технологического процесса (небольшой длительности
процесса обработки около двух минут), долговечности электролита, отсутствия специальных очистных сооружений.
Источники информации:
1. Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. - Л.: Машиностроение, 1977. - С. 113.
2. А.с. СССР 1148909 А, МПК С 25F 3/20, 1985.
3. А.с. СССР 1700110 А1, МПК С 25F 3/16, 1991 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
93 Кб
Теги
by7291, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа