close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7570

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7570
(13) C1
(19)
(46) 2005.12.30
(12)
7
(51) C 25F 3/16
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ПОЛИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ
(21) Номер заявки: a 20030199
(22) 2003.03.06
(43) 2004.09.30
(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; Климова Людмила Александровна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(56) RU 2168565 C1, 2001.
SU 390902, 1973.
WO 90/04664 A1.
DD 238074 A1, 1986.
JP 58167795 A, 1983.
BY 1132 C1, 1996.
RU 2186662 C2, 2002.
BY 7570 C1 2005.12.30
(57)
Электролит для полирования изделий из титана и его сплавов, содержащий водный
раствор солей фтористоводородной кислоты, отличающийся тем, что в качестве солей
фтористоводородной кислоты содержит фтористый аммоний и фтористый калий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
фтористый аммоний
1-5
фтористый калий
0,5-5,0
вода
остальное.
Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки
материалов и используется в плазменно-электролитном полировании изделий из титана и
его сплавов при анодной обработке в электрогидродинамическом режиме и для предварительной подготовки поверхностей под покрытия.
В современной технике титан и его сплавы находят широкое применение в таких отраслях промышленности, как авиационная и ракетно-космическая, криогенная техника и
техника высоких температур, судостроение и медицина (восстановительная и заместительная
хирургия), химическое машиностроение и пищевая промышленность. Имеется большая
номенклатура изделий, изготовленных из титана и его сплавов (лопасти авиационных газотурбинных двигателей, суставные протезы и протезы сердечных клапанов, изделия криогенной и химической промышленности), поверхность которых полируют в качестве
финишной обработки либо перед нанесением износостойких, коррозионно-стойких и декоративных покрытий. Титан легко пассивируется на воздухе. Образующаяся на его поверхности пленка диоксида титана способствует, с одной стороны, высокой коррозионной
стойкости титана в агрессивных средах, а с другой осложняет его анодную электрохимическую обработку. В связи с этим электролиты для полирования титана содержат серную,
BY 7570 C1 2005.12.30
азотную, хромовую кислоты для образования пассивирующей пленки, а также плавиковую кислоту либо ее соли, играющие роль активаторов процесса. Применение плазменноэлектролитного метода в анодном электрогидродинамическом режиме при полировании
изделий из титана и его сплавов представляет определенные трудности, поскольку в настоящее время не разработаны достаточно эффективные электролиты на основе водных
растворов солей, не содержащие кислот и пригодные для промышленного применения.
Известен электролит [1] на основе кислот для электрохимического полирования титана и его сплавов, который содержит (в г/л): фосфорную кислоту 760-860, серную кислоту
88-98, ингибитор коррозии БА-6 5-10, калий фосфорнокислый однозамещенный 10-20 и
натрий фосфорнокислый двухзамещенный 10-20, вода остальное. Известный электролит
является агрессивным, токсичным и дорогостоящим, вызывает коррозию ванны и оснастки.
Известен электролит [2] для полирования титана, содержащий (масс. %) азотную кислоту 58-60 %, плавиковую кислоту 15-17 %, фтористый аммоний 10-15 %, остальное вода. Данный электролит используется в процессе химического полирования титана и его
сплавов, имеет значительную себестоимость, также является агрессивным и токсичным,
требует специальных мероприятий для утилизации отработанного электролита.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
способ электрохимического полирования металлических изделий, взятый за прототип [3],
осуществляемый в две стадии в водных растворах солей борфтористоводородной, кремнефтористой, гексафтортитановой или плавиковой кислоты, применяемый для полировки
изделий из титана и титановых сплавов, циркония и циркониевых сплавов. Предложенные
растворы электролитов имеют узкую зону полирования и не обеспечивают полировки всей
гаммы титановых сплавов. Для реализации способа необходимо использование специального источника тока, обеспечивающего мгновенное переключение с одного режима на
другой, что существенно усложняет техническое исполнение работы. При обработке изделий из титана и его сплавов известный электролит не обеспечивает необходимого гарантированного снижения шероховатости поверхности, притупления острых кромок и образования
блеска. Особенно резко снижается качество полировки при сложной конфигурации поверхности, имеющей углубления.
Задачей настоящего изобретения является подбор электролита, обеспечивающего
снижение шероховатости поверхности, притупление острых кромок, снятие небольших
заусенец, и высокое качество полирования изделий из титана и его сплавов, в том числе
изделий сложной формы, имеющих углубления.
Поставленная задача достигается тем, что в электролит, содержащий водный раствор
солей фтористоводородной кислоты, вводят в качестве первой соли фтористый аммоний,
а в качестве второй соли - фтористый калий при следующем соотношении компонентов,
мас. %:
фтористый аммоний
1-5
фтористый калий
0,5-5
вода
остальное.
Обработку производят в одну стадию при напряжении 220-400 В и температуре электролита 70-90 °C.
Предлагаемый электролит позволяет получить гарантированное высокое качество
плазменно-электролитного полирования, притупления острых кромок и снятия заусенец
широкой гаммы составов титановых сплавов, экологически безопасен, не требует частой
замены, а полировка в таком электролите достигается за 5-10 минут обработки.
Эффект полирования плазменно-электролитным методом возможен лишь при обеспечении протекания на обрабатываемой поверхности необходимых электрохимических и
физико-химических процессов. Причем полирование поверхности наблюдается только
при наличии равенства скоростей окисления и травления образующегося окисла. Различия
в электрохимических процессах зависят от состава обрабатываемого металла, а также со2
BY 7570 C1 2005.12.30
става и концентрации компонент электролита. В предлагаемом изобретении выбором состава электролита, содержащего ( % по массе) фтористый аммоний 1-5 %, фтористый калий 0,5-5 %, остальное вода, достигается равенство скоростей электрохимических реакций
окисления и травления, что позволяет получить эффект полирования титановой поверхности.
В качестве примера использования предлагаемого электролита проводилась полировка протезов сердечных клапанов, выполненных из титанового сплава ВТ-16. Клапан имел
сложную форму с углублениями типа кольцевых канавок во внутреннем пространстве
кольца. Электролит содержал 3 % фтористого аммония, 1 % фтористого калия, остальное
вода. Обработка осуществлялась плазменно-электролитным методом на лабораторной установке мощностью 10 кВт при рабочем напряжении 320 В, температуре электролита
80 °C в течение 10 минут. Исходная шероховатость составляла (после предварительной
шлифовки) Raисх. = 0,8 мкм. После полировки получили блестящую поверхность с равномерной шероховатостью Ra1 = 0,05 мкм, что соответствует 12 классу чистоты обработки
поверхности по ГОСТ2789-73. Шероховатость до и после обработки измеряли контактным профилометром типа 283.
Для сравнения следует отметить, что в способе электрохимического полирования металлических изделий, взятом за прототип, достигнутый уровень шероховатости составляет
Ra1 = 0,23 мкм, что соответствует 9 классу чистоты обработки поверхности по ГОСТ2789-73.
Таблица
Результаты полировки деталей сердечных клапанов
из титанового сплава ВТ-16
при следующих концентрациях компонентов электролита
№
п/п
Концентрация
предлагаемого
электролита
Шероховатость
Качество поверхности
поверхности, Ra
1 % 0,5 % Остальное
0,16 мкм
Блестящая, полированная поверхность
3%
1 % Остальное
0,05 мкм
Блестящая, полированная поверхность
5%
5 % Остальное
0,30 мкм
Полированная поверхность
Полировка отсутствует.
0,5 % 2 % Остальное
0,79 мкм
Нестабильность токового режима
Отсутствие полировки, темные пятна
3 % 0,3 % Остальное
0,78 мкм
на поверхности
6%
2 % Остальное
0,50 мкм
Растравливание поверхности
3%
6 % Остальное
0,43 мкм
Снижается качество полировки
Качество полировки сплава ВТ-1
Известный электролит:
0,23 мкм
существенно ниже предложенного
4 % NH4BF4 (прототип)
электролита
NH4F
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Результат обработки
KF
Вода
Из таблицы следует, что предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить
равномерное снятие шероховатостей, притупление острых кромок и образование блеска
по всей поверхности изделий сложной формы из титана и его сплавов путем использования электролита, содержащего фтористый аммоний 1-5 %, фтористый калий 0,5-5 %, остальное вода.
3
BY 7570 C1 2005.12.30
Предлагаемый электролит обеспечивает стабильность процесса плазменно-электролитной полировки, не вызывает коррозии ванны и оснастки, не разлагается при длительном использовании и пригоден для промышленного применения. Причем корректировка
электролита по содержанию фтористого аммония потребуется только через сто часов работы установки, когда необходимо будет сделать и соответствующую добавку испарившейся воды, а корректировка содержания фтористого калия потребуется лишь через месяц
односменной работы установки. Состав электролита не содержит дефицитные, дорогостоящие компоненты и поэтому по стоимости значительно дешевле дорогих и токсичных
кислотных электролитов. Процесс полировки с использованием предлагаемого электролита является экологически чистым, так как отработанный электролит легко утилизируется
и не требует наличия специального оборудования и сооружений для этих целей. Использование предлагаемого электролита для полировки изделий из титана и его сплавов дает
существенную экономию денежных средств вследствие низкой стоимости компонентов
электролита, его долговечности, отсутствия специального очистного оборудования.
Источники информации:
1. А.с. СССР № 434139, МПК С 23В 3 /10. - Опубл. 1974.
2. Подготовка поверхности титановых сплавов ВТ-6 и ВТ-8 перед нанесением покрытия нитрида титана // ЖПХ. - 1998. - Т. 71. - Вып. 8. - С. 1311.
3. Патент России № 2168565, МПК С 25F 3/16. - Опубл. 2001 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
125 Кб
Теги
by7570, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа