close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8424

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8424
(13) C1
(19)
(46) 2006.08.30
(12)
7
(51) C 25F 3/16
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИЗ МЕДИ
И МЕДНЫХ СПЛАВОВ, ПОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
BY 8424 C1 2006.08.30
(21) Номер заявки: a 20031087
(22) 2003.11.25
(43) 2005.06.30
(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;
Ермаков Владимир Леонидович
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(56) RU 2116391 C1, 1998.
BY 3604 C1, 2000.
US 5028304, 1991.
DD 238074 A1, 1986.
RU 2023767 C1, 1994.
RU 2127334 C1, 1999.
(57)
Способ электрохимической обработки металлических изделий, преимущественно из
меди и медных сплавов, под гальванические покрытия, включающий анодную обработку
изделий в электрогидродинамическом режиме при температуре 70-90 °C в электролите,
содержащем водный раствор аммонийных солей неорганических и карбоновых кислот,
отличающийся тем, что обработку ведут при напряжении 240-400 В и используют раствор аммонийных солей, содержащий фтористый аммоний и аммоний лимоннокислый
одно-, двух-, трехзамещенный или их смесь при следующем соотношении компонентов,
мас. %:
фтористый аммоний
1-3
аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный или их смесь
1-5
вода
остальное.
Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов, а именно к плазменно-электролитному полированию металлических изделий, преимущественно из высокоуглеродистых нержавеющих сталей, меди и медных
сплавов, и может найти широкое применение во многих отраслях промышленности.
Высокоуглеродистые нержавеющие стали мартенситного класса используются для изготовления режущего инструмента, подшипников, штампов, элементов запорной и регулирующей арматуры.
Медь и ее сплавы широко используют в электро-, радио- и авиационной технике (контакты, арматура и т.д.), судостроении (гребные винты) и химическом машиностроении
BY 8424 C1 2006.08.30
(конденсационно-холодильное оборудование), подшипниковой (втулки, вкладыши и др.),
автомобильной (радиаторные трубки) и часовой промышленности (корпуса, браслеты,
кольца), сантехническом оборудовании (краны, барашки, втулки) и запорной арматуре
(клапана для коррозионно-активных сред).
Применение плазменно-электролитного метода в анодном электрогидродинамическом
режиме при полировании изделий из сталей, меди и медных сплавов дает хорошие результаты для финишной полировки или предварительной подготовки поверхностей под гальванические или иные покрытия (хромирование, никелирование, покрытия золотом, ионноплазменное напыление нитридом титана и т.д.).
Известно, что качество гальванических покрытий, наносимых на металлическую поверхность (в том числе и на латуни различного состава), зависит от состояния покрываемой поверхности. При этом различные загрязнения и окисные пленки препятствуют
качественному сцеплению гальванического покрытия с подложкой, а шероховатость подложки передается покрытию и сохраняется на нем до значительной толщины. Нанесение
гальванических покрытий на изделия сложной формы, изготавливаемые путем механической обработки, связано с их ручной зачисткой с целью снятия заусенцев, сглаживанием шероховатостей, полировкой, отмывкой и активированием поверхности. Для
электрохимической полировки изделий из латуни предложены способы и составы электролитов, позволяющие получить достаточно чистую, блестящую поверхность без применения механической полировки, не обеспечивающей высокого качества в труднодоступных местах.
Известен способ электрохимической полировки меди и медьсодержащих материалов [1], в котором используют электролит следующего состава: 950 мл фосфорной кислоты и 50 мл серной кислоты. Однако предложенный состав отличается агрессивностью,
дает вредные испарения, а его утилизация требует дополнительных затрат.
Известен способ [2] полирования изделий из хромоникелевых сталей в анодном электрогидродинамическом режиме при напряжении 330-380 В и температуре 70-90 °С, в растворе сульфата калия 1-10 мас. %, остальное вода. Этот способ не полирует ни высокоуглеродистые стали, ни латуни.
Известен раствор [3] для полирования металлических поверхностей, в частности изделий из сталей, содержащий хлорид аммония 2-4 % и хлорид натрия 2-3 мас. %, остальное
вода. Этот раствор не полирует на сталях углубления, канавки и полости, а также не дает
блеска на высокоуглеродистых нержавеющих сталях и на латунях, особенно содержащих
свинец.
Известен способ электрохимической обработки поверхности металлических изделий [4] в электрогидродинамическом режиме в электролите, содержащем (мас. %): аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный или их смеси 2-18 %, остальное вода,
который имеет цель придать высокую коррозионную стойкость поверхности изделий из
латуни и малоуглеродистой нержавеющей стали. При этом производится обработка мелких изделий простой формы (пластины и цилиндры) из латуни Л63 и нержавеющей стали
20X13 и достигается эффект коррозионной стойкости за счет получения необходимой шероховатости поверхности (0,28 мкм для латуни и 0,48 мкм для стали) при уменьшении
съема металла для латуни Л63 в 2-2,4, а для стали 20X13 в 20-27 раз при соответствующем
увеличении длительности работоспособности электролита до 26 А.ч/л для латуни и
31 А.ч/л для стали 20X13. Однако указанный способ непригоден для подготовки латунных
изделий сложной формы из-за невозможности снять заусенцы, сгладить шероховатости и
отполировать до 10-13 класса чистоты поверхности. Так, при обработке способом [4] изделий, имеющих сложную поверхность, отверстия или состоящих из многих элементов
(например цепочки, браслеты, шаровые элементы арматуры и др.), сильно проявляется
эффект объемного вскипания электролита и нарушения пленочного кипения. Это приводит к броскам тока, срыву режима обработки, особенно при промышленном применении
2
BY 8424 C1 2006.08.30
(массовой полировке больших партий мелких изделий). Причем эти недостатки имеют
место при всех заявленных концентрациях и составах электролита. Кроме того, при обработке латунных изделий, изготовленных методом отливки, а затем механически обработанных и полированных известным способом [4], имеет место травление зернистой
структуры металла изделия и возникновение явления эпитаксии при нанесении гальванического покрытия, что приводит к неравномерному росту кристаллитов хрома и увеличению шероховатости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту (прототип) является способ полирования изделий, включающий электролитическую
анодную обработку в растворе, содержащем аммонийную соль неорганической кислоты, в
котором обработку ведут при напряжении 110-360 В, плотности тока 1000-18000 А/м2,
температуре 50-90 °С в течение 30-200 с в растворе, дополнительно содержащем аммонийные соли низших карбоновых кислот и органические или неорганические вещества,
образующие с металлами сплава комплексные соединения [5]. Однако указанный способ
непригоден для подготовки изделий из латуней с повышенным содержанием свинца
(свыше 0,8 %) под гальванические покрытия хромом, золотом и ионно-плазменное напыление нитридом титана из-за невозможности сгладить шероховатости и отполировать до
10-13 класса чистоты поверхности (0,16-0,02 мкм). Такие латуни используются для изготовления механической обработкой изделий сложной формы с повышенными требованиями к декоративному качеству покрытий, например деталей наручных часов, браслетов,
деталей прецизионной запорной арматуры и т.д.
Помимо этого полировка высокотвердой, высокоуглеродистой нержавеющей стали
мартенситного класса типа 4X13 и 95X18 известным способом [5] невозможна из-за их
оксидирования.
Задачами настоящего изобретения являются сглаживание значительной шероховатости поверхности, ее полировка, подавление эффекта металлографического травления, повышение устойчивости процесса. Технический результат, получаемый при осуществлении
изобретения, заключается в снижении шероховатости с 6-7 до 10-13 класса чистоты обработки поверхности, получении зеркального блеска, исключении бросков тока и получении
устойчивого режима, расширении химического состава обрабатываемых изделий и метода
их изготовления, возможности обработки изделий сложной формы, имеющих углубления
и полости.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе электрохимической
обработки металлических изделий, преимущественно из меди и медных сплавов, под гальванические покрытия, включающем анодную обработку изделий в электрогидродинамическом режиме при температуре 70-90 °С в электролите, содержащем водный раствор
аммонийных солей неорганических и карбоновых кислот, обработку ведут при напряжении 240-400 В и используют раствор аммонийных солей, содержащий фтористый аммоний и аммоний лимоннокислый одно-, двух-, трехзамещенный или их смесь при
следующем соотношении компонентов, мас. %:
фтористый аммоний
1-3
аммоний лимоннокислый одно-,
двух-, трехзамещенный или их смеси
1-5
вода
остальное.
Использование раствора фтористого аммония и аммония лимоннокислого одно-,
двух-, трехзамещенного или их смеси позволяет: исключить неконтролируемое объемное вскипание раствора и броски тока, снизить шероховатость поверхности с 2,5-1,6 мкм
до 0,09-0,02 мкм, подавить эффект металлографического травления поверхности, достичь зеркального блеска, расширить состав полируемых изделий за счет латуней, содержащих свинец свыше 0,8 %, литых латуней и высокоуглеродистых нержавеющих сталей
мартенситного класса. Предлагаемый способ можно использовать для промышленного
3
BY 8424 C1 2006.08.30
применения, то есть одновременно обрабатывать большие партии изделий сложной
формы.
Кроме того, использование заявляемого способа электрохимической обработки металлических изделий позволяет осуществлять новую операцию, а именно мягкое глянцевание
гальванического хромового покрытия, когда в течение 0,5-1 минуты удается резко увеличить светоотражение тонкого хромового покрытия на латуни толщиной 3-5 мкм без его
повреждения. Использование заявляемого способа, вследствие получения весьма гладкой
поверхности под гальваническое покрытие, позволяет делать качественные защитнодекоративные покрытия значительно меньшей толщины, чем при механической полировке, и экономить хром и драгоценные металлы.
Способ опробован при сглаживании шероховатости, полировке, зачистке заусенцев и
притуплении острых кромок на изделиях часовой промышленности (корпусах часов, непосредственно снятых с механической обработки и изготовленных из латуней ЛС59-1 и
ЛС63-3), литых латунных деталях прецизионной запорно-регулирующей арматуры (шаровые элементы) под хромирование, браслетах часов (под покрытие золотом), которые приравниваются к ювелирным изделиям и выполнены с элементами пайки медно-фосфорным
и серебряным припоями, режущих элементах, изготовленных из стали 40X13 и на деталях
прецизионной регулирующей аппаратуры, изготовленных из стали 95X18. Во всех случаях получены положительные результаты.
Экспериментально и технологически способ проверен и в лабораторном, и в полупромышленном масштабе, и показано, что увеличение концентрации электролита не приводит к пропорциональному увеличению светоотражения, работоспособности электролита,
устойчивости процесса обработки. Снижение или увеличение напряжения по сравнению с
заявляемым способом также нецелесообразно. В первом случае из-за роста неустойчивости, а во втором из-за избыточного перерасхода электроэнергии и перегрева электролита,
приводящих к усиленному разложению составляющих электролита.
Электролит обладает свойством самоочищения путем отстоя, а корректировка состава
осуществляется путем добавки компонентов. Заявляемый способ применим и в случае
очистки изделий от поверхностно-активных веществ, жировых и масляных отложений,
тонких окисных пленок, для активации поверхности, причем такая обработка весьма кратковременна и осуществляется в течение 5-30 секунд.
Первым примером конкретного осуществления предлагаемого способа является плазменно-электролитное полирование корпусов и других деталей наручных часов из латуней
марок ЛС59-1 и ЛС63-3, содержащих до 1,9 % и 3 % свинца соответственно под хромированное покрытие и детали из латуни Л63. Корпуса часов имеют сложную форму: многоуровневые и боковые канавки на наружной поверхности и во внутреннем пространстве
корпуса, а также отверстия небольшого диаметра. Электролит содержал: 3 % аммония лимоннокислого одно-, двух-, трехзамещенного или их смеси, 2 % фтористого аммония, остальное вода. Обработка осуществлялась плазменно-электролитным методом на
лабораторной установке при рабочем напряжении 300 В, температуре электролита 75 °С в
течение 2 минут. Промывка образцов осуществлялась путем однократного окунания в воду. Исходная шероховатость поверхности составляла Raисх. = 2,5 мкм. После полировки
получили блестящую поверхность с равномерной шероховатостью Ra = 0,08 мкм на корпусах из латуни ЛС59-1 (с 1 % свинца), что удовлетворяет требованиям технологии подготовки поверхности под покрытия, и Ra = 0,02 мкм для латуни Л63. Шероховатость
измеряли контактным профилометром типа 283.
Вторым примером конкретного осуществления заявляемого способа является плазменно-электролитное полирование под гальваническое покрытие детали клапана запорной
арматуры шаровидной формы с центральным сквозным отверстием. Обработка осуществлялась при напряжении 350 В и температуре 85 °С в течение 2 минут при следующем составе электролита: 5 % аммония лимоннокислого одно-, двух-, трехзамещенного или их
4
BY 8424 C1 2006.08.30
смеси и 3 % фтористого аммония. Исходная шероховатость составляла Raисх = 1,6 мкм.
В результате обработки получили полированную поверхность с шероховатостью
Ra = 0,08 мкм для латуни ЛС63-3 (с 3 % свинца) и Ra = 0,02 мкм для латуни Л63 (без
свинца).
Третьим примером конкретного осуществления способа является плазменноэлектролитное финишное полирование деталей высокоуглеродистых нержавеющих сталей
40X13 и 95X18. Обработку вели при напряжении 380 В и температуре 70 °С в течение 2
минут в электролите следующего состава: 1 % аммония лимоннокислого одно-, двух-,
трехзамещенного или их смеси и 1 % фтористого аммония. Исходная шероховатость составляла Raисх. = 1,6 мкм, а в результате полировки получили Ra = 0,09 мкм.
Для сравнения отметим, что полирование деталей из латуни ЛС-63 (т.е. латуни без повышенного содержания свинца), пример 2, с использованием известного электролита (прототип) [5], в растворе 5 %-(NН4)3РО4, 0,5 %-Н3РО4, 0,5 %-тартарата К в течение 100 секунд
при напряжении 360 В и температуре 67-77 °С шероховатость поверхности в результате обработки с исходной Raисх. = 1,4 мкм до конечной составила Ra = 0,20 мкм (т.е. ниже 10 класса), что в 2,5 раза ниже, чем у предлагаемого способа. Глянцевого блеска не было.
Предлагаемый способ обеспечивает стабильный токовый режим процесса плазменно-электролитной полировки, улучшение сглаживания шероховатости поверхности до
10-13 класса чистоты обработки и отражательной способности высокоуглеродистых нержавеющих сталей типа 40X13, 95X18 и медных сплавов, в том числе и латуней со
свинцом.
Источники информации:
1. Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование. - Л.: Машиностроение, 1987. - С. 86-87.
2. A.c. CCCP № 1700110, МПК C 25F 3/16. - Опубл. 1991.
3. Патент РБ № 1132, МПК С 25F 3/00. - Опубл. 1996.
4. Патент РБ № 3604 С2, МПК С 25F 3/00. - Опубл. 2000.
5. Патент России № 2116391 С1, МПК С 25F 3/16. - Опубл. 1998 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
94 Кб
Теги
патент, by8424
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа