close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11410

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.12.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 25F 3/00
СПОСОБ ПЛАЗМЕННО-ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ПОЛИРОВАНИЯ
ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ МЕДИ И/ИЛИ ЕЕ СПЛАВОВ
(21) Номер заявки: a 20061225
(22) 2006.12.05
(43) 2008.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси " (BY)
(72) Авторы: Багаев Сергей Игоревич;
Капустин Иван Аврамович (BY)
BY 11410 C1 2008.12.30
BY (11) 11410
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси " (BY)
(56) BY 8424 С1, 2006.
BY 3604 С1, 2000.
RU 2116391 C1, 1998.
SU 314815, 1971.
US 5028304 A, 1991.
DD 238074 A1, 1986.
KR 100312286 B1, 2002.
(57)
Способ плазменно-электролитного полирования поверхности изделия из меди и/или
ее сплавов, включающий анодную обработку в электрогидродинамическом режиме при
температуре 70-90 °С в электролите, содержащем соль аммония и воду, отличающийся
тем, что обработку ведут при напряжении постоянного тока 180-230 В, а в качестве электролита используют водный раствор сульфата аммония и динатриевой соли этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной кислоты (трилон Б) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
сульфат аммония
0,7-1,3
динатриевая соль этилендиамин-N,N,N',N'тетрауксусной кислоты (трилон Б)
2,5-3,5
вода
остальное.
Изобретение относится к электрохимическим методам обработки материалов, а именно к плазменно-электролитному полированию изделий, преимущественно из меди и ее
сплавов. Способ электрохимического полирования заключается в том, что обрабатываемое изделие погружают в водный раствор электролита и прикладывают к нему положительное по отношению к электролиту электрическое напряжение, под действием которого
между поверхностью обрабатываемого изделия и электролитом образуется парогазовая
оболочка, в которой протекают физические, химические и электрохимические явления,
обеспечивающие процесс полировки.
Метод плазменно-электролитной обработки (ПЭО) поверхности изделий из металлов
и сплавов был предложен в начале 80-х годов XX века. Наиболее широко были отработаны и освоены технологии плазменно-электролитной полировки поверхности изделий из
углеродистой и нержавеющей сталей. Широко используемые в настоящее время методы
обработки поверхности металлоизделий - механический, химический и электрохимиче-
BY 11410 C1 2008.12.30
ский обладают рядом известных достоинств и недостатков и поэтому не всегда отвечают
требованиям современного производства. При всей привлекательности электрохимического метода обработки (полировки) поверхности и широкого его применения в ряде отраслей промышленности (быстрота и универсальность, возможность обрабатывать детали
сложного профиля, использование в индивидуальном, мелкосерийном и массовом производстве), его стараются либо не применять, либо заменять на механические методы из-за
повышенной экологической опасности процессов, связанных с применением ряда вредных электролитов (например, концентрированных растворов неорганических кислот),
большого расхода реактивов, образования трудно-утилизируемых отходов, большие материальные и энергетические затраты. Наиболее часто это происходит при обработке поверхности изделий из меди и медных сплавов.
Предлагаемый процесс плазменно-электролитной полировки поверхности металлов
сохраняет большинство положительных преимуществ электрохимического способа, но
исключает его наиболее отрицательные качества вследствие использования в основе электролитов разбавленных растворов солей минеральных кислот вместо концентрированных
растворов тех же кислот. Метод ПЭО более экологически чистый и не требует дорогостоящих очистных сооружений.
Плазменно-электролитное полирование преследует цель получения возможно более
гладкой поверхности при наименьшем съеме металла. Это достигается за счет физикохимических процессов, происходящих у поверхности изделия, погруженного в электролитную ячейку при приложении напряжения постоянного тока выше 100 В.
При плазменно-электролитной обработке у поверхности обрабатываемой детали создается устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая деталь от электролита, в котором
протекают физические, химические и электрохимические процессы между материалом
детали-анода и парами электролита. В результате происходит анодное окисление поверхности металла и одновременное травление образующегося окисла. В случае, когда
процессы окисления и травления протекают с одинаковой скоростью, происходит полирование детали.
Известен способ электрохимического полирования меди и сплавов на ее основе, включающий двухстадийную электрохимическую анодную обработку [1]. На первой стадии
обработку проводят в течение 3-10 мин при напряжении 300-360 В и температуре 60-90 °С
в растворе состава: фосфат аммония - 3-5 мас. %, фосфорная кислота - до рН 5-7, вода остальное. На второй стадии в течение 10-30 с при напряжении 320-360 В и температуре
70-90 °С в водном растворе, содержащем мас. %: фосфат аммония 3-5, тартрат K, Na 1-3,
вода остальное. Недостатком является его многостадийность, что приводит к увеличению
длительности технологического процесса и, следовательно, уменьшению его производительности, а также малый ресурс электролита.
Известен также способ электрохимической обработки [2], по которому обработку
ведут при напряжении 240-320 В и температуре 40-80 °С в водном растворе сульфата
аммония 2-6 мас. %. Недостатком является то, что способ в основном применим для электрополирования нержавеющих хромникелевых сплавов и не обеспечивает качественную
полировку изделий из меди и медьсодержащих сплавов (неравномерность обработки, матовая поверхность со следами травления).
Известен способ электрохимического полирования металлических изделий [3], когда
процесс осуществляют в два этапа, на первом из которых к обрабатываемому изделию в
течение 0,1-5 с прикладывают электрическое напряжение 90-190 В, а на втором этапе это
напряжение увеличивают до 200-400 В и поддерживают постоянным до окончания процесса полировки, при этом обеспечивают беспрерывную подачу электрического напряжения на каждом из этапов электрохимического полирования, включая момент перехода от
первого этапа ко второму. Недостатком является использование специального источника
питания, обеспечивающего непрерывную подачу напряжения, что приводит к существенному техническому усложнению установки.
2
BY 11410 C1 2008.12.30
Наиболее близким по технической сущности (прототип) к заявляемому изобретению
является способ электрохимической обработки поверхности металлических изделий [4].
Обработку поверхности металлических изделий ведут в течение 5 мин при напряжении
240-400 В и температуре 70-90 °С в электролите, содержащем фтористый аммоний
1-3 мас. %, аммоний лимоннокислый одно-, или двух-, или трехзамещенный, или их смесь 1-5 мас. %, вода - остальное.
Недостатком прототипа является высокое напряжение (до 400 В), что требует, как и в
способе [3] использования специального источника питания и приводит к техническому
усложнению установки, а также малая долговечность электролита и повышенная коррозия
рабочей ванны установки из-за высокой химической активности соединений лимонной
кислоты.
Задача, на которую направлено данное изобретение, заключается в уменьшении энергоемкости обработки поверхности изделий, техническом упрощении установки без снижения производительности процесса, увеличении длительности использования
электролита, снижении коррозионного воздействия электролита на стенки рабочей ванны
при улучшении качества обрабатываемой поверхности изделий из меди и ее сплавов.
Задача решается использованием в качестве электролита водного раствора сульфата
аммония 0,7-1,3 мас. %, в который, для связывания ионов меди и уравновешивания процессов травления-полирования, в качестве комплексообразователя вводится динатриевая
соль этилендиамин-N-N-N'-N'-тетрауксусной кислоты (трилон Б) - 2,5-3,5 мас. %, вода остальное и снижением напряжения (обработку ведут при напряжении постоянного тока
180-230 В).
Использование химически неагрессивных соединений снижает коррозионное воздействие электролита на стенки рабочей ванны, а присутствие в составе электролита комплексообразователя увеличивает длительность его использования.
Оптимальный режим полирования изделий происходит при напряжении 180-230 В.
Более высокие значения напряжения приводят к интенсивному съему металла и соответственно ухудшению качества обработки. При напряжении ниже 180 В существенно
уменьшается количество электроимпульсных разрядов, что снижает производительность
процесса. Использование специального источника питания, обеспечивающего непрерывную подачу напряжения, не требуется.
Использование концентрированного раствора сульфата аммония приводит к значительному снижению качества обработки из-за преобладания травления металла и, как
следствие, исчезновению блеска. Для устранения травящего действия дополнительно в
электролит вводят динатриевую соль этилендиамин-N-N-N'-N'-тетрауксусной кислоты
(трилон Б) при следующем содержании компонентов, мас. %:
сульфат аммония
0,7-1,3
динатриевая соль этилендиамин-N-N-N'-N'тетрауксусной кислоты
2,5-3,5
вода
остальное.
В ходе процесса полировки идет процесс перехода металла из изделия в раствор, при
этом часть металла осаждается на стенках рабочей ванны (катод), часть осаждается в виде
малорастворимых соединений (оксиды, гидроксиды металлов), а часть находится в растворе в виде растворимых комплексных соединений.
На фигуре представлен график зависимости концентрации ионов меди в электролите
от площади обработанной поверхности изделий (браслетов наручных часов из латуни
марки Л62) при проведении плазменно-электролитной полировки. Из графика видно, что в
начале проведения процесса ПЭО идет резкое увеличение концентрации ионов меди в растворе, а по прошествии некоторого времени скорость увеличения концентрации ионов меди
в растворе снижается. Это связано с тем, что на первой стадии идет снятие металла и накопление соединений меди в растворе в виде комплексных соединений (за счет присутствия в
составе электролита комплексообразователя), а на второй стадии начинает протекать параллельный процесс высаживания меди на стенках катода, что приводит к снижению общей концентрации меди в электролите (электролит можно использовать дальше).
3
BY 11410 C1 2008.12.30
Таким образом, заявляемый способ полировки поверхности изделий из меди и медных
сплавов обеспечивает качественную полировку поверхности (равномерное снятие металла,
блеск по всей поверхности изделия), стабильность электрогидродинамического режима
плазменно-электролитной обработки, увеличивает долговечность использования электролита (из-за использования в составе электролита трилона Б в качестве комплексообразователя). Не происходит коррозия стенок рабочей ванны при протекании технологического
процесса (в составе электролита отсутствуют соединения с высокой химической активностью). Процесс проводится при пониженных потенциалах, что приводит к уменьшению
энергоемкости обработки поверхности изделий, техническому упрощению установки.
Пример конкретной реализации способа.
Были изготовлены экспериментальные партии изделий, браслетов наручных часов БР44 из латуни марки Л62. Изделия погружали в электролит состава:
сульфат аммония
1,0 мас. %,
динатриевая соль этилендиамин-N-N-N'N'-тетрауксусной кислоты
3,0 мас. %,
вода
остальное,
нагретый до 90 °С. Полировку вели при напряжении 220 В в течение 3,5 мин. В таблице
приведены характеристики поверхности браслетов наручных часов после плазменноэлектролитной полировки поверхности.
Характеристика браслетов наручных часов после плазменно-электролитной
полировки поверхности
Требования по техниТехнические характеристики
Фактические значения
ческому заданию
Шероховатость поверхности RZ, мкм
1,10
не более 1,25
Съем металла, мкм
1,9
не выше 2,0
28
25-30
Отражательная способность, γ 10-3
После обработки поверхность изделий имеет золотистый цвет и зеркальный блеск.
Источники информации:
1. Патент RU 2127334 C1, 1999.
2. А.с. SU 1314729 A1, 1985.
3. Патент RU 2168565 С1, 2001.
4. Патент BY 8424 С2, 2005.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
114 Кб
Теги
by11410, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа