способ электрохимической обработки поверхности металлических изделий

Формула изобретения

Способ электрохимической обработки поверхности металлических изделий, включающий анодную обработку в электрогидродинамическом режиме в электролите, содержащем соль аммония и воду, отличающийся тем, что в качестве соли аммония используют аммоний лимоннокислый одно-, или двух-, или трехзамещенный, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аммоний лимоннокислый одно-, или двух-, или трехзамещенный, или их смеси - 2 - 18

Вода - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимическому полированию металлических изделий, преимущественно из медьсодержащих сплавов и нержавеющих сталей.

Известен способ полирования металлических поверхностей, включающий анодную обработку в электрогидродинамическом режиме в электролите, содержащем хлористый аммоний, хлористый натрий и воду [1].

Известный способ обеспечивает удаление окалины и снижение шероховатости, а также блеск обработанной поверхности только на изделиях из стали. Используемый в способе электролит имеет высокую химическую активность, что приводит к неравномерному съему металла с поверхности изделия, низкую работоспособность, а также требуется частая корректировка состава электролита из-за неравномерной выработки его компонентов.

Известен также способ полирования поверхности металлических изделий, включающий анодную обработку в электрогидродинамическом режиме в электролите, содержащем соль аммония и воду [2].

Используемый в способе электролит также имеет высокую химическую активность, что приводит к значительной неравномерности обработки и не позволяет обеспечить высокую коррозионную стойкость обработанной поверхности изделий из медьсодержащих сплавов во время их хранения и эксплуатации. Известный способ обеспечивает достаточно узкий интервал напряжений электрического тока, в котором обработка возможна в электрогидродинамическом режиме. Применительно к обработке изделий из медьсодержащих сплавов и нержавеющих сталей электролит характеризуется низкой работоспособностью.

Задача, на которую направлено изобретение, заключается в повышении коррозионной стойкости обработанной поверхности во время хранения и эксплуатации изделия, стабильности электрогидродинамического режима обработки, точности обработки и работоспособности электролита путем использования при обработке электролита с солью аммония, обладающей невысокой химической активностью в совокупности со способностью комплексообразования.

Задача решается тем, что в способе электрохимической обработки поверхности металлических изделий, включающем анодную обработку в электрогидродинамическом режиме в электролите, содержащем соль аммония и воду, в качестве соли аммония используют аммоний лимоннокислый одно- или двух-, или трехзамещенный, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аммоний лимоннокислый одно-, или двух-, или трехзамещенный, или их смеси - 2 - 18

Вода - Oстальное

Новым является использование в качестве соли аммония лимоннокислого одно- или двух-, или трехзамещенного, или их смеси - 2-18 мас.% и воды - остальное.

Использование в заявляемом способе в качестве соли аммония лимоннокислого одно- или двух-, или трехзамещенного, или их смеси, обладающих невысокой химической активностью в совокупности со способностью комплексообразования, обеспечивает повышение коррозионной стойкости обработанной поверхности во время хранения и эксплуатации изделия, стабильности электрогидродинамического режима обработки, точности обработки и работоспособности электролита.

Предельными величинами концентраций электролита, при которых наблюдается эффект полирования, являются 2-18%. При меньшей концентрации не устанавливается электрогидродинамический режим обработки, обрабатываемая поверхность подвергается интенсивному травлению, приводящему к повышению шероховатости поверхности и исчезновению блеска. При большей концентрации ухудшается качество полирования из-за явно выраженного процесса пассивации поверхности, приводящего к снижению блеска и повышению ее шероховатости. Кроме того, повышение концентрации более 18% ведет к увеличению расхода электролита за счет увеличения его вязкости и уноса из ванны с изделиями после окончания обработки.

При проведении экспериментов обрабатывались образцы в виде пластин размером 20 х 15 х 0,5 мм из латуни Л63 и прутков 4 мм, длиной 20 мм из латуни Л63 и нержавеющей стали 20X13.

Для сравнительных испытаний были приготовлены электролиты: N 1, используемый в известном способе обработки, содержащий, мас.% - хлористый аммоний 20, вода - остальное; N 2-28, используемые в заявляемом способе и приведенные в табл. 1.

Образцы из латуни Л63 обрабатывались в электролитах N 1-28, из нержавеющей стали 20X13 - в электролитах N 1, 4, 9, 14, 19, 22 и 27. Шероховатость поверхности образцов из латуни Л63 после обработки в течение 3 мин снизилась с R_a= 1,65-1,1 мкм до R_a=0,5-0,28 мкм, из нержавеющей стали 20X13 - с R_a= 4,2-0,8 мкм до R_a=0,6-0,48 мкм.

Коррозионным испытаниям подвергались образцы - пластины из латуни Л63, обработанные при напряжении 300 В, температуре электролита 75^oC в течение 5 мин. В каждом электролите обрабатывались по две группы из трех образцов в каждой. При этом одна группа образцов после обработки промывалась в воде путем однократного погружения и высушивалась на воздухе при температуре 20^oC. Вторая группа образцов после обработки не промывалась в воде и высушивалась на воздухе при температуре 20^oC.

Коррозионные испытания проводились при относительной влажности воздуха 80 5% и температуре 20 5^oC. Образцы располагались вертикально в подвешенном состоянии и визуально контролировались согласно ГОСТ 9.041-74 - момент появления первых очагов коррозии: отдельных точек, пятен, нитей и других дефектов. По результатам измерений трех образцов в каждой группе рассчитывался средний показатель коррозионной стойкости.

При исследовании стабильности электрогидродинамического режима обработки образцы - пластины из латуни Л63 и нержавеющей стали 20Х13 обрабатывали при погружении их в электролит на глубину 30-40 мм. Температуру электролита устанавливали 40, 60 и 80^oC с точностью 2^oC. Для каждой из указанных температур для всех электролитов после включения напряжение электрического тока плавно увеличивали с 100 до 550 В и определяли минимальное напряжение, при котором устанавливался и стабильно удерживался электрогидродинамический режим обработки, характеризующийся наличием около обрабатываемой поверхности динамически устойчивой парогазовой оболочки, отсутствием нагрева изделия, пены, искрообразования и резких колебаний тока в электрической цепи.

Точность обработки оценивалась по величине удельного съема металла. Обработку образцов - прутков проводили при напряжении 300 В, температуре электролита 75 2^oC в течение 3 мин. Величину съема определяли путем взвешивания образцов до и после обработки на весах ВЛР 200 г.

Работоспособность электролитов оценивалась по количеству электричества, прошедшего через электролит, при котором наблюдалось снижение качества полирования или (и) нарушение электрогидродинамического режима.

Результаты испытаний представлены в табл. 2.

Образцы из латуни Л63, обработанные по известному способу, имели матовую поверхность со следами травления; из стали 20X13 - серую, не блестящую поверхность, так же со следами травления. Образцы из латуни Л63 и стали 20X13, обработанные по заявляемому способу, имели гладкую блестящую поверхность.

Как следует из представленных в табл. 2 данных, коррозионная стойкость образцов из латуни Л63, обработанных по заявляемому способу и промытых в воде путем однократного погружения, что характерно, например, при межоперационном хранении изделий (заготовок), в 17-30 раз (на 33,9-59,9 ч) выше по сравнению с коррозионной стойкостью образцов, обработанных по известному способу. Обработанные по заявляемому способу образцы и не промытые после обработки в воде имели коррозионную стойкость в 12-15 раз (на 3,2-4,3 ч) выше по сравнению с образцами, обработанными по известному способу. Таким образом, заявляемый способ позволяет значительно снизить требования к качеству промывки изделий после обработки и существенно увеличить время хранения изделий после обработки до промывки, обеспечивая высокую коррозионную стойкость поверхности без применения дополнительной технологической операции - пассивации. Кроме того, при не полном погружении изделия в электролит, выступающая над поверхностью электролита часть изделия во время обработки по заявляемому способу не корродировала, в то время как в известном способе выступающая над поверхностью электролита часть латунного образца интенсивно корродировала.

По заявляемому способу в 2-2,4 раза для латуни Л63 и в 20-27 раз для нержавеющей стали 20Х13 снижен съем металла с поверхности при обеспечении одинаковой достигаемой шероховатости по сравнению с известным способом. Это позволяет повысить точность обработки за счет более равномерного съема металла, и появляется возможность полировать как неответственные, так и прецизионные детали. Уменьшение съема металла способствует также увеличению работоспособности электролита за счет меньшей выработки его компонентов. Работоспособность электролита по заявляемому способу по сравнению с известным увеличилась в 8-15,5 раза.

Заявляемый способ по сравнению с известным обеспечивает высокую стабильность электрогидродинамического режима для широкого диапазона температур электролита и напряжений электрического тока. Это расширяет технологические возможности заявляемого способа при обработке различных по конфигурации и размерам изделий и значительно (в 1,5-1,7 раза) снижает энергоемкость обработки.

Источники информации

1. Патент РБ N 1132, кл. C 25 F 3/16, 1996, БИ N 3.

2. Дураджи В.Н. и др. Исследование эрозии анода при воздействии на него электролитной плазмой. - Электронная обработка материалов, 1978, N 5, с. 13-17 - прототип.