ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ электрохимического полирования металлов и сплавов

Классы МПК:C25F3/16 полирование
B23H3/00 Электрохимическая обработка, те удаление металла путем прохождения тока между заготовкой и электродом в присутствии электролита
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-12-21
публикация патента:

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей. В способе электрохимическое полирование металлов и сплавов осуществляют в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2-10 А/см2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, вибрации обрабатываемой детали, при этом электрохимическое полирование осуществляют циклами. Время одного цикла полирования задают не более 2 с, а время между циклами рассчитывают, также после каждого последующего цикла определяют шероховатость поверхности из зависимости: способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 где способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - шероховатость последующего цикла, мкм, способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - шероховатость предыдущего цикла, мкм, n - порядковый номер цикла, kv - объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла, см3/А·мин, способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - удельная проводимость электролита, см-1 Ом -1, способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - выход по току обрабатываемого металла, U - напряжение на электродах, В, способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 U - падение напряжения в приэлектродных слоях, равное алгебраической сумме падений напряжения в прикатодном и прианодном слоях, В, способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 МЭЗ - величина межэлектродного зазора, см, способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - время цикла электрохимического полирования, мин. Изобретение позволяет повысить качество электрохимического полирования за счет определения шероховатости обработанной поверхности после каждого цикла полирования и получить обработанную поверхность без дефектов в виде матовости, питтингов и др. 1 ил., 1 пр.

Рисунки к патенту РФ 2451773

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов, в частности к электрохимическому полированию металлов и сплавов, может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей.

Известны способы электрохимического полирования, представляющие собой анодное растворение, приводящее к улучшению микрогеометрии обрабатываемой поверхности [Заявка № 49-38418, Япония МКИ С23В 3/00, НКИ-12А63]. Электрохимическое полирование проводят как в стационарном, так и в движущемся электролите [Липкин Я.Н., Бершадская Т.Л. Химическое полирование металлов. - М.: Машиностроение, 1982. - 112 с.].

Недостатком существующих методов является токсичность электролита, низкая производительность.

За прототип принят способ электрохимического полирования [RU 2146580, В23/Н 3/00], осуществляемый в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 10 А/см2, при температуре электролита, равной температуре окружающей среды, обрабатываемой детали сообщают вибрацию, амплитуда и частота которой задается исходя из физико-химических свойств материала обрабатываемой детали, время одного цикла полирования определяют по формуле:

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

где l - кратчайшее расстояние от днища ванны до обрабатываемой поверхности детали; способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - скорость всплывания пузырьков водорода, определяемая по формуле Стокса.

В первые две секунды электрохимического полирования распределение тока по обрабатываемой поверхности определяется ее микрогеометрией. Реальная поверхность представляет собой совокупность выступов и впадин. Согласно расчетам плотность тока на выступах больше плотности тока во впадинах в 5-7 раз, что способствует интенсивному растворению выступов (сглаживание поверхности).

К недостаткам способа относится то, что после первых двух секунд обработки из-за разности плотности прианодного слоя электролита начинается конвективная диффузия, в результате которой макроскопическое распределение плотности тока нарушается и появляются дефекты на поверхности в виде матовости, питтингов и др.

Задача изобретения - повышение качества обработки и расширение технологических возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе электрохимического полирования, осуществляемом в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 10 А/см2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, обрабатываемой детали сообщают вибрацию, амплитуду и частоту которой задают исходя из электрохимических свойств материала обрабатываемой детали, согласно изобретению электрохимическое полирование осуществляют циклами, при этом время цикла задают не более 2 с, а время между циклами рассчитывают по формуле:

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

где z - заряд иона;

F - число Фарадея, Кл·моль-1;

i - плотность тока анодного растворения, А/см2;

D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см2/с;

CS - концентрация ионов на поверхности полируемой детали, моль/см3,

причем шероховатость поверхности после каждого последующего цикла определяют из соотношения:

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

где способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - шероховатость поверхности последующего цикла, мкм;

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - шероховатость поверхности предыдущего цикла, мкм;

n - порядковый номер цикла;

k способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла, см3/А·мин;

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - удельная проводимость электролита, см-1·Ом -1;

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - выход металла по току;

U - напряжение на электродах, В;

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 U - падение напряжения в приэлектродных слоях, равное алгебраической сумме падений напряжения в прикатодном и прианодном слоях, В;

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 МЭЗ - величина межэлектродного зазора, см;

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - время цикла электрохимического полирования, мин.

Способ электрохимического полирования поясняется чертежом.

На фиг. изображена схема установки, реализующей заявляемый способ полирования металлов и сплавов.

Установка представляет собой ванну 1 электрополирования, в которую залит водный раствор 2 хлорида натрия. Деталь 3 устанавливается на расстоянии способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 МЭЗ от боковых поверхностей ванны, соединяется штоком 4 с источником вибрации 5. Шток 4 соединяется с положительным полюсом источника питания 6, а ванна 1 - с отрицательным полюсом.

При электрохимическом полировании детали 3 сообщают вибрацию от источника 5 частотой f, амплитудой А и подают напряжение от источника питания 6. Процесс полирования осуществляется циклично, длительность одного цикла полирования не превышает 2 с. Время между циклами рассчитывают по формуле (1), для подсчета C S используют известную зависимость [Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. - М.: Химия, 1969. - 608 с.]:

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

Пример конкретного выполнения

Обработке подвергались образцы из стали 12Х13. Исходная шероховатость поверхности Rz 4,3 мкм; объемный электрохимический эквивалент стали 12Х13 kспособ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 =2,1·10-3 см3/А·мин; удельная проводимость электролита (15% NaCl в воде) способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 =0,17 см-1·Oм-1; выход по току обрабатываемого металла способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 =0,8; напряжение на электродах U=8B; падение напряжения в приэлектродных слоях способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 U=2,3B; плотность тока по обрабатываемой детали i=1 А/см 2; частота вибрации анода (обрабатываемой детали) f=50 Гц; амплитуда вибрации А=0,5 мм; время одного цикла задаем равным 1 с. Концентрацию ионов железа у поверхности обрабатываемой детали определили по формуле (3), СS=0,48 моль/см3 и рассчитали время между циклами по формуле (1), получили способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 мцспособ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 1,45 секунд.

При межэлектродном расстоянии способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 МЭЗ=4 см, используя зависимость (2), учитывающую электрохимические свойства обрабатываемого материала и параметры полирования, после первого цикла полирования определили расчетный параметр шероховатости поверхности способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

Измеренное значение параметра шероховатости поверхности способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

Второй цикл электрохимического полирования длительностью 1 с проводили после паузы в 1,45 с. После второго цикла электрохимического полирования расчетное значение параметра шероховатости поверхности способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

Измеренное значение - способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

После третьего цикла результаты следующие: способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 .

После четвертого цикла - способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

После пятого цикла - способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

После шестого цикла - способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

Конечная шероховатость поверхности R z=2,3 мкм.

Отклонения расчетных значений шероховатости поверхности от измеренных составляют не более 15%.

Шероховатость поверхности в предлагаемом способе не зависит от кратчайшего расстояния до днища ванны, а определяется межэлектродным расстоянием способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 МЭЗ, т.е. расстоянием между полируемой поверхностью (анодом) и катодом (боковая поверхность ванны). Расстояние между днищем ванны и обрабатываемой деталью в предлагаемом способе может быть любым, что расширяет технологические возможности метода.

Использование зависимости шероховатости поверхности после каждого цикла полирования от электрохимических свойств обрабатываемого материала и параметров обработки позволяет аналитически оценить шероховатость поверхности, не проводя опытов, тем самым упрощается использование способа в технологиях электрохимического полирования.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ электрохимического полирования металлов и сплавов в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2-10 А/см 2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, вибрации обрабатываемой детали с амплитудой и частотой, заданными исходя из электрохимических свойств материала, отличающийся тем, что электрохимическое полирование осуществляют циклами, при этом время одного цикла полирования задают не более 2 с, а время между циклами рассчитывают по формуле:

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 ,

где z - заряд потенциалопределяющего иона,

F - число Фарадея, Кл·моль-1,

i - плотность тока анодного растворения, А/см2,

D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см 2/с,

CS - концентрация ионов на поверхности полируемой детали, моль/см3,

причем шероховатость поверхности после каждого последующего цикла определяют из зависимости:

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773

где способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - шероховатость последующего цикла, мкм,

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - шероховатость предыдущего цикла, мкм,

n - порядковый номер цикла,

kспособ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла, см3/А·мин,

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - удельная проводимость электролита, см-1·Ом -1,

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - выход по току обрабатываемого металла,

U - напряжение на электродах, В,

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 U - падение напряжения в приэлектродных слоях, равное алгебраической сумме падений напряжения в прикатодном и прианодном слоях, В,

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 МЭЗ - величина межэлектродного зазора, см,

способ электрохимического полирования металлов и сплавов, патент № 2451773 - время цикла электрохимического полирования, мин.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2451773

patent-2451773.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C25F3/16 полирование

Патенты РФ в классе C25F3/16:
способ электролитно-плазменного полирования деталей из титановых сплавов -  патент 2495967 (20.10.2013)
способ полирования деталей из титановых сплавов -  патент 2495966 (20.10.2013)
ручной инструмент-электрод для электрохимического полирования металлов -  патент 2472874 (20.01.2013)
способ электролитно-плазменного полирования деталей из титана и титановых сплавов -  патент 2461667 (20.09.2012)
способ обработки поверхности магниевых сплавов -  патент 2403326 (10.11.2010)
способ изготовления шпинделя из титанового сплава для трубопроводной арматуры -  патент 2385792 (10.04.2010)
способ изготовления шпинделя из стали для трубопроводной арматуры -  патент 2380598 (27.01.2010)
способ многоэтапного электролитно-плазменного полирования изделий из титана и титановых сплавов -  патент 2373306 (20.11.2009)
способ электролитно-плазменной обработки деталей -  патент 2357019 (27.05.2009)
способ электролитно-плазменного полирования металлических изделий -  патент 2355829 (20.05.2009)

Класс B23H3/00 Электрохимическая обработка, те удаление металла путем прохождения тока между заготовкой и электродом в присутствии электролита

Патенты РФ в классе B23H3/00:
устройство для электрохимической маркировки внутренней поверхности ствола оружия -  патент 2514763 (10.05.2014)
способ электрохимической обработки лопаток с двумя хвостовиками газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления -  патент 2514236 (27.04.2014)
способ электрохимической обработки (варианты) -  патент 2504460 (20.01.2014)
электролит для электрохимической обработки на импульсном униполярном токе твердых сплавов -  патент 2489235 (10.08.2013)
способ размерной электрохимической обработки -  патент 2489234 (10.08.2013)
способ изготовления электрода-инструмента при объемной электрохимической обработке (эхо) -  патент 2481928 (20.05.2013)
способ изготовления деталей сложной формы -  патент 2477675 (20.03.2013)
способ электрохимической обработки -  патент 2476297 (27.02.2013)
способ и устройство для электрохимической резки тонкостенных электропроводных профилей с полировкой среза и скруглением кромок -  патент 2473412 (27.01.2013)
электролит для электрохимической обработки -  патент 2471595 (10.01.2013)


Наверх