Способ ультразвукового травления металлов

 

Изобретение относится к ультразвуковому травлению металлов в кислых растворах. Целью изобретения является исключение растравливания металла.и снижение наводороживания. Способ ультразвукового травления металлов, осуществляемый в режиме кавитации в ингибированных кислых растворах, проводят при наложении ультразвуковых колебаний с амплитудой колебательной скорости выше порога кавитации раствора , но ниже порога кавит;ации ингибитора . Ведение процесса в указанном режиме позволяет обеспечить качественную обработку металла. 1 табл. krt СО О СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (su 4 С 23 F 1/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц . н втоеском свидетельствм йИБЛИ т; А (21) 3827043/22-02 (22) 17 . 12 . 84 (46) 23. 04. 87. Бюл. М 15 (71),Украинский научно-исследовательский институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов (72) В.П. Ляшенко, В,Н.Климова, А.П.Ушаков, А.В.Кулемин иЮ.M.Пудинов (53) 621.794 ° 42(088.8) (56) Грилихес С.Я. Полирование, травление и обезжиривание металлов. Л.:

Машиностроение, 1971, с. 67-70, Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. М.: Знание, 1978, с. 39, 40.

„„Я0„„1305196 А 1 (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТРАВЗЖНИЯ

ME TAJIJI0B (57) Изобретение относится к ультразвуковому травлению металлов в кислых растворах. Целью изобретения является исключение растравливания металла и снижение наводороживания. Способ ультразвукового травления металлов, осуществляемый в режиме кавитации в ингибированных кислых растворах, проводят при наложении ультразвуковых колебаний с амплитудой колебательной скорости выше порога кавитации раствора, но ниже порога кавитации ингибитора. Ведение процесса в указанном режиме позволяет обеспечить ка- с

Cl чественную обработку металла. 1 табл.

1305196

Изобретение относится к ультразвуковому тр авле нию ме таллов в кислых растворах.

Целью изобретения является исключение растравливания металла и снижение наводороживания.

В таблице представлены состав раствора, условия и качество обра.ботки.

Как видно из данных таблицы, на- 10 иболее удовлетворительное качество обработки поверхности, а именно: отсутствие перетрава и остатков окалины на поверхности при минимальном наводороживании и потерях металла достигается в интервале амплитуд колебательной скорости 88,8-190,3 см/с (примеры 2-4), что соответствует диапазону амплитуд колебательной скорости выше порога кавитации применяемого 20 травильного раствора (пороговая амплитуда колебательной скорости раствора V, = 88,8 см/с), но не ниже порога кавитации ингибитора С-5 (пороговая амплитуда колебательной скорости

25 ингибитора V 190,3 см/с) .

Ведение процесса травления в условиях одновременного действия ингибитора и ультразвуковых колебаний, воз- 3О буждаемых с амплитудой колебательной скорости выше порога кавитации травильного раствора, но ниже порога кавитации ингибитора, обеспечивает следующее.

1. В связи с изменением микросостава раствора у поверхности чистого от окалины металла (повышение концентрации катионов ингибитора с образованием пленки) и изменением вследствие этого физических свойств травильного раствора (вязкости, плотности, поверхностного натяжения, упругости паров) в зоне, прилегающей к поверхности металла, кавитационные пузырьки водорода образуются и удерживаются не у поверхности металла, а на некотором расстоянии от нее.

2. При взрывоподобном расширении кавитационных пузырьков оболочка ингибитора у поверхности металла служит своего рода демпфером ударной звуковой волны, В результате перераспределение ионов травильной жидкости (как ингибитора, так и кислоты) происходит таким образом, что образовавшаяся .отрицательно заряженная пленка из ионов ингибитора на поверхности чистого от окалины металла за счет своего отрицательного потенциала удерживает на некотором расстоянии образующиеся положительно заряженные пузырьки водорода.

Вследствие этого уменьшается доступ ионов водорода вглубь металла, снижается время взаимодействия кислотного раствора с поверхностью отдельных оголенных участков металла.

Это обеспечивает значительное снижение наводороживания протравленной поверхности металла, исключение питтинговой коррозии (перетрав металла), а также снижение потерь основного металла.

Кроме того, демпфирующая пленка ингибитора на поверхности металла принимает на себя ударное воздействие звуковой волны, тем самым предотвращает возникновение изменений в структуре металла (а именно, дислокаций, вакансий, упругих напряжений и т.д.).

Это позводяет исключить разрушение основного металла за счет приникновения кислоты вдоль дефектов, границ зерен, что также значительно снижает потери металла.

Пленка ингибитора проявляет демпфирующее свойство в том случае, когда амплитуда колебательной скорости ультразвуковой волны больше порога кавитации кислотного раствора, но меньше порога кавитации ингибитора.

При наложении ультразвука с амплитудой колебательной скорости ниже порога кавитации травильного раствора ударный эффект пульсирующих пузырьков и кавитационных полостей отсутствует. Это приводит к резкому торможению процесса удаления окалины, ухудшению качества поверхности, появлению остатков окалины и травильного шлама на поверхности металлических изделий после травления.

В случае, когда амплитуда колебательной скорости вьппе порога кавитации, в ингибиторе кавитация происхо,цит непосредственно в защитной оболочке ингибитора, что вызывает разрыв ее сплошности и, в конечном счете, приводит к разрушению металла кислотой, питтинговой короззии (перетрав металла) и наводороживанию металла.

Травлению подвергают горячекатаные прутки из углеродистой стали в течение 15 мин, Вводимый в раствор инги3 13051 битор С вЂ” 5 представляет собой смесь отходов сероочистки коксового газа и полупродукта коксохимического производства. Измерение порогов кавитации травильного раствора и ингиби5 тора осуществляют кавитационным щупом, помещаемым в раствор серной кислоты и ингибитор. Появление кавитационного шума при медленном увеличении амплитуды колебательной скорости на излучателе свидетельствует о достижении порога кавитации.

Поверхность металла, обработанного по предлагаемому способу, гладкая, матовая, без признаков питтинговой коррозии, без остатков окалины и травильного шлама. При обработке металлов по предлагаемому способу достигается высокая скорость удаления окалины (0,257./мин), а также сокра- Zp щение потерь металла и снижение расхода, кислоты. Кроме того, послойный анализ поверхности металла с применением ионной бомбардировки показывает, что при обработке стали по 25 предлагаемому способу концентрация

3 4

Известный

Состав раствора:

Н ЯО,, мас.7.

17 17

2,5 2,5

17 17

2,5 2,5

17

С-5, г/л

2,5

2,5

Условия обработки:

38, 1 88,8 126

190,3 253,7

20 частота колебаний, кГц

18 18

0,11 0,56

18

J8

1,0

2,5 4,0

0,03 наличие перетрава (да, нет) налйчие остатков

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет Нет

Да Нет

20,5 10,0

Нет

Нет Нет

Нет

20,0

1,37 0,7

2,85 расход кислоты, кг/т

49,9

24 12, 3 10,5 12,6 49,9

Состав раствора, условия обработки, качество обработки амплитуда колебательной скорости, см/с мощность, Вт/мм

Качество обработки: окалины и шлама (да, нет)

Содержание водорода, 10 Е потери метал:ta, Е (от массы образца) 96 4 кислорода в поверхностных слоях металла снижается в 8 раз по сравнению с известным.

Достигаемое в результате обработки по предлагаемому способу снижение содержания водорода и кислорода в поверхностных слоях металла позволяет улучшить качество поверхности после холодного волочения за счет снижения количества и размера микродефектов на поверхности.

Ф ор мула из об ре те ни я

Способ ультразвукового травления металлов, включающий ведение процесса в режиме кавитации в ингибированных кислых растворах, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью исключения растравливания металла и снижения наводороживания, процесс ведут при наложении ультразвуковых колебаний с амплитудой колебательной скорости выше порога кавитации раствора, но ниже порога кавитации ингибитора.

Показатели по примерам

9,6 10,3 23,0

0,6 0,72 2,85