Электролит для электрохимической размерной обработки сталей
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 Н 3/08
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1ц)
Ql (21) 4900587/08 (22) 09,01.91 (46) 15.04.93. Бюл. ¹ 14 (71) Производственное обьединение "Тульский оружейный завод" (72) А.С.Мощев, Б.И,Богомолов, А.Ю,Петров, Б.Л.Шелиспанский и М,ВЛЦуплов (56) Авторское свидетельство СССР № 1212719, кл, В 23 Н 3/08, 1984, (54) ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ РАЗМЕРНОЙ
ЭЛЕКТР ОХИ МИЧ Е СКОЙ ОБ РАБОТКИ СТАЛЕЙ
Изобретение, относится к размерной электрохимической обработке (РЭХО) металлов, преимущественно легированных сталей, содержащих легирующие компоненты в виде хрома, никеля, молибдена, ванадия, марганца.
Известен состав электролита для РЭХО сплавов на никелевой основе, содержащий в мас.%: 3,5...6,5% нитрата натрия; 50...60% триэтаноламина, растворенных в воде.
Однако наличие в составе электролита нитрата натрия и триэтаволамина, способствующих образованию пассивной пленки на обрабатываемой поверхности, приводится к значительному снижению производительности обработки.
Несколько повысить технологические показатели обработки позволяет электролит на водной основе состава (мас.%);
5...20% нитрата натрия; 0,5...1,0% нитрита натрия; 1,5„,2,0% керосина, а также электролит на основе водного раствора смеси солей, мас.% 12...16% хлористого натрия;
„„5U „„1808551 А1 (57) Сущность изобретения: в электролит на основе водного раствора смеси солей хлористого и азотнокислого натрия с органической добавкой, в качестве органической добавки введен фенил-ди(1-гексил-3-метилпиразон-5-он-4-ил)метан при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлористый натрий 15 — 20, азотнокислый натрий
2 — 5, фенил-ди-(1-гексил-3-метилпиразон-5он-4-ил)метан 1,0-3,5, вода остальное. Использование: электролит для обработки легированных сталей.
15„,20% азотнокислого натрия с добавкой
1...2% peyxpoMoaoK cnoro калия.
Повышение производительности процесса и качества обработки достигается; в первом случае, введением в электролит осветительного керосина, предотвращающего пенообразование в межэлектродном промежутке (МЭП), а также использованием в составе электролита хлорида натрия бихромата калия. Однако, добавление керосина в электролит может приводить к образованию в процессе ЭХО на анодной поверхности пленки предельных углеводородов, экранирующей ее и, как следствие, приводящей к неравномерному съему металла и образованию дефектов на обрабатываемой поверхности. Применение бихромата калия приводит к точечному травлению обрабатываемой поверхности и росту токсичности электролита, Из приведенных в литературе примеров использования добавок органических веществ для размерной ЭХО сталей известен
1808551
Известен электролит для обработки композиционных материалов типа "боралюминий"., включающий (мас,%) 15...25%
35 нитрата аммония; 0,2...0,7% многоатомного спирта (глицерин, маннит) и воду.
Увеличение скорости и качества обработки достигается за счет образования комплексных борпроизводных глицерина и маннита, способствующих ионизации воло40 кон бора и, следовательно, облегчающих процесс растворения обрабатываемого материала.
К недостаткам следует отнести его узкоспецифическую сферу применения — ЭХО композитов "В-АГ, что не позволяет использовать его для РЭХО сталей, Известен электролит для ЭХРО сталей и сплавов с повышенным содержанием легирующих элементов на основе водного раствора смеси солей (мас. %) хлорида натрия (15...20%) и нитрата натрия (5...10%) с добавкой 2„,3% диметилформамйда (ДМФА), 55 который взят авторами за прототип как наиболее близкий по основному составу, Повышение производительности процесса обработки достигается за счет снижения шламосодержания электролита, состав на основе водного раствора смеси солей в мас,% натрия азотнокислого (10...14%) и аммония хлористого 10.„14%) с добавкой 1,0...1,5% лимонной кислоты, используемой в качестве комплексообразователя.
Локализация обработки на данном составе происходит при воздействии лазерного излучения, т.е. только в том объеме электролита, сквозь который проходит ла- 10 зерное излучение; при снятии лазерного воздействия пропадают и преимущества из. вестного состава. Кроме того, наличие в составе данного электролита хлорида аммония приводит к быстрому защелачиванию электролита вследствие гидролиза
NH4CI, что снижает стабильность электролита и производительность обработки.
Известно введение в электролиты для
РЭХО на основе водного раствора соли ще- 20 лочного металла мицеллообразующих поверхностно-активных веществ (ПАВ)— диталана и метаупона — в количестве
0,08...0,25 в мас,%. Положительный эффект при использовании вышеуказанных ПАВ. 25 достигается за счет изменения физико-химических свойств прианодных слоев электролита.
Недостатком данного состава электролитов является низкая стойкость ПАВ к 30 анодному окислению при высоких плотностях тока, реализуемых при Р3ХО. обусловленного введением в его состав
ДМФА, Однако использование данного электролита не позволяет достичь максимальной производительности обработки вследствие недостаточно полного протекания реакцйй по превращению продуктов анодного растворения в комплексные водорастворимые соединения.
Целью предлагаемого изобретения является повышение производительности и точности процесса РЭХО легированных сталей, содержащих легирующие компоненты типа хрома, никеля, молибдена, ванадия, марганца при сохранении низкой шероховатости обработанной поверхности.
Для достижения указанной цели в электролит на основе водного раствора смеси хлорида и нитрата натрия дополнительно введен фенил-ди-(1-гексил-3-метилпиразон5-он-4-ил)метан при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлорид натрия—
15...20; нитрат натрия — 2„.5; фенил-ди-(1гексил-3-метилпиразон-5-он-4-ил)метан—
1.0„.3,5; вода — остальное.
Положительный эффект. по-видимому, может быть обусловлен — склонностью органической добавки к образованию растворимых металлокомп лексов с продуктами анодного растворения обрабатываемого металла. что приводит к стабилизации физико-химических параметров электролита по длине рабочей зоны; — адсорбцией на анодной поверхности вышеуказанной органической добавки, обусловленной наличием в структуре последней карбонильных и других функциональных групп, и улучшающей. в cBolo очередь, смачиваемость обрабатываемой поверхности и тем способствующей формированию прианодного слоя, оказывающего благоприятное воздействие на процессы выравнивания субмикрорельефа анодной поверхности.
Основная масса металла, удаляемого при ЭХО, перехорит в раствор по схеме
Me" -+ Ме" + ne
В электролитах, представляющих собой чистый водный раствор нейтральных неорганических солей щелочных мета. лов (хлоридов и нитратов), образование взвешеного шлама происходит из-за сгязывания ионовметалла Ме со скапливающимися у анода ионами гидроксила ОН с образованием гидрооксидов Ме(0 H)n.
В присутствии же фенил-ди(1-гексил-3метилпиразон-5-он-4-ил)метана (далее для краткости именуемого: ФГММ) в хлориднонитратной среде переходящие в раствор ионы металла образуют с молекулами орга1808551 нической добавки водорастворимые комплексные металлоорганические соединения с донорно-акцепторным типом связей. Для ионов железа Fe этот процесс. можно представить следующей схемой; 5 +
СН -С вЂ” Сн-СН-СН вЂ” С-СН + Fe + 4С1
ll l И
1 1 СО Ос N сбн1з CH3 с СН сн сн- — сн>
И I II.
N c=o..î=ñ р
СБН13 С1 С1 С1, СБНть
Возможность образования таких донорно-акцепторных соединений объясняется тем, что в молекуле ФГММ в карбонильной группе С= О на кислороде 20 создается избыток электронной плотности, взаимодействующей со свободными орбиталями переходных d-элементов, к числу которых как рэз и принадлежит большинство элементов, являющихся в то же время и 25 основными легирующими компонентами сталей и сплавов: хром. никель, ванадий, марганец и др, Известны свойства ФГММ как экстракционного реагента на таллий (1). B предлэ- 30 гаемом составе электролита не используются свойства ФГММ как экстракционного реагента на таллий (1).
Проведенные патентные исследования показали, что неизвестно применение в 35 электролитах для РЭХО ФГММ в.качестве добавки, склонной в среде, содержащий анионы CI и МОз, к образованию комплексов с ионами растворяющегося металла и тем способствующей снижению шламосо- 40 держания электролита, повышению производительности и точности процесса РЭХО.
Для проверки эффективности предлагаемого состава электролита были проведены экспериментальные исследования по 45
РЭХО легированных сталей марок 30ХГСА и
ЗОХН2МФА при различных концентрациях компонентов в электролите.
В первом случае прототипа обработке подвергались трубчатые цилиндрические 50 втулки длиной 120 мм с диаметром обрабатываемого отверстия 40 мм; в заявляемом изобретении обработке подвергались трубчатые цилиндрические образцы длиной 635 мм, обрабатываемые по внутреннему диа- 55 метру 14,95 мм, . Режим обработки: ток — 1300 А; напряжение — 8 В; давление электролита на входе в межэлектродный промежуток (МЭП)—
1,2...1,3 МПа; величина МЭП (на сторону)—
0,65 мм; температура электролита. — 25
+. 5 С; время обработки — 3 мин.
Результаты испытаний представлены в таблице.
Анализ полученных результатов наглядно показывает, что технологические показатели по точности, шламосодержанию и производительности при ЭХО длинномерных образцов (l = 635 мм) на электролитепрототипе значительно ниже, чем при ЭХО на электролите предлагаемого состава. Пример 1, Готовят электролит, растворяя в 5 л водопроводной воды 1 Kl хлористого натрия; 0,1 кг азотнокислого натрия;
0,05 кг ФГММ, доводя обьем раствора этой смеси после растворения компонентов до
10 л. В этом электролите обрабатывают по внутреннему диаметру 14,95 мм трубчатые цилиндрические образцы длиной 635 мм, изготовленные из легированной стали
30ХГСА, с принудительной прокачкой электролита через канал при начальном давлении электролита на входе в МЭП 1,2...1.3
Mfla. После пропускания рабочего тока в течение 3 мин производительность обработки составила 18,05 гlмин, что соответствует средней скорости обработки (на сторону)
0,077 ммlмин и на 0,3% больше, чем в электролите, не содержащем ФГММ. По сравнению с электролитом-прототипом производительность обработки выросла в 1,5 раза (18,05 против 12 гlмин). Удельное шламосодержание по сравнению с электролитом без добавки снизилось на 2,7% (с 8,7 до 8,47 г/л).а по сравнению с электролитом-прототипом - в
2,.3 раза (с 19,3 до 8,47 г/л). Погрешность продольной формы отверстия составила д =
0.5 мм при шероховатости обработанной поверхности Ra 0,4 мкм, что не отличается от образцов, обработанных в электролите без ФГММ и электролите-прототипе.
Пример 2. Готовят электролит, растворяя в 5 л водопроводной воды 1 кг хлористого натрия; 0,1 кг эзотнокислого натрия;
0,1 кг ФГММ, доводя объем раствора этой смеси после растворения компонентов до
10 л. В этом электролите обрабатывают по внутреннему диаметру стальные трубчатые цилиндрические образцы. По окончании обработки производительность составила
18,34 гlмин, что соответствует средней скорости обработки (на сторону) 0,078 мм/мин и на 1,8% больше, что в,электролите, не содержащем ФГММ, По сравнению с электролитом-и рототипом производительность обработки выросла.в 1,5 раза (18,34 против
12 гlмин), Удельное шламосодержание по сравнению с электролитом без добавки сни- зилось на 14% (с 8 Т до 7,63 г/л), а по срав1808551 нению с электролитом-прототипом.— в 2,5 раза (с 19,3 до 7,63 г/л), Погрешность продольной формы отверстия составила д = 0,5 мм; шероховатость обработанной поверхности — Ra 0,4 мкм, что не отличается от 5 образцов, обработанных на электролитепрототипе и электролите без ФГММ.
Пример 3. Готовят электролит, растворяя в 5 л водопроводной воды 1,5 кг хлористого натрия; 0,2 кг азотнокислого на- 10 трия; 0,2 кг ФГММ, доводя объем раствора этой смеси после растворения компонентов до 10 л. В этом электролите обрабатывает по внутреннему диаметру стальные трубчатые цилиндрические образцы. По окончании 15 обработки производительность составила
31,9 г/мин, что соответствует средней скорости обработки {на сторону) 0,134 мм/мин и на
23ф больше, чем в электролите, не содержащем ФГММ. По сравнению с электролитом- 20 прототипом производительность обработки выросла в 1,8 раза (31,9 против 17,5 г/мин), Удельное шламосодержание по сравнению с электролитом без добавки снизилось в 2,6 раза (с 12,53 до 4,74 г/л), а по сравнению с 25 электролитом-прототипом — на 147, (с 5,4 до
4,74 г/л). Погрешность продольной формы обработанного отверстия составила д - 0,2 мм, что в 2 5 раза ниже, чем при обработке на электролите без ФГММ, и в 1.7...2 раза 30 ниже, чем при ЭХО на электролите-прототипе. Шероховатость обработанной поверхности составила Ra 0,4...0,37 мкм.
Пример 4, Готовят электролит, растворяя при перемешивании в 10 л водопро- 35 водной воды 2 кг хлористого натрия; 0,5 кг азотнокислого натрия; 0,35 кг ФГММ. После полного растворения компонентов в этом электролите обрабатывают по внутреннему диаметру стальные трубчатые цилиндриче- 40 ские образцы. По окончании обработки производительность составила 45,17 гlмин, что соответствует средней" скорости обработки (на сторону) 0,187 мм/мин и на 30 больше, чем в электролите, не содержащем ФГММ, 45
По сравнению с электролитом-прототипом производительность обработки выросла в
2,6 раза (45,17 против 16,3 г/мин). Удельное шламосодержание по сравнению с электролитом без добавки снизилось в 9,2 раза (с 50
16,79 до 1,83 гlл), а по сравнению с электро1,0 — 3,5
Остальное литом-прототипом — в 4,5 раза (с 8,2 до 5,23 г/л). Погрешность продольной формы обработанного отверстия составила д = 0,1 м, что в 5 раз ниже, чем при обработке на электролите без ФГММ и электролите-прототипе, при шероховатости обработанной поверхности Ra 0,32...0,34 мкм.
Пример 5. Готовят электролит, растворяя при перемешивании в 10 л водопроводной воды 2,2 кг хлористого натрия; 0,7 кг азотнокислого натрия; 0,4 кг ФГММ. После полного растворения компонентов в этом электролите обрабатывают.по внутреннему диаметру стальные трубчатые цилиндрические образцы. По окончании обработки производительность составила 39,94 г/мин, что соответствует средней скорости обработки (на сторону) 0,166 мм/мин и на 13 больше, чем в электролите, не содержащем ФГММ.
По сравнению с электролитом-прототипом производительность обработки выросла в
2,3 раза (39,94 против 17,3 г/мин), Удельное шламосодержание по сравнению с электролитом без добавки снизилось в 3,3 раза (с
17,08 до 5,23 г/л), а по сравнению с электролитом-прототипом — в 1,6 раза (с 8,2 до 5,23 г/л). Погрешность продольной формы обработанного отверстия составила д = 0,35 мм, что в 1,7 раза ниже, чем при обработке на электролите без ФГММ, и в 1 4 раза ниже, чем при ЭХО на электролите-прототипе.
Шероховатость обработанной поверхности составила Йа 0,4 мкм.
Формула изобретения
Электролит для размерной электрохимической обработки сталей на основе водного раствора смеси солей хлористого и азотнокислого натрия с органической добавкой, о тлича ющийсятем.что,сцельюповышения производительности и точности процесса, при обработке легированных сталей в качестве органической добавки он содержит фенил-ди-(1-гексил-3-метилпиразон-5-он-4-ил) метан при следующем соотношении компонентов, мас. :
Хлористый натрий 15-20;
Азотнокислый натрий 2-5
Фенил-ди-(1-гексил-3- Ъ метил пиразон-5-он-4-ил) метан
Вода
1808551
П ко о
Составитель А,Петров
Редактор А,Купрякова Техред М.Моргентал Корректор Н.Максимишинец
Заказ 1242 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб.. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 701
