Электролит для электрохимической размерной обработки металлов

 

Использование: в машиностроении для обработки металлов, преимущественно легированных инструментальных сталей, и позволяет повысить производительность процесса обработки при обеспечении низкой шероховатости обработанной поверхности. Сущность изобретения: в водный раствор смеси солей азотнокислого и хлористого натрия вводят дигидрат динатриевой соли 2-(2, 4-динитрофенилазо)-1-амино-8-оксинафТалин-3,6-дисульфошслоты при следующем соотношении компонентов, мас.%: азотнокислый натрий 15-18; хлористый натрий 2-5; дигидрат динатриевой соли 2(2,4 -динитрофенилазо)-1-амино-8-оксинзфталин-3,6-ди сульфокислоты 2,5-6,0, вода остальное. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (я)л В 23 Н 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) (21) 4914839/08 (22) 28.02.91 (46) 15.05.93. Бюл. N 18 (71) Производственное объединение "Тульский оружейный завод" (72) А.С.Мошев, Б.И,Богомолов, А.Ю.Петров, Б.Л.Шелиспанский и С.А.Климов . (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1454591, кл. В 23 Н 3/08, 1986. (54) ЗЛЕКТРОЛИТДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ (57) Использование: в машиностроении для обработки металлов, преимущественно леИзобретение относится к электрохимической размерной обработке (ЭХРО) металлов, преимущественно легированных инструментальных сталей, содержащих легирующие компоненты в виде хрома, ванадия, молибдена и др.

Целью изобретения является повышение производительности процесса обработки легированных инструментальных сталей, содержащих легирующие компоненты в виде хрома, ванадия, молибдена при обеспечении низкой шероховатости обработанной поверхности.

Для достижения укаэанной цели в электролит на основе водного раствора смеси солей нитрата и хлорида натрия дополнительно введен дигидрат динатриевой соли

2-(2,4 -динитрофенилаэо)-1-амин о-8-оксинафталин-3,6-дисульфокислоты, именуемый далее по тексту сокращенно ДДС ДФАОС, при следующем соотношении компонентов, и» SU< i 1815038 Al гированных инструментальных сталей, и позволяет повысить производительность процесса обработки при обеспечении низкой шероховатости обработанной поверхности.

Сущность изобретения: в водный раствор смеси солей азотнокислого и хлористого натрия вводят дигидрат динатриевой соли 2-(2

/ !

4-динитрофенилазо)-1-амина-8-оксинафталин-3,6-дисульфокислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%: азотнокислый натрий 15-18; хлористый натрий 2-5; дигидрат динатриевой соли 2(2,4 -динитрофенилазо)-.1-амико-8-оксинафталин-3,6-ди сульфокислоты 2,5-6,0, вода ос"гальное. 2 табл. мас.%; нитрат натрия 15-18; хлорид натрия

2-5. ДДС ДФАОС 2,5-6,0; вода — остальное.

Положительный эффект может быть обусловлен склонностью органической до- ОО бавки к образованию растворимых металло- а комплексов с продуктами анодного (Я растворения обрабатываемого металла, что С) приводит к стабилизации физико-химических параметров электролита по длине рабочей зоны; адсорбцией органической добавки на анодной поверхности, что улуч. шает смачиваемость обрабатываемой по- „3 верхности и тем способствует и формированию прианодного слоя, оказывающего благоприятное воздействие на процессы выравнивания микрорельефа . анодной поверхности.

Основной объем металла, удаляемого при ЭХРО. переходит в раствор по схеме

Me0 Me" + ne, где n — показатель валентного состояния металла.

1815038

В электролитах, представляющих собой чистые водные растворы неорганических солей щелочных металлов (хлоридон, нитратов), образование взвешенного шлама происходит из-за связывания ионов металла

Me co скапливающимися у анода ионами й+ гидроксила ОН с образованием гидрооксидов Ме(ОН)п.

В присутствии же ДДС ДФАОС в среде, содержащей анионы.МОз и СГ, переходящие в раствор ионы металла образуют с молекулами органической добавки водорастворимые макроциклические комплексные соединения с донорно-акцепторным типом связей. 15

Для ионов железа Ге этот процесс можно интерпретировать схемой с» .М= и -©- И, -1,О

Я ОО +ЯГе

20.SOs>" (О O у. „д - » с с

I /" ". /

Возможность образования таких макроциклических комплексов объясняется тем, что при образовании последних из иона ме- З5 талла и лиганда не приходится затрачивать много энергии на придание молекуле органического вещества необходимой конформации и на сближение одноименно заряженных донорных атомов,поскольку <0 энергия эта уже затрачена раньше при синтезе лиганда. Кроме того, при комплексообразовании в раствор вытесняются несколько протонов водорода Н, окружающих ион металла, а вместо них из раствора 15 изымается одна молекула макроциклического лиганда, Все это приводит к тому, что реакция комплексообразонания становится термодинамически выгодной.

Известно, что прочность комплексного соединения значительно повышается, если группировки атомов, взаимодействующие с ионом растворенного металла, связаны друг с другом. Анализ структурной формулы 55 вышеприведенного макроциклического соединения наглядно свидетельствует о его прочности, поскольку одновременная координация нескольких согласованно действующих донорных атомов (в данном случае, азота) черезвычайно затрудняет выход металла из макроцикла.

Предпочтительность связывания молекул органической добавки с ионами переходных металлов с образованием макроциклических комплексов объясняется взаимодействием сильного элекростатического поля, создаваемого макроциклическими молекулами, со свободными орбиталями переходных d-элементов, являющихся в то же время и основными легирующими компонентами сталей и сплавов: хром, никель, ванадий и др.

Из-за наличия в молекуле ДДС ДФАОС гидроксильных групп наряду с образованием макроциклического металлокомплекса с центральным расположением иона металла, возможно также образование комплексного соединения, в котором роль лиганда играет сам макроциклический металлокомплекс, причем ион металла реагирует с последним по связи — Π— Н с отщеплением протона Н .

Известно применение ДДС ДФАОС в качестве реагента для определения белков в полиакриламидном геле, В предлагаемом составе электролита не используются свойства ДДС ДФАОС как реагента для определения белков в полиакриламидном геле, .

Для проверки эффективности предлагаемо-о состава электролита были проведены экспериментальные исследования по ЭХРО легированных инструментальных сталей марок 9ХС и 6ХВГ при различных концентрациях компонентов в электролите.

Режим обработки. плотность тока 9,5

В/см; напряжение 6 В; давление электро2, лита на входе в межэлектродный зазор (МЭЗ) 0,5-0,6 МПа; величина МЭЗ 0,02-0,025 мм; частота осцилляции электрода-образца

50 Гц; шероховатость исходной поверхности Ra 10 мкм, температура электролита

25 + 2 С, время обработки 2 мин, Пример 1. Готовят электролит, растворяя в 250, мл водопроводной воды 50 r азотнокислого натрия и 5 г хлористого натрия при постоянном перемешивании при комнатной температуре. После полного растворения компонентов в полученный раствор вводят 12,5 r ДДС ДФАОС и при перемешивании доводят водой объем раствора до 500 мл. B этом электролите обрабатывают плоские прямоугольные образцы из стали 6ХВГ при вышеуказанных режимах. По окончании обработки скорость съема металла составила 0,106 r/cM мин, что в

2 раза ниже, чем в электролите-прототипе, но на 0,9% больше, чем в электролите, несодержащем ДДС ДФАОС. Удельное шламосодержание по сравнению с электролитом без добавки снизилось íà 12% (с S,7 до 7,77

1815038 г/л), В результате обработки была получена ровная светло-серая поверхность с Ra 7,8 мкм, что в 1,95 раза больше значений, достигаемых на электролите-прототипе.

Пример 2, Готовят-электролит, рас- 5 творяя в 250 мп водопроводной воды 75 r азотнокислого натрия и 10 г хпорида натрия при постоянном перемешивании при комнатной температуре. После полного растворения компонентов в полученный раствор 10 вводят 22,5 г ДДС ДФАОС и при перемешивании доводят водой объем раствора до 500 мл. В этом электролите обрабатывают плоские прямоугольные стальные образцы. По окончании обработки скорость съема метал- 15 ла составила 0 172 г/см мин, что на 27 меньше, чем в электролите-прототипе, но на

20 больше, чем в электролите, не содержащем органической добавки. Удельное . шламосодержание по сравнению с электро- 20 питом без добавки снизилось в 2,6 раза (с

12,5 до 4,75 г/л). В результате обработки была получена ровная светлая латовая поверхность без питтингов с Ra 5,6 мкм, что в

1,4 раза выше значений, достигаемых на 25 электролите-прототипе.

Пример 3. Готовят электролит, ðàñтворяя в 250 мп водопроводной воды 90 r азотнокиспого натрия и 25 г хлорида натрия при постоянном перемешивании при ком- 30 натной температуре. После полного растворения компонентов.в полученный раствор вводят ЗО г ДДС ДФАОС и при перемешивании доводят водой объем раствора до 500 мл. В этом электролите обрабатывают пло- 35 ские прямоугольные стальные образцы. По окончании обработки скорость съема металла составила 0,279 г!см мин, что в 1 3 раза выше, чем в электролите-прототипе, и в 1,7 раза — чем в электролите, нв содержащем 40

ДДС ДФАОС. Удельное шламосодержание по сравнению с электролитом без добавки снизилось в.9,5 раз (с 16,64 до 1,75 г/л). В результате обработки была получена блестящая поверхность без питтингов с R3 3,5 45 мкм, что на 14 ниже значений, достигаемых на электролите-прототипе.

Пример 4, Готовят электролит, рас. творяя в 250 мл водопроводной воды 100 r азотнокислого натрия и ЗО r хлористого на- 50 трия при постоянном перемешивании при комнатной температуре. После полного растворения компонентов в полученный раствор вводят 32,5 г ДДС ДФАОС и при перемешивании доводят водой обьем рас- 55твора до 500 мл, В этом электролите обрабатывают плоские прямоугольные стальные образцы. По окончании обработки скорость съема металла составила 0,241 r/ñè мин, что на 10 больше, чем в электролите-прототипе, и в 1,4 раза выше, чем в электролите, не содержащем ДДС ДФАОС. Удельное шламосодержание по сравнению с электролитом без добавки снизилось в 2,75 раза (с 17.14 до

6,23 r/ë). Поверхность после обработки светлосерая с йа 5,1 мкм, что на 27 выше значений, достй гаем ых на электролите-прототипе.

Результаты исследований для граничных значений концентраций основных компонентов электролита для ЭХРО стали 6ХВГ представлены в табл. 1, данные по прототипу — в табл. 2, Анализ полученных результатов позволил установить, что производительность обработки при использовании электролита предлагаемогоо состава значительно (практически s 1,4 раза) превышает значения, полученные при

ЭХО на электролите-прототипе: максимальная скорость съема металла в электролите предлагаемого состава при плотности тока в 9,5А/см составляет 0,279 г/см мин про2 тив 0,388 г/см мин, достигаемой на элект2 ролите-прототипе при. плотности тока 19,2

А/см,.

В нешний вид поверхностей, обработанных в электролите предлагаемого состава.и электролите-прототипе, практически одина- . ков. Шероховатость обработанной поверхности на 8,5 ниже значений, достигаемых при использовании электролита-прототипа; на 40-600 нитратно-хлоридного электролита без добавок при снижении в 8-9 раз удельного шпамосодержания электролита.

Таким образом, наиболее оптимальным с точки зрения повышения производительности процесса обработки при обеспечении низкой шероховатости обработанной поверхности является электролит следующего состава, мас. : азотнокислый натрий 15-18; хпористый натрий 2-5; ДДС ДФАОС 2,5-6,0; вода — остальное.

Формула изобретения

Эпектролитдля электрохимической размерной обработки металлов на основе водного раствора смеси солей азотнокислого и хлористого натри в присутствии органической добавки,. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности процесса при обработке легированных инструментальных сплавов, в качестве органической добавки он содержит дигидрат динатриевой соли 2-(2,4-динитрофенилазо)1-амина-8-оксинафталин-3,6-дисупьфокислоты при следующем соотношении компонентов, мяс. :

Азотнокислый натрий 15-18

Хлористый натрий 2-5

Дигидрат динатриевой соли 2-(2,4-динитрофенилазо)-1

1815038

-амин о-8-оксинафталин3,6-дисульфокислоты 2,5-6.0

Вода

Остальное

Таблица 1

HzO

ДДС

ДФАСС хлорид натрия нитрат натрия,2

0,143

Ra 6,7

2,0

0,146

0,157

12,12

2,5

80,5

9,12

78,5

4,75

0,172

4,5

0,186

6,0

2,17

"0,161

76,5

6,5

2,68

0,164

16,64

Ra 5,0

2,0

14,73

0,167

74,5

0,21

9,44

4,5

72,5

0,237

4,52

6,0

0,279

1,75

2,17

70,5

0;224

Таблица 2

Составитель А.Петров

Техред М;Моргентал

Корректор М.Максимишинец

Редактор

Заказ 1607 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1.13035, Москва, Ж-35, Рэушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Кон ент а ия компонентов взлект олите мас.

Скорость съема металла, г/см мин

Удельное шламосодержание, г/л

Визуальная оценка качества и шероховатости по" верхности, Ra мкм

Поверхность свет лая матовая, Ra 5,6

Поверхность светлая блестящая без питтингов, Ra 3,5