Способ электрохимического избирательного травления стальных изделий
Союз Советскик
Социалистические
Республик
ОП ИСАНИЕ(945258
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.05.80 (21) 2923700/22-02 с присоединениеM заявки % (23) Приоритет
Опубликовано 23.07.82. Бюллетень ¹27
Дата опубликования описания 23.07. 82 (5t)M. Кл.
С 25 F 3/14
9кударсткнный комитет
СССР до делам изобретений н открытей (53) УДК621 9 ° . 047(088.8) (72) Авторы изобретения
A.A.ÀHóðoâ, Б.K.Èoíòâèëëo и В.С.Федоров (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКОГО ИЗБИРАТЕЛЬНОГО
ТРАВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности, к избирательному травлению высоколегированных сталей, обладающих высоким химическим сопротивлением, например типа элинвар (44НХТЮ), и может быть использовано при изготовлении иэделий, имеющих сложную конфигурацию, например резонаторов для электромеханических фильтров, когда нежелательны Механические напряжения, возникающие в детали при ее обработке.
Известный способ электрохимического травления стальных изделий, при котором процесс ведут с применением постоянного тока, в водном циркулирующем растворе (153 бромистого калия) при механической вибрации электрода не позволяет равномерно о6рабатывать большие поверхности 1).
Поверхность травления в данном способе составляет около 10 мм
Увеличение обрабатываемой поверхности ведет к значительному увеличению силы тока и к появлению градиента потенциала по поверхности детали, что в свою очередь приводит к неравномерности травления детали и снижению ее качества.
Известен способ электрохимического травления стальных иэделий, когда травление ведут в,водном растворе минеральных солей, например, сульфата натрия прикладыванием к электродам попеременно положительного и отрицательного потенциала. При этом плотность тока составляет 160 А/дм (2).
Недостатком этого способа является медленная скорость травления и то, что оба электрода подвергаются травлению одинаково, что ведет к быстрому загрязнению раствора.
Наиболее близким к изобретению является способ электрохимического травления стальных изделий постоян945258 ным током плотностью 0,1-11 А/дм в водном растворе смеси азотной и соляной кислот с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ) - перфторсульфокислоты (3).
Однако этот способ имеет малую скорость травления (1-100 мг/м ).
Попытки увеличить скорость травления путем повышения плотности тока приводят к обратному эффекту - скорость травления уменьшается. Это связано с электрохимической пассивацией поверхности обрабатываемой детали, кроме того, возникают локальные перегревы и неравномерность трав- ления, что снижает качество обработки деталей. Недостатком известных способов является также их неэкономичность, обусловленная тем, что вытравливается вся поверхность, кото- 20 рую необходимо удалить для образования конфигурации деталей, что приводит к излишнему переводу прецизионного сплава детали в раствор, pacxo" ду электроэнергии, уменьшению срока службы раствора.
Целью изобретения является интенсификация процесса, повышение равномерности .травления по всей площади рисунка, образованного в слое фото- 30 резиста и стабильности раствора.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу электрохимического избирательного травления стальных изделий, преимущественно из высоколегированных сталей типа элинвар в водном растворе смеси азотной и соляной кислот с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ), в качестве ПАВ используют лаурилсульфат
40 натрия в количестве 0,1-0,2 г/л, а процесс ведут асимметричным перемен" ным током промышленной частоты при плотности прямого и обратного тока
150-200 и 1,5-2,0 А/дм соответстL 45 венно с использованием циркуляции раствора и наложения ультразвуковых колебаний на изделие.
Изобретение позволяет экономить металл изделия (прецизионного спла" ва элинвар) и электроэнергию, предотвратить локальные перегревы за счет того, что травлению подвергают не всю поверхность, а только поверхность, представляющую собой полосу шириной 10-100 мкм, образованную в слое фоторезиста, химически стойкого к данному раствору, одинаковую по всей длине и ограничивающую контур рисунка, причем травление ведут с двух сторон изделия.
Проведение процесса при меньших или больших плотностях тока, указанных выше, ведет к повышению газовыделения и к уменьшению скорости растворения. Образующийся пассивирующий слой из окислов металлов, тормозящий процесс травления устраняют путем
J восстановления окислов периодическим пропусканием тока обратной полярности. Амплитуду этого тока выбирают на 2-3 порядка меньше амплитуды прямого тока и устанавливают в пределах
1,5-2 А/дм . Обратный ток меньшей
Я. величины чем 1,5 А/дм недостаточно 1 устраняет окисную пленку. Если же его величина больше 2 A/äì то это ведет к нежелательному растворению катодов. Повышение скорости травления сопровождается интенсивным образованием газообразных продуктов анодной реакции, которые адсорбируются на поверхности детали и ухудшают качество ее обработки. Устранение этого вредного фактора достигается введением в раствор в качестве ПАВ лаурилсульфата натрия в количестве О,10,2 г/л. Иеньшая концентрация лаурилсульфата недопустимо снижает эффект удаления газообразных продуктов с поверхности травления, большая концентрация приводит к образованию продуктов реакции с компонентами электролита, снижающих скорость растворения, и приводит к интенсивному пенообразованию. Продукты анодного растворения, непрерывно образующиеся на поверхности детали в прианодной зоне и замедляющие процесс травления, удаляются путем воздействия на деталь ультразвуковых колебаний частотой 18-44 кГц и интенсивностью
0,5-10 Вт/см и непрерывной циркуляцией раствора в ванне травления.
Последнее способствует также выравниванию температуры и концентрации электролита, что повышает равномерность травления. Дальнейшее повышение скорости травления обеспечивается встречным травлением детали с обеих сторон.
Способ осуществляют следующим образом (на примере получения партии резонансных систем для электромеханических фильтров из сплава элинвар).
5 9452
На элинварных пластинах - заготовках толщиной 0,1-0,2 мм с нанесенным с обеих сторон слоем фотореэиста формируют рисунок резонансной системы электромеханического фильтра. 5
Заготовки помещают в водный раствор смеси 501-ных азотной и соляной кислот в соотношении 1:1. В качестве
ПАВ добавляют лаурилсульфат натрия, Катоды, изготовленные из титана, размещают в ванне по обе стороны от анода-детали на расстоянии 50 мм, При этом производится циркуляция раствора, обеспечивающая пятикратный обмен в течение часа. Рабочий объем составляет 5 л. Токоподвод
Спо соб
Известный
Предлагаемый
Показатели
Г2 3 (1) 1 1 2 ) 3
Азотная кислота (раэб. 1:1), 0,4 г/мл
0,6
Растворы минеральных солеи (например
Na О 5 0,2 0,15 0,2 0,1 0,15 Перфторсульфокислота 0,2 0 1 До 1 л До 1 л До 1 л До 1 л До 1 л Вода 20 20 30 150 1,0-60 О 1-,10 150 200 10 (, прямого, мс 12 2 Д обратного, А/дм 1,0-60 210 1 5 12 с обратного, мс 30 3 5 Графит Свинец .Титан Элинвар (44НХТЮ) Иатериал катода Свинец Свинец Сталь Сталь Иатериал анода Частота УЗК, кГц 44 25 1,0 1,0 0 5 "15 Соляная кислота (разб. 1:1), г/мл Лаурилсульфат натрия, г/л Температура раствора, о С Д прямого, А/дм Продолжительность процесса, мин Интенсивность, Вт/см Равномерность травления, мкм осуществляется через шины, причем, на аноде закрепляют пьезокерамический вибратор, обеспечивающий передачу детали ультразвуковых колебаний. При травлении используют асимметричный ток, получаемый из симметричного синусоидального тока промышленной частоты путем создания двух цепей с различным сопротивлением для токов положительной и отрицательной полуволн, что обеспечивается включе1 нием двух диодов в противоположных направлениях. Состав раствора, режим и результаты обработки приведены в таблице, -10 " +100 +100 945258 Продолжение таблицы Способ Показатели Предлагаемый Известный 5 1 день 1 день Количество затраченной электроэнергии, кВт/ч (на 10000 шт.) 2,5 2500 2000 2 5 2,5 15 30 60 Выход годных,4 Экономия элинвара с 10000 шт., кг Расход электролита на 10000 шт., л 20 20 20 600 1000 Как видно из таблицы, изобретение позволяет значительно повысить равномерность травления и срок службы раствора, интенсифицировать процесс, приводит к экономии электроэнергии и материала изделия, что в,целом 35 приводит к повышению выхода годных изделий. Технико-экономический эффект от использования данного изобретения при изготовлении 10000 шт, резонато- 4о ров составляет 50000 руб. Формула изобретения Способ электрохимического избирательного травления стальных иэделий, преимущественно из высоколегированнь|х сталей типа элинвар в водном растворе смеси азотной и соляной 50 кислот с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ), о т л и ч а юТираж 686 Подписное ВНИИПИ Заказ 5269/38 t,i!è,",ii ЧПП "tl,. ò нт, г. Ужгород, ул. Проектная, Срок службы раствора до полной замены (предельно допустимая концентрация растворенного металла 100 г/л раствора), мес. (на 10000 шт, изделий) Время на корректировку одного резонатора, мин шийся тем, что, с целью интенсификации процесса, повышения равномерности травления по всей площади рисунка, образованного в слое фоторезиста и стабильности раствора, в качестве ПАВ используют лаурилсульфат натрия в количестве 0,1-0,2 г/л, а процесс ведут асимметричным переменным током промышленной частоты при плотности прямого и обратного тока 150-200 и 1,5-2,0 А/дм соотZ ветственно с использованием циркуляции раствора и наложения ультразвуковых колебаний на изделие. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Круглов В.В. Глубокое электрохимическое маркирование. — "Судостроение", 1978, N 8, с. 26. 2. Патент Великобритании 1522535, кл. С 25 Г 1/06, опублик. 1978. Патент Великобритании 11521966, кл. С 25 F 3/06, опублик ° 1978.
