Способ электрохимической обработки поверхности металла

 

Союз Советских

Соцнапнстнческих

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 14. 10.8.1 (21) 3347418/22-02 с присоединением заявки М(51)М. Кл.

С 25 Р 3/00

Гееудврственвьв1 квннтат

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 07. 01. 83. Бюллетень М 1

Дата опубликования описания 07.01.8) вв делан нзевретеннй н втхрытнй (53) УДК 621 ° 357 ° . 8(088. 8) !

А. Н. Чижов, С. В. Образцов, Л. E. Марков, В. А. Лебедев и И. Н. Медведев ,т д еЪ

И" -"

Научно-исследовательский институт ядерно электроники и автоматики при Томском политехническом институте имени С. M. Кирова (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель ($4) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАЕОТКИ ПОВЕРХНОСТИ .

МЕТАЛЛА

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано при травлении поверхности металла перед нанесением гальванического покрытия или для придания поверхности задан-:. ных физико-химических свойств.

Известен способ электрохимической обработки поверхности металла путем травления образца, включащий пропускание переменного ассиметричного тока через ванну электролитическую, причем травление образца металла производится при его движении в рабочей ванне, сообщающейся с другой ванной, в которой также движется контрольная проба, степень травления которой определяется оптически по снятию определенного слоя металла. Окончание процесса травления образца металла определяется по двум, опти- 2о чески замеренным, точкам травления пробы (1).

Однако в производственных условиях требуются дополнительные прис2 пособления в вид пробной ванны, установки для оптических измерений, да и самого нерационального расхода металла при травлении пробы. Кроме того, такой способ требует точного совпадения состояний поверхности образца и пробы, так как в противном случае скорость травления отдельных участков не будет соответствовать скорости травления пробы.

Наиболее близким к предлагае ло лу является способ электрохимической обработки поверхности металла путем травления образца, включающий пропускание переменного тока через электролитическую ванну (2).

В процессах анодного электрохимического травления на пере ленном токе происходит не только растворение имеющихся окислов и подокисного слоя металла, но и процесс дополнительного образования окислов. Все эти процессы протекают одновременно и в зависимости от используемого электро986973 лита, его концентрации, температуры и природы обрабатываемого металла скорость их меняется. Растворение основы явление нежелательное, так как приводит к потере металла и дополнительному расходу реактивов. !(роме того, толщина и структура окислов или посторонних примесей неод-. нородна, а следовательно, и процесс их удаления также неравномерен. Так, 10 например, в течение 2/3 времени трав* ления около 80 б уже обнаженной поверхности подвергается воздействию травителя и приводит к потере металла. Таким образом, время обработки 15 должно быть строго регламентировано и находится в согласовании с состоянием поверхности )леталла, качеством электролита и характером электрохимических изменений, происходя- щ щих в системе. В этом способе задают ся и поддерживаются токовые режимы, и в зависимости от них процесс находится под временным контролем и завершается по истечению этого ранее 2S экспериментально установленного времени. При этом не учитываются возможные отклонения в состоянии поверхнос- ти металла, составе электролита, гео метрии и др. физико-химических фак- Зв торов.

В силу этого при недостаточном времени будет некачественная обработка, т.е. останутся следы неудаленных окислов а при избытке — неЭ 3S ,производительная потеря металла, Поэтому на практике придерживаются какой-то середины, чтобы и недотравить и не перетравить, а это выбирается опытным путем.

Цель изобретения — повышение качества травления путем определения минимально необходимого времени процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электрохимической обработки поверхности металла путем травления образца, включающему пропускание переменного асимметричного тока через электролитическую ванну, в ходе процесса регистрируют скорость изменения тока или напряжения и заканчивают процесс травления по достижении этими параметрами минимальных постоянных значений..

На .фиг. 1 представлена блок-схема установка для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 и 3 - графики зависимости скорости изменения тока или напряжения от времени обработки(-<< =1() и =Г(й)).

Устройство состойт из низкочастотного генератора 1 сигналов, устройства для изменения Фор)лы сигнала 2, электролитической ванны 3 и контрольно-измерительных приборов: вольтметра

4, амперметра 5 и осциллографа 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Обрабатываемый образец (изделие и т.п.) металла помещают в электролитическую ванну 3 в качестве одного из электродов, в зависимости от того анодный или катодный процесс трав= ления будет проводиться. Состав электролита зависит от природы металла и подбирается экспериментально. Для черных металлов чаще используются электролиты на основе неорганических кислот или подкисленных трехвалентных солей железа. Сигнал генератора 1 через устройство для измерения формы сигнала 2 подают на электроды ванны и проводят процесс обработки поверхности металла, в ходе которого регистрируют скорость изменения напряжения или тока. Строят кривые ь1 =f (t) или u =f (t).

Эти кривые имеют ряд экстремальных изменений, зависящих от состояния поверхности обрабатываемого металла, а затем выходят на плато °

Процесс обработки заканчивают в момент выхода кривых на плато.

Выбор в качестве регистрируемого параметра скорости изменения напряжения или тока обусловлено тем, что эта относительная величина не зависит от первоначальных значений напряжения или тока, а зависит от процессов, происходящих на поверхности металла и установление равновесного течения процесса растворения чистого металла с постоянной скоростью сопровождается выходом кривых на плато.

В качестве конкретного примера ис пользования предлагаемого изобретения рассмотрим процесс обработки поверхности малоуглеродистой стали перед нанесением гальванического покрытия. В качестве электролита применяют подкисленный раствор хлорного желева, температура обработки ком натная, плотность тока 5-7 А/дм время обработки зависит от состояния поверхности и для наших условий состав986973 ляет 10-30 мин, катод из того же ма. териала. Анодное травление приводят переменным асиммвтричным током. Для объяснения происходящих изменений в электрохимической системе необхо- 5 димо рассмотреть ход зависимости скорости изменения напряжения или тока от времени проведения процесса на переменном ассимметричном токе (фиг.2). Начальный период времени характеризуется образованием за счет окислительно-восстановительных реакций на поверхности металла окисной пленки. Этому процессу соответствует резкое изменение регистрируемого параметра — участок 0-2 мин. В дальнейшем идет процесс растворения окисной пленки, который является более медленным и соответствует более плавным изменениям регистрируемого пара- 20 метра — участок 2-9 мин, но и на этом участке не исключается проявление аномальных изменений, которые зависят от состояния поверхности обраi батываемого металла. Процессу окончания растворения и удаления окисной пленки с поверхности металла и начала травления чистого металла соответствует участок 9-11 мин, на котором скорость изменения контролируе-30 мого параметра минимальна и постоянная - кривая выходит на плато. Выход кривой после нескольких экст ремальных изменений на плато свидетельствует о том, что процесс обработки поверхности завершен. Время выхода кривой, напримерЬОjbk=f{t), на плато зависит как от физико-химических свойств электролита, так и от состояния поверхности обрабатываемо- 4в го металпа. На фиг. 3 приводится кривая Ь0 bt,=f.(t), полученная при о&. работке такого же образца, что и на фиг. 2, но с .предварительно нанесенным гальваническим поКрытиеМ из 4 железа. Из сопоставления кривых на фиг. 2 и 3 можно сделать вывод, о том, что длительность обработки зависит от первоначального состояния поверхности металла и может быть четко зафиксирована по ходу регистрируемой зависимооти; а это означает, что процесс удаления окислов или посторонних примесей с поверхности металла удален и начался равновесный процесс растворения металла с постоянной скоростью, т.е. достигнуты необходимые условия, определяющие качество обра ботки поверхности. Аналогичный вид кривых получается и при других токо" вых режимах, или с той же разницей, что области выхода на плато сдвигается по времени и это позволяет выбрать наиболее оптимальные с технологической и экономической точек зрения режимы обработки.

Таким образом, предлагаемый способ приводит к сокращению длительности обработки с сохранением качества подготовки поверхности, что способствует уменьшению непроиэвод1тельного расхода электроэнергии и реакти вов, а твкже исключаются необоснованные потери металла. По сравнению с прототипом, предлагаемый способ отличается простотой и не требует дополнительных приспособлений и специальных измерительных уст ройств.

Формула изобретения

Способ электрохимической обработки поверхности металла путем травления образца, включающий пропускание переменного асимметричного тока через электролитическую ванну, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества травления путем определения минимально необходимого времени процесса, в ходе процесса регистрируют скорость изменения тока или напряжения и заканчивают процесс травления по достижении этими параметрами минимальных постоянных значений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3503817, кл. 156-19, опублик, 1970.

2. Вайнер Я. В., Дасоян И. А. Технология электрохимических покрытий.

Л., "машиностроение", 1972, с.53.

986973

1

+b с

Ж 1 ива

Составитель Л. Груднева

Редактор Н. Киштулинец Техред А,дц Корректор 8. Прохненко

Заказ 10218/5 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4