CH381045A - Liquid intended for the machining of metallic materials by electrolytic means - Google Patents

Liquid intended for the machining of metallic materials by electrolytic means

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CH381045A
CH381045A CH7785859A CH7785859A CH381045A CH 381045 A CH381045 A CH 381045A CH 7785859 A CH7785859 A CH 7785859A CH 7785859 A CH7785859 A CH 7785859A CH 381045 A CH381045 A CH 381045A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/08Working media
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
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  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  

  Liquide     destiné    à l'usinage des matériaux     métalliques    par voie     électrolytique       Dans l'usinage des métaux par voie électrolytique,  on réalise une dissolution anodique de la pièce à usi  ner en     interposant    un     film    d'électrolyte entre une  électrode-outil constituant la cathode et la pièce à  usiner constituant l'anode, en faisant passer entre ces  deux électrodes un courant de haute densité qui peut  atteindre, par exemple, plusieurs centaines d'ampères  par cm2. La distance séparant les électrodes est com  prise entre quelques microns et quelques dixièmes de  millimètres.

   Le     film    d'électrolyte est en mouvement  relatif par rapport à la pièce à usiner et sa vitesse  moyenne peut     atteindre    plusieurs dizaines de mètres  par seconde. Dans     certains    cas, notamment pour l'af  fûtage et la rectification électrolytique,     l'électrode-ou-          til    est animée d'un mouvement relatif rapide par rap  port à la pièce à usiner, souvent à une vitesse de  plusieurs mètres à la seconde, ce qui entraîne le film  d'électrolyte. Dans d'autres cas, l'électrolyte est in  jecté sous pression entre les deux électrodes qui, dans  ce cas, peuvent être     stationnaires    (usinage électroly  tique statique).  



  Les électrolytes utilisés jusqu'à présent pour l'usi  nage électrolytique présentent divers inconvénients  qui ont freiné la     diffusion    de ce procédé. En premier  lieu, ils     deviennent    rapidement corrosifs et détériorent  les parties métalliques des machines exposées au li  quide d'usinage.  



  Divers sels ont été     utilisés    pour constituer l'élec  trolyte,     mais    au cours de l'usinage, il se forme sou  vent à la cathode des ions OH- libres qui modifient  la composition et les propriétés d'usinage de l'élec  trolyte.     Finalement,    la dissolution anodique est essen  tiellement réalisée par l'action des ions OH-. Il en  résulte que la composition initiale de la solution  n'avait que peu d'influence sur les propriétés de  l'électrolyte après un certain temps d'usinage et  qu'une dissolution anodique au moyen d'anions autres    que le radical OH\ ne pouvait jouer un rôle prépon  dérant, même si ces anions étaient en majorité     dans     le liquide avant l'usinage.

   Or la dissolution     anodique          par    action des ions OH- rend     difficile,    dans plusieurs  applications, un usinage précis, car une dissolution  anodique peut se     faire    sur des     parties    de la pièce  qui sont relativement éloignées de     l'électrode-outil.     



  Enfin, les     liquides    connus utilisés étaient, ou deve  naient, rapidement très     corrosifs.     



  En résumé, les électrolytes connus présentent  tous les inconvénients suivants, à des degrés plus ou  moins     forts     
EMI0001.0026     
  
    a) <SEP> Ils <SEP> sont <SEP> corrosifs <SEP> ;
<tb>  b) <SEP> ils <SEP> rendent <SEP> souvent <SEP> difficile <SEP> un <SEP> usinage <SEP> précis <SEP> ;
<tb>  c) <SEP> leur <SEP> composition <SEP> varie <SEP> au <SEP> cours <SEP> de <SEP> l'usinage, <SEP> ce
<tb>  qui <SEP> entraîne <SEP> des <SEP> modifications <SEP> de <SEP> leurs <SEP> propriétés
<tb>  d'usinage, <SEP> telles <SEP> que <SEP> vitesse <SEP> d'enlèvement <SEP> de <SEP> la
<tb>  matière <SEP> et <SEP> état <SEP> de <SEP> la <SEP> surface. <SEP> Ces <SEP> propriétés <SEP> ne
<tb>  peuvent <SEP> donc <SEP> pas <SEP> être <SEP> maintenues <SEP> à <SEP> leur <SEP> valeur
<tb>  optimum;

  
<tb>  d) <SEP> les <SEP> électrolytes <SEP> atteignent, <SEP> au <SEP> cours <SEP> de <SEP> l'usinage,
<tb>  un <SEP> pH <SEP> élevé, <SEP> ce <SEP> qui <SEP> les <SEP> rend <SEP> dangereux <SEP> pour
<tb>  l'opérateur.       La     présente    invention a pour objet un liquide  destiné à l'usinage des matériaux métalliques par  voie électrolytique remédiant aux inconvénients pré  cités. Ce liquide est caractérisé en ce     qu'il    est consti  tué par une solution aqueuse saline comportant au  moins un sel     alcalin,    de l'acide     orthophosphorique     et/ou de l'acide borique.  



  La présence d'au     moins    un des sels de l'acide  phosphorique     (H3PO4)    ou de l'acide     borique        (H3BO3)     dans la solution permet de tamponner     l'électrolyte,     c'est-à-dire de le     stabiliser    au voisinage d'un pH dé  terminé en empêchant la     formation        abondante    d'ions  OH- libres, permettant ainsi     d'utiliser    avec profit      l'action dissolvante à l'anode de divers anions.

   Ces  derniers peuvent être choisis, d'après la composition  métallique de la pièce à     usiner,    parmi les anions  suivants:     N02-,        N03-,    Cl-,     C10-,        C103---,     S04--, C104-, P04___ CO3--, HCO3COO-,  SiO3--, B03 --, Cr2O3-, Cr3O4. Ces anions sont  introduits de préférence dans la solution sous forme  de sels alcalins. Les sels alcalins de l'acide     ortho-          phosphorique    sont, par exemple, NaH2p04 (phos  phate monosodique), Na2HPO4 (phosphate disodique)  ou le Na3PO4 (phosphate trisodique).  



  Les sels de l'acide     borique    sont, par exemple,  le métaborate de soude NaBO2 ou le tétraborate de  soude Na2B4O7 dont une forme hydratée cristallisée  est le borax.     Dans    les deux cas, Na pourrait être rem  placé par K.  



  Le liquide selon l'invention peut contenir un  mélange de plusieurs de ces 5     sels    dans une propor  tion     déterminée    notamment par le pH auquel on  désire     réaliser    l'usinage. Le liquide peut éventuelle  ment     contenir    aussi un mélange d'un ou plusieurs de  ces 5 sels avec l'acide orthophosphorique et/ou avec  l'acide borique.  



  On peut     obtenir    le liquide en dissolvant dans  l'eau les sels ci-dessus ou les produire dans la solu  tion en neutralisant les acides phosphoriques et/ou  borique par une base alcaline. Inversement, on pour  rait ajouter un acide à la solution pour modifier la  composition du mélange des sels     ci-dessus.     



  A titre d'exemple non     limitatif,    le liquide d'usi  nage suivant, absolument non     corrosif,    a     permis    d'usi  ner     des        pièces    en carbure de tungstène (W) à des  vitesses de 600 à 900 mm3/min pour une surface  d'électrodes de 1 cm2 sous 200 à 300 A/cm2 et avec  un état de surface compris entre 5 et 25 microinches  RMS. Le liquide est obtenu par mélange de borax,  de phosphate monosodique et de nitrite de soude.

   La  concentration de ces trois constituants n'est pas criti  que et était,     dans    l'exemple choisi, de  
EMI0002.0021     
  
    borax <SEP> <B>.........</B> <SEP> .<B>....................</B> <SEP> .<B>....</B> <SEP> __... <SEP> 0,03 <SEP> mole/litre
<tb>  phosphate <SEP> monosodique <SEP> 0,03 <SEP> mole/litre
<tb>  nitrite <SEP> de <SEP> soude <SEP> <B>... <SEP> .......</B> <SEP> .. <SEP> 0,50 <SEP> mole/litre       Le pH est alors maintenu pendant tout l'usinage  à une valeur     comprise    entre 8,5 et 10.

   II en résulte  que la     concentration    en ions OH- est absolument       négligeable    devant celle des anions     NO.-    qui assurent       efficacement    la dissolution anodique du liant métalli  que (par exemple du cobalt) de la pièce de carbure    de W. Un pH supérieur à 10     indique    que le     liquide     d'usinage doit être changé.  



  On peut donner l'exemple suivant d'un électro  lyte convenant bien pour l'usinage des aciers  
EMI0002.0029     
  
    phosphate <SEP> disodique <SEP> . <SEP> .. <SEP> ..... <SEP> 0,04 <SEP> mole/litre
<tb>  nitrate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> ............ <SEP> ... <SEP> 0,20 <SEP> mole/litre
<tb>  chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> ........... <SEP> ... <SEP> 0,20 <SEP> mole/litre       Cet électrolyte permet d'obtenir de bons résultats,  le pH étant maintenu entre 8,5 et 10. Dans ce     cas,     les anions     actifs    sont     N03-    et Cl-.



  Liquid intended for the machining of metallic materials by electrolytic means In the machining of metals by electrolytic means, anodic dissolution of the workpiece is carried out by interposing an electrolyte film between a tool electrode constituting the cathode and the workpiece constituting the anode, by passing between these two electrodes a current of high density which can reach, for example, several hundred amperes per cm 2. The distance separating the electrodes is between a few microns and a few tenths of a millimeter.

   The electrolyte film is in relative movement with respect to the workpiece and its average speed can reach several tens of meters per second. In some cases, particularly for sharpening and electrolytic grinding, the tool electrode is driven in a rapid relative movement with respect to the workpiece, often at a speed of several meters per second, resulting in the electrolyte film. In other cases, the electrolyte is injected under pressure between the two electrodes which, in this case, may be stationary (static electrolytic machining).



  The electrolytes used until now for electrolytic machining have various drawbacks which have slowed down the spread of this process. First, they quickly become corrosive and damage metal parts of machines exposed to machining fluid.



  Various salts have been used to make up the electrolyte, but during machining, free OH-ions are often formed at the cathode which alter the composition and machining properties of the electrolyte. Finally, the anodic dissolution is essentially carried out by the action of OH- ions. As a result, the initial composition of the solution had little influence on the properties of the electrolyte after a certain machining time and that anodic dissolution by means of anions other than the OH \ radical. could play a major role, even if these anions were mostly in the liquid before machining.

   Now, the anodic dissolution by the action of OH- ions makes precise machining difficult, in several applications, because anodic dissolution can take place on parts of the part which are relatively far from the electrode-tool.



  Finally, the known liquids used were, or become, quickly very corrosive.



  In summary, the known electrolytes have all the following drawbacks, to varying degrees
EMI0001.0026
  
    a) <SEP> They <SEP> are <SEP> corrosive <SEP>;
<tb> b) <SEP> they <SEP> often <SEP> <SEP> difficult <SEP> precise <SEP> <SEP> machining <SEP>;
<tb> c) <SEP> their <SEP> composition <SEP> varies <SEP> during <SEP> during <SEP> of <SEP> machining, <SEP> this
<tb> which <SEP> causes <SEP> of <SEP> modifications <SEP> of <SEP> their <SEP> properties
<tb> machining, <SEP> such <SEP> that <SEP> speed <SEP> of removal <SEP> of <SEP> the
<tb> material <SEP> and <SEP> state <SEP> of <SEP> the <SEP> surface. <SEP> These <SEP> properties <SEP> do not
<tb> can <SEP> so <SEP> not <SEP> be <SEP> held <SEP> to <SEP> their <SEP> value
<tb> optimum;

  
<tb> d) <SEP> the <SEP> electrolytes <SEP> reach, <SEP> during <SEP> during <SEP> of <SEP> machining,
<tb> a high <SEP> pH <SEP>, <SEP> this <SEP> which <SEP> the <SEP> makes <SEP> dangerous <SEP> for
<tb> operator. The present invention relates to a liquid intended for the machining of metallic materials by electrolytic means which overcomes the aforementioned drawbacks. This liquid is characterized in that it is constituted by an aqueous saline solution comprising at least one alkali salt, orthophosphoric acid and / or boric acid.



  The presence of at least one of the salts of phosphoric acid (H3PO4) or of boric acid (H3BO3) in the solution makes it possible to buffer the electrolyte, that is to say to stabilize it in the vicinity of a pH determined by preventing the abundant formation of free OH-ions, thus making it possible to profitably utilize the anode dissolving action of various anions.

   These can be chosen, depending on the metal composition of the workpiece, from the following anions: N02-, N03-, Cl-, C10-, C103 ---, S04--, C104-, P04___ CO3- -, HCO3COO-, SiO3--, B03 -, Cr2O3-, Cr3O4. These anions are preferably introduced into the solution in the form of alkali salts. The alkali salts of orthophosphoric acid are, for example, NaH2PO4 (monosodium phosphate), Na2HPO4 (disodium phosphate) or Na3PO4 (trisodium phosphate).



  The salts of boric acid are, for example, sodium metaborate NaBO2 or sodium tetraborate Na2B4O7, a hydrated crystallized form of which is borax. In both cases, Na could be replaced by K.



  The liquid according to the invention may contain a mixture of several of these salts in a proportion determined in particular by the pH at which it is desired to carry out the machining. The liquid may optionally also contain a mixture of one or more of these salts with orthophosphoric acid and / or with boric acid.



  The liquid can be obtained by dissolving the above salts in water or produced in the solution by neutralizing the phosphoric and / or boric acids with an alkaline base. Conversely, an acid could be added to the solution to modify the composition of the mixture of the above salts.



  By way of non-limiting example, the following machining liquid, absolutely non-corrosive, made it possible to machine parts made of tungsten carbide (W) at speeds of 600 to 900 mm3 / min for a surface of electrodes of 1 cm2 at 200 to 300 A / cm2 and with a surface finish of between 5 and 25 microinches RMS. The liquid is obtained by mixing borax, monosodium phosphate and sodium nitrite.

   The concentration of these three constituents is not critical and was, in the example chosen,
EMI0002.0021
  
    borax <SEP> <B> ......... </B> <SEP>. <B> .................... </ B > <SEP>. <B> .... </B> <SEP> __... <SEP> 0.03 <SEP> mole / liter
<tb> <SEP> monosodium phosphate <SEP> 0.03 <SEP> mole / liter
<tb> <SEP> soda <SEP> nitrite <SEP> <B> ... <SEP> ....... </B> <SEP> .. <SEP> 0.50 <SEP> mole / liter The pH is then maintained throughout the machining at a value between 8.5 and 10.

   As a result, the OH- ion concentration is absolutely negligible compared to that of the NO.- anions which effectively ensure the anodic dissolution of the metal binder (for example cobalt) of the carbide part of W. A pH greater than 10 indicates that the machining fluid must be changed.



  We can give the following example of an electro lyte suitable for machining steels
EMI0002.0029
  
    disodium <SEP> phosphate <SEP>. <SEP> .. <SEP> ..... <SEP> 0.04 <SEP> mole / liter
<tb> <SEP> sodium <SEP> nitrate <SEP> ............ <SEP> ... <SEP> 0.20 <SEP> mole / liter
<tb> sodium <SEP> chloride <SEP> <SEP> ........... <SEP> ... <SEP> 0.20 <SEP> mole / liter This electrolyte makes it possible to obtain good results, the pH being maintained between 8.5 and 10. In this case, the active anions are N03- and Cl-.

 

Claims (1)

REVENDICATION Liquide destiné à l'usinage des matériaux métal liques par voie électrolytique, caractérisé en ce qu'il est constitué par une solution aqueuse saline compor tant au moins un des sels alcalins de l'acide ortho- phosphorique et/ou de l'acide borique. SOUS-REVENDICATIONS 1. Liquide selon la revendication, caractérisé en ce qu'il est constitué par une solution aqueuse saline contenant au moins un des sels alcalins de l'acide orthophosphorique et du borax. 2. CLAIM Liquid intended for the machining of metal materials by electrolytic means, characterized in that it consists of an aqueous saline solution comprising at least one of the alkali salts of orthophosphoric acid and / or acid boric. SUB-CLAIMS 1. Liquid according to claim, characterized in that it consists of an aqueous saline solution containing at least one of the alkaline salts of orthophosphoric acid and borax. 2. Liquide selon la revendication et la sous-reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par une solution aqueuse contenant du borax, du phos phate monosodique et du nitrite de soude. 3. Liquide selon la revendication, caractérisé en ce qu'il est constitué par une solution aqueuse saline contenant un mélange d'acide orthophosphorique et d'une base alcaline. 4. Liquid according to claim and sub-claim 1, characterized in that it consists of an aqueous solution containing borax, monosodium phosphate and sodium nitrite. 3. Liquid according to claim, characterized in that it consists of an aqueous saline solution containing a mixture of orthophosphoric acid and an alkaline base. 4. Liquide selon la revendication, caractérisé en ce qu'il est constitué par une solution aqueuse saline comportant au moins un des sels alcalins de l'acide orthophosphorique et de l'acide borique, de façon à maintenir le pH de la solution à une valeur inférieure à 12 au cours de l'usinage. 5. Liquide selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comporte un sel nitreux dissous. 6. Liquide selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comporte un sel nitrique dissous. 7. Liquide selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comporte un chlorure soluble. 8. Liquid according to claim, characterized in that it consists of an aqueous saline solution comprising at least one of the alkaline salts of orthophosphoric acid and of boric acid, so as to maintain the pH of the solution at a lower value to 12 during machining. 5. Liquid according to claim, characterized in that it comprises a dissolved nitrous salt. 6. Liquid according to claim, characterized in that it comprises a dissolved nitric salt. 7. Liquid according to claim, characterized in that it comprises a soluble chloride. 8. Liquide selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comporte un sulfate soluble. Liquid according to claim, characterized in that it comprises a soluble sulfate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2643005A1 (en) * 1989-02-13 1990-08-17 Gen Electric ELECTROCHEMICAL MACHINING PROCESS AVOIDING EROSION AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD

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