CN113056577A - 用于在附加地制得的金属构件上去除金属的支撑结构的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于去除在增材地制得的金属构件上的金属的支撑结构、烧结渣滓和/或引出片的方法，其中，在酸性电解液中电解地处理所述金属构件，其中，所述金属构件在规定的时间内作为阳极工作，其中，在规定的时间内，对所述金属构件多次交替地施加较高的电压并且随后施加较小的电压，或者施加较高的电流密度并且随后施加较小的电流密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于去除在增材地制得的金属构件上的金属的支撑结构、烧结渣滓和/或引出片的方法，其中，在酸性电解液中电解地处理金属构件，其中，金属构件在规定的时间内作为阳极工作。本发明还涉及一种包括酸性电解液的电解的电池。
背景技术
在用于制造金属构件的增材制造方法比如有选择性的激光烧结、有选择性的激光熔化或有选择性的电子束熔化中，有选择性地借助激光或电子束的能量将金属粉末层固化。采用这种制造方法基本上可以制得复杂的金属构件，其中，根据几何形状而定，需要残留下来的支撑结构。根据制造条件，在金属构件上也会残留烧结渣滓。有时，在增材制造期间，为了避免制造期间的高的温度梯度，给原初的金属构件配备了用于把在相应的构件区域中的热量引出的引出片。
这些在制好的构件中并非所愿的支撑结构和残余物，必须在制得金属构件之后繁琐地去除，其中，除了机械的方法比如铣削、打磨光滑和特别是针对复杂的金属构件采用喷射剂外，还采用电化学的方法，比如电抛光法。
GB 2 543 058 A1介绍了一种用于使得增材地制得的金属构件平滑的电化学方法，其中，采用很高的电压，并且加入至多25％(重量)的由无机盐、无机酸或无机碱构成的不同的电解液。
但是，GB 2 543 058 A1中介绍的方法的选择性却很小。虽然将金属构件上的不平整处充分地予以平滑，然而，材料去除的可控性却变得困难。
WO 2018/102845 A1介绍了一种使用甲磺酸和磷酸的用于增材地制造的金属构件的电抛光方法。在此，使得由该制造方法产生的小的不平整处平滑。在WO 2018/102844 A1中介绍了一种用于增材地制造的金属构件的电抛光方法，其中，规定了电流强度连续地上升。无论在WO 2018/102845 A1中还是在WO 2018/102844 A1中，都介绍了机械地预处理支撑结构。去除这种辅助结构是不可能的。EP 3 388 172 A1中介绍了另一种电抛光方法。所有这些电抛光方法都用于使得表面上的由生产所致的不平整处平滑。采用这些方法无法去除支撑结构、烧结渣滓或引出片。
发明内容
本发明的目的因此是，提出开篇所述类型的方法，采用该方法能够有选择性地去除在增材地制造的金属构件上的支撑结构、烧结渣滓或引出片。
该目的通过一种用于去除在增材地制得的金属构件上的金属的支撑结构、烧结渣滓和/或引出片的方法得以实现，其中，在酸性电解液中电解地处理金属构件，其中，金属构件在规定的时间内作为阳极工作，其特征在于，在规定的时间内，对金属构件多次交替地施加较高的电压并且随后施加较小的电压，或者施加较高的电流密度并且随后施加较小的电流密度。
令人惊奇地已表明，通过交替地施加较高的和较低的电压或电流密度，可以受控地去除金属构件上的干扰结构比如烧结渣滓、支撑结构或引出片，从而实际金属构件本身很少受到损害。
优选地，处理的全部时间介于10和120分钟之间，优选20和70分钟之间，特别优选30和60分钟之间。
令人惊奇地已表明，在短暂的时间内施加较高的电压就足够了。具体地已表明，不超过20s、优选不超过5s的时间就足够了。
更令人惊奇的是，在更短的时间内施加不同的电流强度就足够了。在此，少于1s的时间就已经可以足够了。
采用所述方法，无论较高的还是较低的电压、电流强度都可以保持相比于在GB 2543 058 A1中明显较低。较低的电压例如可以不大于30V，优选不大于10V。较高的电压例如可以不大于60V，优选不大于40V。
电解液必须酸性地设计。如果酸性电解液含有至少一种卤化物，特别是氯化物或氟化物，则将实现特别好的结果。氯化物特别适合于铁(合金)的金属构件，而氟化物在所有的金属构件上都表现出了良好的结果。优选地，它以溶解的HF2 -优选NH4HF2的形式加入。优选地，HF2 -以介于0.5和1mol/l之间、优选0.6和1.8mol/l之间的量加入电解液中。F-的浓度因而优选介于1和2mol/l之间、优选1.2～1.6mol/l。
也有利的是，酸性电解液含有硫酸盐或磺酸盐。硫酸盐例如可以按硫酸或其盐的形式加入。作为磺酸盐，例如可以考虑甲基磺酸或其盐。
优选地，电解液含有强酸。优选的例子是硫酸或硝酸。
电解液优选含有至少30％(体积)的酸。
该方法已表明特别适宜于由钛或钛合金构成的金属构件和金属支撑结构。合适的合金的例子是TiAl6V4。其它同样合适的金属包括铝合金、镍基合金(优选铬镍铁合金)或铁合金。
无论如何，优选地规定，烧结渣滓、支撑结构和金属构件由同一种金属构成。
本发明将借助例子和参比例子予以详述。对于所有例子都适用的是，经过处理之后，支撑结构、烧结渣滓或引出片被完全去除，而金属构件本身的造型完全保持不变。
例子1：
从钛合金TiA16V4(LPBF)金属构件中去除支撑结构。
把合金TiA16V4(LPBF)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
60％(体积)的水；
40％(体积)的H2SO4；
33.3g/l的NH4HF2。
在30分钟的时间内，在室温情况下，如下交替地改变阳极上的电压：
5V、1s；
25V、1s。
例子2：
从钛合金TiA16V4(EBM)金属构件中去除支撑结构。
把合金TiA16V4(EBM)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
60％(体积)的水；
40％(体积)的H2SO4；
33.3g/l的NH4HF2。
步骤1：以5V将金属构件电解30分钟。
步骤2：在5分钟的时间内，在室温情况下，如下交替地改变金属构件上的电压：
5V、4s；
35V、1s。
例子3：
从钛合金TiA16V4(LPBF)金属构件中去除支撑结构。
把合金TiA16V4(LPBF)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
60％(体积)的水；
40％(体积)的H2SO4；
33.3g/l的NH4HF2。
步骤1：以5V将金属构件电解30分钟。
步骤2：在5分钟的时间内，在室温情况下，如下交替地改变金属构件上的电压：
5V、4s；
35V、1s。
例子4：
从钛合金TiA16V4(EBM)金属构件中去除烧结渣滓和支撑结构。
把合金TiA16V4(EBM)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
60％(体积)的水；
40％(体积)的H2SO4；
33.3g/l的NH4HF2。
在30分钟的时间内，在室温情况下，如下交替地改变阳极上的电压：
5V、4s；
25V、1s。
例子5：
从钛合金TiA16V4(LPBF)金属构件中去除烧结渣滓和支撑结构。
把合金TiA16V4(LPBF)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
60％(体积)的水；
40％(体积)的H2SO4；
33.3g/l的NH4HF2。
在60分钟的时间内，在室温情况下，如下交替地改变阳极上的电压：
5V、4s；
25V、1s。
例子6：
从钛合金TiA16V4(EBM)金属构件中去除烧结渣滓。
合金TiA16V4(EBM)金属构件，在增材制造之后，在溶液中对所述金属构件无电流地在室温情况下预处理20分钟。该溶液含有如下组分：
20％(体积)的HNO3；
5％(体积)的氢氟酸。
步骤2：预处理的金属构件在如下组分的电解液中，
60％(体积)的水；
40％(体积)的H2SO4；
50g/l的NH4HF2，
在室温情况下，如下交替地电解20分钟：
5V、4s；
25V、1s。
例子7：
从铝合金AlSil0Mg(LPBF)金属构件中去除附着的粉末残余。
把合金AlSil0Mg(LPBF)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
50％(体积)的甲磺酸；
50％(体积)的乙二醇；
27g/l的NH4HF2。
在65℃情况下，如下改变阳极上的电流密度长达30分钟：
10ms、3A/dm2；
10ms、9A/dm2。
例子8：
从铝合金AlSil0Mg(LPBF)金属构件中去除附着的粉末残余。
把合金AlSil0Mg(LPBF)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
50％(体积)的甲磺酸；
50％(体积)的1,2-丙二醇；
27g/l的NH4HF2。
在65℃情况下，如下改变阳极上的电流密度长达30分钟：
10ms、3A/dm2；
10ms、9A/dm2。
例子9：
从镍基合金铬镍铁合金718
(LPBF)金属构件中去除支撑结构。
把镍基合金铬镍铁合金718
(LPBF)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
50％(体积)的水；
12.5％(体积)的HNO3，53％；
37.5％(体积)的HCl，32％。
如下改变阳极上的电势长达7分钟：
1000ms、20V；
4000ms、3V。
例子10：
从特种钢316L(LPBF)金属构件中去除支撑结构。
把特种钢316L(LPBF)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
50％(体积)的水；
12.5％(体积)的HNO3，53％；
37.5％(体积)的HCl，32％。
如下改变阳极上的电势长达7分钟：
1000ms、20V；
4000ms、3V。
例子11：
从铝合金AlSil0Mg(LPBF)金属构件中去除支撑结构。
把铝合金AlSil0Mg(LPBF)金属构件在增材制造之后放入到电解液中，并且作为阳极工作。作为电解液，采用：
60％(体积)的水；
40％(体积)的H2SO4；
50g/l的NH4HF2，
如下改变阳极上的电势长达10分钟：
1000ms、20V；
4000ms、3V。
注意：
LPBF：通过“laser powder bed füsion(激光粉床熔化)”来制造金属构件；
EBM：通过“electron beam melting”(电子束熔化)来制造金属构件。
Claims (10)
1.一种用于去除在增材地制得的金属构件上的金属的支撑结构、烧结渣滓和/或引出片的方法，其中，在所述方法中，在酸性电解液中电解地处理所述金属构件，其中，所述金属构件在规定的时间内作为阳极工作，其特征在于，在规定的时间内，对所述金属构件多次交替地施加较高的电压并且随后施加较小的电压，或者施加较高的电流密度并且随后施加较小的电流密度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，全部时间为5～120分钟，优选为20～70分钟。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，在不超过30s、优选不超过5s的时间内施加较高的电压或电流密度。
4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，较低的电压不大于30V，优选不大于10V；或者，较小的电流密度为7A/dm2，优选不大于4A/dm2。
5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，较高的电压不大于60V，优选不大于40V；或者，较高的电流密度为15A/dm2，优选不大于10A/dm2。
6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，酸性电解液含有Cl-或F-，在F-的情况下优选为溶解的NH4HF2的形式。
7.如权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，酸性电解液含有硫酸盐或磺酸盐。
8.如权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属构件和金属的所述支撑结构、所述烧结渣滓或所述引出片由钛或钛合金、铝合金、镍基合金或铁合金构成。
9.一种电解的电池，包括酸性的电解液，增材地制得的金属构件位于该电解液中，该金属构件带有金属的支撑结构、烧结渣滓和/或引出片，该金属构件形成了阳极，其中，设置有控制机构，利用该控制机构在规定的时间内，对所述阳极多次交替地施加较高的电压并且随后施加较小的电压，或者施加较高的电流密度并且随后施加较小的电流密度。
10.如权利要求9所述的电解的电池，其特征在于，所述的电解的电池可与电压源连接，其中，所述控制机构经过编程，从而施加到所述阳极上的电压在规定的时间内在所述阳极上多次交替地提高并且随后减小，或者所述电流密度提高并且随后减小。
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