CN117418285A - 用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其组分及质量百分比含量为：5wt.％～22wt.％硫酸钠，1wt.％～5wt.％钼酸钠，0.05wt.％～0.45wt.％焦磷酸钠，72.55wt.％～93.95wt.％去离子水。本发明的电解液能同时满足高温合金Cr4Mo4V的电解加工及ELID砂轮的电解修整，通用性强，原材料价格低廉、配置简单，且可重复利用。本发明所配制的高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，能在阳极表面生成一层钝化膜，有利于降低电解表面的不均匀腐蚀，从而降低电解表面的粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，属于金属材料电解加工领域。
背景技术
高温合金Cr4Mo4V是性能优良的耐热金属材料，表面硬度约为HRC65，在高温下有足够的硬度、疲劳强度、耐磨性、抗氧化性和高温稳定性，可在315℃以下长期工作，可应用于航空发动机、高速列车和地铁等关键传动件(传动轴、齿轮和轴承等)的制造。
但由于Cr4Mo4V材料的硬度高、耐磨性强，采用传统的车削、磨削方式进行零件加工时，加工效率较低，且加工表面粗糙度大；同时在磨削时表面温度较高，磨削表面会产生烧伤、裂纹甚至变质层，将严重影响传动件的使用性能和寿命。因此，磨削加工主要适用于此类零件的粗磨或半精磨，后期还需进行超精研加工，加工过程中多道工序需在不同的设备上进行，加工工序分散，且多次装夹又极易导致形位精度变差等问题。因此，针对高温合金Cr4Mo4V材料在加工过程中存在的上述问题，可采用电化学加工+ELID磨削技术解决。
该加工方案可通过适应性控制技术，采用一次装夹，即可实现相关零件的电化学加工与ELID超精密磨削的有效结合；也可以把2者单独进行零件的电化学加工与ELID超精密磨削。电化学加工时，工件作为阳极与直流电源的正极相连，导电磨轮作为阴极与直流电源的负极相连。磨削时，两者之间保持一定的磨削压力，凸出于磨轮表面的非导电性磨料使工件表面与磨轮导电基体之间形成一定的电解间隙，同时向间隙中供给电解液。在直流电的作用下，工件表面金属由于电解作用生成离子化合物和阳极膜。这些电解产物不断地被旋转的磨轮所刮除，使新的金属表面露出，继续产生电解作用，工件材料遂不断地被去除，该加工方法不受工件材料硬度的影响，可作为相关零件的粗加工。为了提高加工精度,可采用兼有纯机械磨削能力的导电磨轮，粗加工时靠电化学磨削的高效率完成大部分成形加工量，且加工表面基本不存在应力集中情况。随后通过变换电解电源正负极，此时砂轮与电源阳极连接，工件与阴极连接，进行ELID超精密磨削，可实现纳米级加工精度。
因此，采用电解加工及ELID磨削技术对硬度大及加工精度高的Cr4Mo4V传动件进行加工具有较大优势。但由于Cr4Mo4V材料在电解加工与ELID磨削时，采用了共同的电解液供给系统，因此这2道工序需共用电解液。然而，金属材料在不同电解液中的电化学作用是不同的，电解液的成分及浓度对加工效率及表面粗糙度有较大影响，人们对金属材料所需的电解液进行了大量的探索。但目前同时适用于Cr4Mo4V材料电解加工和ELID导电砂轮电解修整的两用电解液未见报道，因此探索出该类两用电解液对实现Cr4Mo4V材料电解加工与ELID磨削技术的融合具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液。以实现Cr4Mo4V电解加工及ELID磨削技术的集成，从而提高相关零件的加工效率及表面质量。
本发明的技术方案：用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其组分及质量百分比含量为：5wt.％～22wt.％硫酸钠，1wt.％～5wt.％钼酸钠，0.05wt.％～0.45wt.％焦磷酸钠，72.55wt.％～93.95wt.％去离子水。
前述的用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液中，其优选组分及质量百分比含量为：15wt.％硫酸钠，2.69wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠，82.01wt.％去离子水。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下几个方面的优点：
(1)本发明的电解液能同时满足高温合金Cr4Mo4V的电解加工及ELID砂轮的电解修整，通用性强，原材料价格低廉、配置简单，且可重复利用。
(2)本发明所配制的高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，能在阳极表面生成一层钝化膜，有利于降低电解表面的不均匀腐蚀，从而降低电解表面的粗糙度。
附图说明
图1为高温合金Cr4Mo4V和砂轮材料分别在硫酸钠和钼酸钠溶液中的开路电位；
图2为高温合金Cr4Mo4V和砂轮材料分别在优选组分电解液(15wt.％硫酸钠，2.69wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠和82.01wt.％去离子水)中的阳极极化曲线；
图3为高温合金Cr4Mo4V在优选组分电解液(15wt.％硫酸钠，2.69wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠和82.01wt.％去离子水)中的阳极钝化膜；
图4为高温合金Cr4Mo4V在优选组分电解液(15wt.％硫酸钠，2.69wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠和82.01wt.％去离子水)中经过电解腐蚀后的表面微观形貌；
图5为砂轮材料分别在优选组分电解液(15wt.％硫酸钠，2.69wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠和82.01wt.％去离子水)中的阳极钝化膜；
图6为砂轮材料分别在优选电解液(15wt.％硫酸钠，2.69wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠和82.01wt.％去离子水)中经过电解腐蚀后的表面微观形貌；
图7为高温合金Cr4Mo4V经过电解加工及ELID磨削后的表面微观形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例1：用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其组分及质量百分比含量为：5wt.％硫酸钠，1wt.％钼酸钠，0.05wt.％焦磷酸钠，93.95wt.％去离子水。
本发明的实施例2：用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其组分及质量百分比含量为：22wt.％硫酸钠，5wt.％钼酸钠，0.45wt.％焦磷酸钠，72.55wt.％去离子水。
本发明的实施例3：用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其组分及质量百分比含量为：15wt.％硫酸钠，2.69wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠，82.01wt.％去离子水。
本发明的实施例4：用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其组分及质量百分比含量为：12wt.％硫酸钠，3wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠，84.7wt.％去离子水。
本发明的实施例5：用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其组分及质量百分比含量为：18wt.％硫酸钠，4wt.％钼酸钠，0.25wt.％焦磷酸钠，77.75wt.％去离子水。
以上实施例中的高温合金Cr4Mo4V，主要材料元素及含量为：88.50％铁，4.00％～4.50％铬，4.00％～4.50％钼，0.90％～1.10％矾，0.80％～0.85％碳等。
以上实施例中使用的ELID砂轮为铜基金刚石磨粒砂轮，目数为1500目，主要材料元素及含量为：60.5％铜，15.9％碳，9.1％锡，6％铁及3.6％锌等。
为了验证本发明的电解液效果，特做如下试验，具体实施过程为：
(1)把高温合金Cr4Mo4V材料切割为8mm×8mm×4mm的方块，用砂纸打磨并抛光，其次用石油醚和无水乙醇进行除油和超声波清洗处理，最后真空包装留存备用。
(2)把ELID砂轮切割为的圆块，用砂纸打磨光滑，其次用石油醚和无水乙醇进行除油和超声波清洗处理，最后真空包装留存备用。
(3)分别将步骤(1)和(2)处理好的Cr4Mo4V和砂轮试件作为阳极，以铂片为辅助电极，Ag/AgCl为参比电极，电解液温度控制在25℃，采用三电极装置进行电化学腐蚀测试。
(4)采用三电极电化学测试装置测量上述(1)和(2)中制备的高温合金Cr4Mo4V及砂轮材料在不同组分及含量的电解液中的开路电位，设置每点扫描时间为1s，测量时间为7200s，其中硫酸钠和钼酸钠的测量结果如图1所示。
(5)本发明通过三电极电化学测试装置，采用线性扫描伏安法测量上述(1)和(2)中制备的高温合金Cr4Mo4V及砂轮材料在不同组分及含量的电解液中的极化曲线，设置扫描电压范围为-1.5V～3V，扫描速率0.01V/s，其中优选组分电解液的测量结果如图2所示。
(6)本发明通过电化学腐蚀装置，对上述(1)和(2)中制备的观察高温合金Cr4Mo4V及砂轮材料在不同组分及含量的电解液中的腐蚀情况进行实验。设定直流高频电源的电压为10V，占空比为50％，频率10KHz，极间间隙1mm，腐蚀时间15min。此时，高温合金Cr4Mo4V在优选组分电解液中进行腐蚀加工时生成的钝化膜及表面形貌，分别如图3和图4所示；砂轮材料在优选组分电解液中进行腐蚀修整时生成的钝化膜及表面形貌，分别如图5和图6所示。此时，发现高温合金Cr4Mo4V及砂轮材料在优选组分电解液中均能生成较厚的钝化膜，电化学加工特性较好，且腐蚀表面均匀性好。
(7)采用优选组分电解液对高温合金Cr4Mo4V材料进行电解加工及ELID磨削后，其表面可获得较高的加工表面精度，其表面微观形貌如图7所示。
Claims (2)
1.用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其特征在于：其组分及质量百分比含量为：5wt.％～22wt.％硫酸钠，1wt.％～5wt.％钼酸钠，0.05wt.％～0.45wt.％焦磷酸钠，72.55wt.％～93.95wt.％去离子水。
2.根据权利要求1所述的用于高温合金Cr4Mo4V电解加工及ELID砂轮电解修整的两用电解液，其特征在于：其优选组分及质量百分比含量为：15wt.％硫酸钠，2.69wt.％钼酸钠，0.3wt.％焦磷酸钠，82.01wt.％去离子水。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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