DE2815226A1

DE2815226A1 - Electrochemical machining of multiphase alloys - esp. carbide tools, in fluoride electrolyte using asymmetric square wave AC

Info

Publication number: DE2815226A1
Application number: DE19782815226
Authority: DE
Inventors: Charles Schepacz
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 1978-04-08
Filing date: 1978-04-08
Publication date: 1979-10-11

Abstract

This is an addn. to 2804364, and describes the machining of alloys contg. at least one metal carbide phase (a) and a metal phase (b), using an electrolyte (1) which contains halide ions and also ions forming a complex with the metals in phases (a,b). In electrolyte (1), an electric current is formed between an inert electrode tool (2) and the workpiece (3) contg. phases (a,b). Electrolyte (1) pref. contains NH4F, and/or ammonium fluoroborate, and has a neutral pH value esp. of 6-8. The electric current fed between electrodes (2,3) is pref. d.c. or asymmetrical a.c. of 0.1-5 Hz, esp. over 1 Hz, where the time ratio (T) of positive periods : negative periods is 2-10/1, esp. 3/1. Electrode (2) is pref. Al or an Al alloy. Uniform electrochemical machining of the workpieces is obtd.

Description

Elektrochemisches Bearbeitungsverfahren für mehtshasige tegie-Electrochemical machining process for multi-phase energy

rungen Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren für mehrphasige Legierungen, insbesondere von Industriewerkstoffen auf der Basis metallischer Kohlenstoffverbindungen.The invention relates to an electrochemical machining process for multiphase alloys, especially based on industrial materials metallic carbon compounds.

Bei der elektrochemischen Bearbeitung wird eine Oberflächenauflösung des in einem elektrolytischen Bad befindlichen Werkstücks gesorgt, indem man in diesem Elektrolyten einen elektrischen Stroh zwischen zwei Elektroden fließen läßt, von denen die eine durch das zu bearbeitende Werkstück gebildet wird. Die andere Elektrode, die sich in dem gleichen elektrolytischen Bad befindet, wird durch ein die Katode bildendes Elektrodenwerkzeug gebildet, dessen Profil der Form entspricht, die das Werkstück nach der Bearbeitung aufweisen soll.During electrochemical machining, there is a surface dissolution of the workpiece located in an electrolytic bath is taken care of by in this electrolyte allows an electric straw to flow between two electrodes, one of which is formed by the workpiece to be machined. The other Electrode that is in the same electrolytic bath is replaced by a the cathode-forming electrode tool is formed, the profile of which corresponds to the shape, which the workpiece should have after machining.

Die Mehrzahl der in der Industrie benutzten metallischen Kohlenstoffverbindungen bzw. Metallkarbiden liegt in einer schwerschmelzbaren Wolframkarbidphase oder als eine Mischung verschiedener Metallkarbide vor (insbesondere Wolfram-, Neon-, Tantal- und Uitankarbid ), die in einer Matrize bzw. einem Bindemittel metallischer Phase verteilt sind. Ihre Bearbeitung auf elektrochemischem Wege wirft ein besonders schwierig zu lösendes Problem auf. Allgemein gesprochen löst sich jeder Bestandteil eines zusammengesetzten Materials unter besonderen elektrischen Bedingungen auf.The majority of metallic carbon compounds used in industry or metal carbides lies in a refractory tungsten carbide phase or as a mixture of different metal carbides (especially tungsten, neon, tantalum and uranium carbide ), which are metallic in a die or a binder Phase are distributed. Their processing by electrochemical means throws in a special difficult problem to solve. Generally speaking, each component dissolves of a composite material under special electrical conditions.

Wenn aber mehrphasige Legierungen aus Kohlenstoffverbindungen und Metallen mit den üblichen Elektrolyten behandelt werden, so zersetzt sich die Metallmatrize leicht, während die Sohlenstoffverbindungen sich sehr schwer auflösen lassen.But if multiphase alloys of carbon compounds and Metals are treated with the usual electrolytes, so the metal matrix decomposes easily, while the sole compounds are very difficult to dissolve.

Um dennoch die Bearbeitung zu ermöglichen, hat man gemischte Verfahren entwickelt, in denen die elektrochemische Auflösung mit einer Schleifwirkung kombiniert wird. Um diese Wirkung zu erhalten, wird entweder ein Schleifkörper verwendet, oder man fügt Schleifpartikel der elektrolytischen Lösung hinzu und versetzt das Elektrodenwerkzeug in Ultraschallschwingungen. In beiden Fällen ist das Verfahren technisch schwierig durchzuführen und man kann nur Werkstücke mit sehr einfachen Formen herstellen.In order to still enable the processing, one has mixed procedures developed in which the electrochemical dissolution combined with an abrasive effect will. To obtain this effect, either an abrasive wheel is used, or abrasive particles are added to the electrolytic solution and the electrode tool is displaced in ultrasonic vibrations. In both cases the process is technically difficult perform and you can only produce workpieces with very simple shapes.

In einem anderen Verfahren wird eine Schleif- bzw. eine Abriebwirkung vermieden, indem die elektrochemische Bearbeitung mit Hilfe eines asymmetrischen Wechselstroms vorgenommen wird. Wenn jedoch dieses Verfahren allein angewandt wird, so geht einer der wesentlichen Vorteile der elektrochemischen Bearbeitung verlustig, denn der asymmetrische Wechselstrom allein angewandt hat eine variable und heterogene Abnutzung der Elektroden zur Folge.Another method uses a grinding or abrasive effect avoided by the electrochemical machining with the help of an asymmetric Alternating current is made. However, when this procedure is used alone, one of the main advantages of electrochemical machining is lost, because the asymmetrical alternating current applied alone has a variable and heterogeneous one Wear and tear on the electrodes.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet im Gegensatz zu den bekannten Verfahren eine gleichmäßige elektrochemische Bearbeitung der Werkstücke aus mehrphasigen, mindestens eine Kohlenstoffverbindung und ein Metall enthaltenden Legierungen bei gleichzeitiger Vermeidung einer Abnutzung der Elektroden.The method according to the invention ensures in contrast to the known Method a uniform electrochemical processing of the workpieces from multiphase, at least one carbon compound and a metal-containing alloys simultaneous Avoid wearing the electrodes.

Das elektrochemische Bearbeitungsverfahren für zweiphasige Legierungen mit mindestens einer Kohlenstoffverbindungsphase und mindestens einer Metallphase, insbesondere für solche Legierungen, in denen eine Kohlenstoffverbindungsphase mit einem oder mehreren Metallkarbiden in einer Metallphasenmatrize verteilt ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Halogenidionen sowie sowohl für das Metall oder die Metalle der Kohlenstoffverbindungsphase als auch für das oder die Metalle der Metallphase komplexbildende Ionen enthaltenden Elektrolyten ein elektrischer Strom zwischen einem inerten Elektrodenwerkzeug und der zu bearbeitenden, in die Form des Elektrodenwerkzeuges zu bringenden Legierung fließt.The electrochemical machining process for two-phase alloys with at least one carbon compound phase and at least one metal phase, especially for those alloys in which a carbon compound phase has one or more metal carbides is distributed in a metal phase matrix according to the invention characterized in that within a halide ion as well both for the metal or metals of the carbon compound phase and electrolytes containing complexing ions for the metal or metals of the metal phase an electric current between an inert electrode tool and the one to be machined, Alloy to be brought into the shape of the electrode tool flows.

Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform der Erfindung wird ein Elektrolyt verwendet, der ein Fluorid oder Borfluorammonium enthält, wobei mit einem nicht-aggressiven, im wesentlichen neutralen pH-Wert gearbeitet wird, um unter den gleichen Bedingungen die verschiedenen Phasen all der auf Kohlenstoffverbindungen basierenden Materialien aufzulösen. Vorteilhafterweise wird als Elektrolyt eine Lösung aus Fluorammonium mit einem pH-Wert zwischen 6 und 8 verwendet.According to a preferred embodiment of the invention, an electrolyte used, which contains a fluoride or Borfluorammonium, with a non-aggressive, Essentially neutral pH is worked to under the same conditions the different phases of all the carbon based materials dissolve. A solution of fluorammonium is advantageously used as the electrolyte used with a pH between 6 and 8.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es mit Gleichstrom durchgeführt werden kann. Jedoch wird in einer der bevorzugten Durchführungsformen ein asymmetrischer Wechselstrom mit einer niedrigen Frequenz verwendet. Man vermeidet dann jegliche Ablagerung an der Oberfläche des Elektrodenwerkzeuges und erzielt in vollem Umfang den wesentlichen Vorteil, daß sich diese Elektrode nicht abnutzt. Die Frequenz des Stromes bewegt sich vorteilhafterweise zwischen 0,1 und 5 oder zwischen 0,5 und 5 Hz und liegt vorzugweise über der Größenordnung von 1 Hz, wobei das Verhältnis der Dauer der Arbeitsspannungsperiode zur Dauer der umgekehrten Spannungsperiode an der Größenordnung 3 oder allgemeiner etwa zwischen 2 und 10 liegt. Der Wert der Bearbeitungsspannung wird im allgemeinen in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit derart gewählt, daß der Abstand zwischen dem Elektrodenwerkzeug und dem behandelten Werkstück einen ausreichenden Abfluß des Elektrolyten erlaubt. Er liegt beispielsweise zwischen 8 und 20 V. Der Wert der Umkehrspannung ist vorteilhafterweise fixiert, und zwar in der Größenordnung von 4 V absolut (in der Praxis zwischen -3,5 und -4,5 V).The inventive method has the advantage that it works with direct current can be carried out. However, in one of the preferred embodiments an asymmetrical alternating current with a low frequency is used. One avoids then any deposit on the surface of the electrode tool and achieved takes full advantage of the fact that this electrode does not wear out. The frequency of the current is advantageously between 0.1 and 5 or between 0.5 and 5 Hz and is preferably above the order of magnitude of 1 Hz, where the ratio of the duration of the working voltage period to the duration of the inverse voltage period on the order of 3 or more general between 2 and 10 lies. The value of the machining stress is generally a function of the feed rate selected so that the distance between the electrode tool and allows the treated workpiece to sufficiently drain off the electrolyte. It is, for example, between 8 and 20 V. The value of the reverse voltage is advantageous fixed, in the order of 4 V absolute (in practice between -3.5 and -4.5 V).

Die Einhaltung der oben genannten Bedingungen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sichergestellt werden soll, daß keine Abnutzung der Elektroden auftritt. Jedoch ist es nicht erforderlich, diese Bedingungen einzuhalten. Insbesondere kann man den Wert des Verhältnisses der positiven Periode zur negativen Periode gleichzeitig mit der Amplitude der positiven Spannung ändern, und zwar einmal in dem Sinne, daß die gesamte Ablagerung auf dem Katodenwerkzeug während der gesamten negativen Periode aufgelöst wird, um zum anderen in dem Sinne, daß eine vollständige Auflösung erzielt wird, ohne daß das Werkzeug selbst angegriffen werden würde.Compliance with the above conditions is particularly important advantageous if it is to be ensured that there is no wear on the electrodes occurs. However, it is not necessary to comply with these conditions. In particular it is possible to calculate the value of the ratio of the positive period to the negative period change simultaneously with the amplitude of the positive voltage, once in in the sense that the entire deposit on the cathode tool during the entire negative period is resolved to the other in the sense that a full Resolution is achieved without the tool itself would be attacked.

Für die Herstellung der Elektrodenwerkzeuge kann vorzugsweise Aluminium und seine Legierungen, z.B. vom Typ AG3 oder AU4G, verwendet werden.Aluminum can preferably be used for the production of the electrode tools and its alloys, e.g. of the AG3 or AU4G type, can be used.

In einem Durchführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird unter den folgenden Bedingungen die elektrochemische Bearbeitung an einem Material vorgenommen, das im wesentlichen aus Wolframkarbid in einer Kobaltmatrize besteht: Zusammensetzung des bearbeiteten Materials 15 % Co, 85 CW (Gew.-%) Elektrolyt NH4F bei 3,0 mol/l, 250C Strom rechteckförmiger Wechselstrom von 1 Hz positive Spannung + 18,0 V negative Spannung - 4,0 V Verhältnis der Dauer der positiven Periode zur Dauer der negativen Periode 3/1 Elektrodenwerkzeug hergestellt aus der Legierung AU4G Die Versuche zur Ausbildung zylindrischer Bohrungen mit Werkzeugen unterschiedlichen Durchmessers führten zu folgenden Resultaten: Werkzeugdurchmesser 12,5mm/4mm 3,5wm/1,5mm - 1,0mm/0,4mm Bearbeitungsgeschwindigkeit O,2mm/min 0,36mm/min 0,33mm/min erreichte Stromdichte 60A/cm2 50 A/cm2 200 A/cm2 erreichter Durchmesser des Hohlraums 13,0mm 3,8mm l,20mm erreichte Tiefe 8mm 8mm 8mm Die Bearbeitungsleistungen sind ausgezeichnet, insbesondere was den Zustand der Oberfläche anbelangt. Gleichzeitig ist eine hohe Betriebszuverlässigkeit gewährleistet. Bei dem Bearbeitungsprozeß bilden das Kation und das Anion des Elektrolyten gleichzeitig in der Lösung des das Karbid (Wolfram) bildenden Metalloxyds einen löslichen Komplex. Die Bildung löslicher ammonischer Komplexe ausgehend vom Kobalt der Matritze bewirkt eine Störung der vollständigen Ausfällung dieses Metalls. Die Ablagerung, die sich auf der Katode bildet, löst sich in dem Maße auf, wie sie auftritt.In an implementation example according to the invention is under the electrochemical machining is carried out on a material under the following conditions, consisting essentially of tungsten carbide in a cobalt die: composition of the processed material 15% Co, 85 CW (wt .-%) electrolyte NH4F at 3.0 mol / l, 250C current square wave alternating current of 1 Hz positive voltage + 18.0 V negative Voltage - 4.0V Ratio of the duration of the positive period to the duration of the negative Period 3/1 electrode tool made of the alloy AU4G The experiments for Formation of cylindrical bores with tools of different diameters led to the following results: tool diameter 12.5mm / 4mm 3.5wm / 1.5mm - 1.0mm / 0.4mm Machining speed 0.2 mm / min 0.36 mm / min 0.33 mm / min current density achieved 60A / cm2 50 A / cm2 200 A / cm2 achieved diameter of the cavity 13.0mm 3.8mm l, 20mm depth reached 8mm 8mm 8mm The machining performances are excellent, in particular as far as the condition of the surface is concerned. At the same time, there is a high level of operational reliability guaranteed. In the machining process, the cation and the anion form the electrolyte at the same time in the solution of the carbide (tungsten) forming metal oxide soluble complex. The formation of soluble ammoniacal complexes from cobalt the die causes a disruption of the complete precipitation of this metal. the Deposits that form on the cathode dissolve as they appear.

Die gute Qualität der Bearbeitung ist hervorzuheben. Es konnte keine Abnutzung des Elektrodenwerkzeugs festgestellt werden Dabei kann das Elektrodenwerkzeug aus einer preiswerten Aluminiumlegierung hergestellt sein. Das erforderliche Material zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist einfach und billig.The good quality of the work should be emphasized. It could no Wear of the electrode tool can be determined be made of an inexpensive aluminum alloy. The required material to carry out the method according to the invention is simple and cheap.

Der Elektrolyt ist kaum aggressiv. Die elektrischen Kenndaten des zur Bearbeitung herangezogenen Stromes können gleich bleiben, von welcher Form die Elektroden und von welcher Sorte die bearbeitete Kohlenstoffverbindung auch immer sein mögen.The electrolyte is hardly aggressive. The electrical characteristics of the The current used for processing can remain the same, regardless of the form Electrodes and whatever kind of processed carbon compound like to be.

Claims

Claims p 1f Electrochemical machining process for two-phase alloys with at least one metal carbide phase and one metal phase, characterized in that within a halide ion as well as for both the Metal or the metals of the carbon compound phase as well as for the one or the other Metals of the metal phase complex-forming ions containing an electrical electrolyte Current between an inert electrode tool and the tool to be processed, in the form of the electrode tool to be formed alloy flows.

2. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte Fluorammonium and / or Borofluorammonium at an essentially neutral pH value, in particular between 6 and 8 contains.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that with DC is worked.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that with an asymmetrical alternating current is used.

5. The method according to claim 4, characterized in that the frequency of the alternating current is between 0.1 and 5 Hz, preferably of the order of magnitude of over 1 Hz.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the Ratio of the duration of the positive period to that of the negative period between 2 and 10, preferably on the order of 3.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the electrode tool is made of aluminum or an aluminum alloy.