EA021898B1

EA021898B1 - Применение водного раствора электролита для электрохимической обработки поверхности металлической заготовки, являющейся анодом, и соответствующие способы

Info

Publication number: EA021898B1
Application number: EA201290385A
Authority: EA
Inventors: Джеймс Л. Класкуин; Томас Дж. Кристенсен
Original assignee: МЕТКОН, ЭлЭлСи
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2015-09-30
Also published as: UA109537C2; DK2504469T3; EP2504469B1; PL2504469T3; BR112012012250B8; US8357287B2; EA201500017A1; KR20120124395A; EA201290385A1; CN105420805B; BR112012012250B1; CN102686786A; BR112012012250A2; TR201815028T4; CN105420805A; JP2013511624A; US20110120883A1; JP5973351B2; AU2010321725A1; EP2504469A2

Abstract

Изобретение относится к области электрохимической обработки поверхности служащих анодом металлических заготовок, в частности, из цветного металла, например титана и титановых сплавов, с применением водного раствора электролита, содержащего лимонную кислоту с концентрацией от 1 г/л до ее предела насыщения, по меньшей мере 2 г/л гидродифторида аммония (ГФА) и не более 3,35 г/л сильной кислоты. Способы электрохимической обработки поверхности заготовки включают подвергание поверхности воздействию ванны с указанным водным раствором электролита, регулирование температуры ванны так, чтобы она была между точкой замерзания и точкой кипения раствора, подключение заготовки к анодному электроду источника питания постоянного тока, погружение катодного электрода источника питания постоянного тока в ванну и подачу тока через ванну. Изобретение обеспечивает улучшение качества обработки поверхности или управления удалением металла, повышение рабочих скоростей за счет более высоких плотностей тока и снижение насыщения заготовки водородом, а также другие результаты.

Description

Изобретение относится к области электрохимической обработки поверхности служащих анодом металлических заготовок с применением водного раствора электролита, конкретнее электролитической полировки деталей и поверхностей из цветных металлов, а точнее - к электролитической полировке, высококонтролируемому удалению металла, микрополировке и галтовке (удалению заусенцев) цветных и химически активных металлов, в частности титана и титановых сплавов.

Предпосылки изобретения

В химии и промышленности электролиз представляет собой способ использования постоянного электрического тока (ИС) для управления в противном случае не самопроизвольной химической реакцией. Электролитическая полировка является хорошо известным применением электролиза для удаления заусенцев с металлических деталей и для получения блестящей и гладкой отделки поверхности. Подлежащую электролитической полировке заготовку погружают в ванну с раствором электролита и подвергают воздействию постоянного электрического тока. Заготовку поддерживают анодом, а подключение катода осуществляют к одному или более металлических проводников, окружающих заготовку в ванне. Электролитическая полировка основана на двух противоположных реакциях, которые управляют процессом. Первая реакция представляет собой реакцию растворения, в ходе которой металл с поверхности заготовки переходит в раствор в виде ионов. Таким образом, металл ион за ионом удаляется с поверхности заготовки. Другая реакция представляет собой реакцию окисления, в ходе которой на поверхности заготовки образуется слой оксида. Нарастание оксидной пленки ограничивает развитие реакции удаления ионов. Эта пленка является наиболее толстой поверх микровпадин и наиболее тонкой поверх микровыступов, а поскольку электрическое сопротивление пропорционально толщине оксидной пленки, наибольшая скорость растворения металла возникает на микровыступах, а наименьшая - на микровпадинах. Следовательно, путем электролитической полировки можно селективно удалять микроскопические возвышения или пики с более высокой скоростью, чем скорость воздействия на соответствующие микровпадины или долины.

Другое применение электролиза состоит в процессах электрохимической размерной обработки (ЭРО) (от англ. с1сс1гос11С11пса1 тасЫшид ргосс55С5, ЕСМ). При ЭРО между электродом и металлической заготовкой пропускают сильный ток (часто составляющий более 40000 А и прикладываемый при плотностях тока часто более 1,5 млн А/м²), вызывая удаление материала. Электрический ток пропускают через проводящую жидкость (электролит) от отрицательно заряженного электрода-инструмента (катода) к проводящей заготовке (аноду). Катодный инструмент выполняют с формой, соответствующей желаемой операции размерной обработки, и продвигают в анодную заготовку. Находящийся под давлением электролит нагнетают при заданной температуре в обрабатываемую область. Материал заготовки удаляют, по существу, переводя в жидкость со скоростью, определяемой скоростью подачи инструмента в заготовку. Величина зазора между инструментом и заготовкой варьируется в диапазоне 80-800 мкм (0,0030,030 дюйм). По мере того как электроны пересекают зазор, материал на заготовке растворяется, и инструмент придает заготовке желаемую форму. Жидкость-электролит уносит гидроксид металла, образовавшийся в процессе реакции между электролитом и заготовкой. Промывка необходима, поскольку процесс электрохимической размерной обработки обладает низкой терпимостью к комплексам металлов, накапливающимся в растворе электролита. Напротив, те процессы, в которых используются растворы электролитов, раскрытые в настоящем документе, остаются стабильными и эффективными даже при высоких концентрациях титана в растворе электролита.

Растворы электролита для электролитической полировки металлов обычно представляют собой смеси, содержащие концентрированные сильные кислоты (полностью диссоциированные в воде), такие как неорганические кислоты. Сильные кислоты, как описано в настоящем документе, обычно классифицируются как кислоты, которые являются более сильными в водном растворе, чем ион гидроксония (Н₃О+). Примерами сильных кислот, обычно используемых в электролитической полировке, являются серная кислота, хлороводородная кислота, перхлорная кислота и азотная кислота, тогда как примеры слабых кислот включают в себя кислоты из группы карбоновых кислот, такие как муравьиная кислота, уксусная кислота, масляная кислота и лимонная кислота. Органические соединения, такие как спирты, амины или карбоновые кислоты, иногда используют в смесях с сильными кислотами в целях замедления реакции травления с растворением, чтобы избежать избыточного травления поверхности заготовки; см., например, патент США № 6610194, описывающий использование уксусной кислоты в качестве замедлителя реакции.

Существует стимул снизить использование этих сильных кислот в ваннах для отделочной обработки металлов, в первую очередь, из-за их опасности для здоровья и затрат на утилизацию отходов исполь- 1 021898 зованного раствора. Лимонная кислота ранее была принята в качестве пассивирующего агента для изделий из нержавеющей стали согласно стандартам как Министерства обороны США, так и ΑδΤΜ (Американского общества по испытанию материалов). Однако, хотя в предшествующих исследованиях была показана и количественно определена экономия от использования промышленной пассивационной ванны с раствором лимонной кислоты для пассивирования нержавеющей стали, они оказались неспособными выявить подходящий раствор электролита, в котором значительная концентрация лимонной кислоты смогла бы снизить концентрацию сильных кислот. Например, в публикации, озаглавленной Лимонная кислота и предотвращение загрязнения при пассивации и электролитической полировке (Сйпс Αοίά & РоНийои РгеуеШюи ίη ΡαββίναΙίοη & Е1ес1гороЙ8Йи§) от 2002 г., описано несколько преимуществ снижения количества сильных неорганических кислот путем их замещения на некоторое количество более слабой органической кислоты, в частности лимонной кислоты, из-за ее низкой стоимости, доступности и относительно безопасной утилизации, но в конечном счете оценен альтернативный электролит, содержащий смесь главным образом фосфорной и серной кислот с небольшим количеством органической кислоты (не лимонной кислоты).

Сущность изобретения

Авторы изобретения открыли, что использование электролитической ванны, содержащей водный раствор электролита гидродифторида аммония (ГФА) и слабой кислоты, предпочтительно лимонной кислоты, в отсутствии компонента сильной кислоты обеспечивает несколько выгодных результатов при электрохимической обработке (электролитической полировке) цветных металлов, в частности титана и титановых сплавов. А именно изобретение обеспечивает улучшение качества обработки поверхности или управления удалением металла, повышение рабочих скоростей за счет более высоких плотностей тока и снижение насыщения заготовки водородом, а также другие результаты.

В одном варианте воплощения изобретения охарактеризовано применение водного раствора электролита для электрохимической обработки поверхности металлической заготовки, являющейся анодом, причем водный раствор электролита содержит концентрацию лимонной кислоты в диапазоне от 1 г/л до ее предела насыщения и эффективную концентрацию гидродифторида аммония (ГФА), составляющую по меньшей мере 2 и не более 3,35 г/л сильной кислоты.

В другом варианте воплощения изобретения охарактеризовано применение водного раствора электролита для электрохимической обработки поверхности металлической заготовки, являющейся анодом, причем водный раствор электролита содержит концентрацию лимонной кислоты, большую или равную 1,6 г/л и меньшую или равную концентрации насыщения, и концентрацию гидродифторида аммония, большую или равную 2 г/л и меньшую или равную концентрации насыщения, и не более 3,35 г/л сильной кислоты.

В предпочтительном варианте воплощения применяют водный раствор электролита, состоящий из лимонной кислоты в диапазоне концентрации от 1,6 до 982 г/л и по меньшей мере 2 г/л гидродифторида аммония, остальное составляет вода, при этом подают ток, используя метод, выбранный из группы, состоящей из циклического включения и выключения тока, циклического переключения между по меньшей мере двумя различными плотностями тока, обеспечения тока в форме циклической волны и обеспечения тока в форме циклической волны, которую изменяют по частоте.

В другом предпочтительном варианте воплощения применяют водный раствор электролита, имеющий концентрацию лимонной кислоты, меньшую или равную примерно 780 г/л, концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную примерно 120 г/л, и содержащий не более примерно 3,35 г/л сильной кислоты.

В другом варианте воплощения изобретения охарактеризован способ электрохимической обработки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты в диапазоне от 1 до 982 г/л, и эффективное количество гидродифторида аммония, составляющее по меньшей мере 2 г/л, и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты; регулирование температуры ванны так, чтобы она была между точкой замерзания и точкой кипения раствора; подключение заготовки к анодному электроду источника питания постоянного тока и погружение катодного электрода источника питания постоянного тока в ванну; подачу тока через ванну.

В еще одном варианте воплощения изобретения охарактеризован способ микрополировки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты в диапазоне от 1,6 до 780 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония в диапазоне от 2 до 120 г/л и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты; регулирование температуры ванны так, чтобы она была между точкой замерзания и точкой кипения раствора.

В еще одном варианте воплощения изобретения охарактеризован способ микрополировки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты, большую или равную 600 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 20 г/л, и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты; регулирование температуры ванны так, чтобы она была больше или равна 71 °С;

- 2 021898 подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну; подачу тока через ванну с плотностью, большей или равной 538 А/м²и меньшей или равной 255000 А/м².

В еще одном варианте воплощения изобретения охарактеризован способ микрополировки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты, меньшую или равную 780 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 60 г/л, и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты; регулирование температуры ванны так, чтобы она была меньше или равна 54°С; подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну; подачу тока через ванну с плотностью, большей или равной 538 А/м² и меньшей или равной 255000 А/м².

В еще одном варианте воплощения изобретения охарактеризован способ практически равномерного контролируемого удаления материала поверхности на заготовке из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты, меньшую или равную 600 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 120 г/л, и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты; регулирование температуры ванны так, чтобы она была больше или равна 71°С; подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну; подачу тока через ванну.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1А, 1В представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности как функцию концентрации лимонной кислоты в водном растворе электролита, имеющем умеренно низкую концентрацию 20 г/л гидродифторида аммония, при высокой плотности тока 1076 А/м² в диапазоне температур;

фиг. 2А, 2В представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала как функцию концентрации гидродифторида аммония в водном растворе электролита, содержащем 120 г/л лимонной кислоты, при характерных низких и высоких температурах соответственно, в диапазоне плотностей тока;

фиг. 2С, 2Ό представляют собой графики данных, показывающих изменение качества отделки поверхности как функцию гидродифторида аммония при условиях, соответствующих фиг. 2А, 2В соответственно;

фиг. 2Е, 2Р представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности соответственно как функцию плотности тока в водном растворе электролита практически без лимонной кислоты при температуре 85°С.

фиг. 3Α-3Ό представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала как функцию концентрации лимонной кислоты в водном растворе электролита для нескольких концентраций гидродифторида аммония при плотности тока 53,8 А/м² и температурах соответственно 21, 54, 71 и 85°С;

фиг. 4Α-4Ό представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала как функцию концентрации лимонной кислоты в водном растворе электролита для нескольких концентраций гидродифторида аммония при температуре 54°С и плотностях тока соответственно 10,8, 215, 538 и 1076

А/м²;

фиг. 4Е-4С представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала как функцию плотности тока при температуре 85°С в водном растворе, содержащем соответственно 120, 600 и 780 г/л лимонной кислоты, для нескольких концентраций гидродифторида аммония;

фиг. 4Н-41 представляют собой графики данных, показывающих изменение качества отделки поверхности как функцию плотности тока при условиях, соответствующих фиг. 4Е-4С соответственно;

фиг. 5А, 5В представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при низкой температуре (21°С) и высокой плотности тока (538 А/м²);

фиг. 6А, 6В представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при низкой температуре (21°С) и высокой плотности тока (1076 А/м²);

фиг. 7А, 7В представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при высокой температуре (85°С) и высокой плотности тока (1076 А/м²);

фиг. 8А, 8В представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных высокой температуре (85°С) и низкой

- 3 021898 плотности тока (10,8 А/м²);

фиг. 9А, 9В представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных высокой температуре (85°С) и высокой плотности тока (538 А/м²);

фиг. 10А, 10В представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных умеренно высокой температуре (71°С) и умеренной плотности тока (215 А/м²).

Подробное описание

В настоящем документе раскрыты водные растворы электролита, которые являются особенно полезными для обработки поверхности химически активных металлов, включая, но не ограничиваясь ими, титан и титановые сплавы. Относительно небольшие количества фторидной соли и лимонной кислоты растворяют в воде практически в отсутствии сильной кислоты, такой как неорганическая кислота, так что раствор практически не содержит сильной кислоты. Этот раствор электролита является заметным отступлением от более ранних попыток обработки в электролитных ваннах поверхности химически активных металлов, включая, но не ограничиваясь ими, титан и титановые сплавы, для которых обычно используют сильные кислоты и требуется, чтобы количество воды в растворе электролита поддерживалось при абсолютном минимуме.

Фторидная соль обеспечивает источник фторид-ионов для раствора. Предпочтительная фторидная соль может представлять собой, но не ограничена им, гидродифторид аммония, ΝΗ₄ΗΡ₂ (иногда сокращаемый здесь как ГФА). Другие слабые кислоты, такие как карбоновые кислоты, могут являться приемлемыми заместителями для лимонной кислоты, но не обязательно при тех же концентрациях или при тех же режимах обработки. Не привязываясь к теории, можно считать, что лимонная кислота смягчает воздействие фторид-ионов на обрабатываемую поверхность химически активного металла. К раствору преднамеренно не добавляют никакое количество сильной кислоты или неорганической кислоты, хотя некоторое количество сильной кислоты может присутствовать без существенного ухудшения рабочих характеристик раствора электролита. Используемые в настоящем документе термины практически в отсутствии и практически не содержит используются для обозначения концентраций сильной кислоты, меньших или равных примерно 3,35 г/л, предпочтительно меньших или равных примерно 1 г/л, а более предпочтительно меньших примерно 0,35 г/л.

Пробные образцы технически чистого (ТЧ) титана погружали в ванну с водным раствором, содержащим 60 г/л лимонной кислоты и 10 г/л ГФА при 54°С, и подавали ток при 583 А/м². Образец, отрезанный от полосы титана с полученной после прокатки поверхностью (с шероховатостью поверхности 0,52 мкм), подвергнутый воздействию этого раствора в течение 15 мин, стал равномерно гладким (с шероховатостью поверхности 0,45 мкм) и косметически отражающим. Затем была пошагово добавлена в небольших количествах ΗΝΟ₃ (азотная кислота) при 42° Ве, и приготовленный пробный образец был обработан несколько раз, до обнаружения изменений в поверхности. Образцы не испытывали воздействия обработки после каждого добавления азотной кислоты до достижения концентрации азотной кислоты 3,35 г/л, при которой контрольная панель показывала неоднородный косметический внешний вид, включая питтинговую коррозию и отслаивание, с нерегулярным воздействием по периметру образца, с шероховатостью поверхности в диапазоне от 0,65 до 2,9 мкм и выше. Азотная кислота считается пограничной сильной кислотой, с константой диссоциации не намного большей, чем константа диссоциации иона гидроксония. Поэтому ожидается, что для других более сильных кислот, обладающих той же или большими константами диссоциации, чем у азотной кислоты, аналогичный раствор электролита был бы аналогично эффективным при контролируемом удалении материала и микрополировке при концентрациях сильной кислоты менее приблизительно 3,35 г/л. Однако ожидается, что другие раскрытые в настоящем документе растворы электролитов, обладающие различными концентрациями лимонной кислоты и ГФА и различными соотношениями концентраций лимонной кислоты и ГФА, могут обладать более низкой терпимостью к присутствию сильной кислоты в зависимости от конкретной сильной кислоты, а также рабочих параметров, таких как температура и плотность тока. Поэтому для обеспечения возможности эффективного использования водных растворов электролитов для удаления материала и тонкой отделки поверхности в широком диапазоне концентраций лимонной кислоты и ГФА и при широком диапазоне температур и плотностей тока должно присутствовать не более примерно 1 г/л сильной кислоты, а предпочтительно не более примерно 0,35 г/л сильной кислоты.

Испытание экстенсивной электролитической полировкой было проведено на образцах титана и титановых сплавов с использованием ряда химических концентраций, плотностей тока и температур. В частности, испытание было проведено на чистом прокате (представляющем типичное состояние поставки металла производителями проката, отвечающее стандартам Американского общества по испытанию материалов (ΑδΤΜ) или Спецификации аэрокосмических материалов (ΑΜδ)) для того, чтоб измерить способность различных растворов и способов удалять объемный металл, улучшать или утоньшать

- 4 021898 отделку поверхности на листовых металлических изделиях с низкими скоростями удаления материала, и/или микрополировать поверхности металла для очень тонкой отделки поверхностей с очень низкими скоростями удаления материала. В дополнение, тогда как большинство испытаний сфокусировано на титане и титановых сплавах, испытание также показало, что одни и те же растворы и способы в более общем случае применимы для обработки многих цветных металлов. Например, хорошие результаты были получены, помимо титана и титановых сплавов, на металлах, включая, но не ограничиваясь ими, золото, серебро, хром, цирконий, алюминий, ванадий, ниобий, медь, молибден, цинк и никель. Дополнительно также были успешно обработаны такие сплавы, как титан-молибден, титан-алюминий-ванадий, титаналюминий-ниобий, титан-никель (Νίΐίηοΐ®), титан-хром (Τι 17®), Аакра1оу и 1псопе1® (сплав на основе никеля).

Раствор электролита, содержащий лимонную кислоту и гидродифторид аммония, доказал свою эффективность при травлении цветных металлов и сплавов металлов при неожиданно разбавленной концентрации обоих компонентов. В этом контексте травление следует понимать как охватывающее практически равномерное удаление поверхности. В дополнение усовершенствования в качестве отделки поверхности были продемонстрированы по широкому диапазону концентраций как лимонной кислоты, так и гидродифторида аммония. Притом, что можно использовать любую концентрацию лимонной кислоты вплоть до точки насыщения водой (59 мас.%, или примерно 982 г/л водного раствора при стандартных температуре и давлении), похоже, что имеет место корреляция между концентрацией лимонной кислоты и концентрацией гидродифторида аммония, при которой лимонная кислота достаточно ослабляет эффекты травления фторид-ионами, образующимися при диссоциации гидродифторида аммония, что скорость удаления материала серьезно сокращается при усилении микрополировки поверхности материала. Как для травления, так и для микрополирования некоторые смеси, имеющие столь низкие значения концентраций лимонной кислоты, как 3,6 мас.%, или примерно 60 г/л раствора, продемонстрировали скорости травления и результаты микрополировки поверхности титана, сопоставимые со смесями со значительно более высокими концентрациями лимонной кислоты, в том числе вплоть до примерно 36 мас.% или примерно 600 г/л раствора. Таким образом, в этих растворах скорость травления явно более непосредственно зависит от концентрации ГФА, чем от концентрации лимонной кислоты. Эффективное травление и микрополирование были продемонстрированы даже при крайне низких концентрациях лимонной кислоты менее примерно 1 мас.% или примерно 15 г/л раствора. Однако присутствие даже минимального количества фторид-ионов оказывается достаточным для того, чтобы происходило некое удаление металла.

Скорость травления существенно падает при концентрациях лимонной кислоты более примерно 600 г/л. Однако при этой высокой концентрации лимонной кислоты, по меньшей мере, в случаях плотности тока от умеренной до высокой результаты отделки поверхности улучшаются, тогда как скорость травления падает. Таким образом, при подаче постоянного тока более разбавленные смеси лимонной кислоты обеспечивают большие скорости удаления материала с поверхности, тогда как более концентрированные смеси лимонной кислоты, вплоть до такой высокой концентрации смеси, как примерно 42 мас.% или примерно 780 г/л раствора, обеспечивают более гладкую и более зеркальную поверхность с однородной тонкозернистой структурой и отсутствием эффекта короны по сравнению с деталями, обработанными менее концентрированными смесями лимонной кислоты.

Высококонтролируемое удаление металла может быть достигнуто с использованием описанных в настоящем документе растворов ванн и способов. В частности, уровень контроля настолько тонок, что объемный металл можно удалять на такой малой толщине, как 0,0001 дюйм, и на такой большой и точной, как 0,5000 дюйм. Такой тонкий контроль может быть достигнут путем регулирования сочетания концентраций лимонной кислоты и ГФА, температуры и плотности тока, а также путем варьирования длительности и цикличности подачи постоянного тока. Удаление можно осуществлять в основном равномерно на всех поверхностях заготовки или можно избирательно применять только на определенных выбранных поверхностях проката или изготовленного конструктивного элемента. Контроль удаления достигается путем тонкой настройки нескольких параметров, включая, но не ограничиваясь ими, температуру, плотность мощности, цикл мощности, концентрацию ГФА и концентрацию лимонной кислоты.

Скорости удаления непосредственно изменяются с температурой, а значит при поддержании всех других параметров постоянными удаление становится медленнее при более низких температурах и быстрее при более высоких температурах. Тем не менее, путем поддержания концентраций лимонной кислоты и ГФА в пределах определенных предпочтительных диапазонов можно также достигнуть высоких уровней микрополировки при высоких температурах, что противоположно тому, что можно было бы ожидать.

Скорость удаления зависит от способа, которым подают питание постоянного тока. В отличие от того, что можно было бы ожидать, скорость удаления выглядит обратно зависимой от непрерывно подаваемого питания постоянного тока, и при непрерывной подаче повышение плотности мощности постоянного тока снижает скорость удаления. Однако при циклическом переключении питания постоянного тока скорости удаления можно повысить. Следовательно, когда желательными являются значительные скорости удаления материала, в течение всей операции обработки питание постоянного тока циклически переключают между ВКЛЮЧЕНО и ВЫКЛЮЧЕНО. Напротив, когда желательным является тонкий

- 5 021898 контроль скоростей удаления, питание постоянного тока подают непрерывно.

Не привязываясь к теории, полагают, что удаление замедляется пропорционально толщине слоя оксида, который образуется на поверхности металла, и более высокое поданное питание постоянного тока приводит к большему окислению на поверхности металла, что может действовать как барьер для воздействия фторид-ионов на металл. Следовательно, циклическое переключение питания постоянного тока между включено и выключено при заданной скорости может преодолеть этот оксидный барьер, или создает механизм, который заставляет толстый оксид периодически отслаиваться с поверхности. Как описано в настоящем документе при варьировании рабочих параметров температуры ванны, прикладываемого напряжения, концентрации лимонной кислоты и концентрации гидродифторида аммония, электролит обеспечивает возможность подогнать искомые результаты, а именно высококонтролируемое удаление объемного металла и микрополировку, к конкретному применению. В дополнение варьирование режимов работы в пределах заданного технологического набора рабочих параметров может видоизменять и повышать возможность тонконастраиваемого управления удалением металла и качеством отделки поверхности.

Например, фиг. 8А и 9А демонстрируют, что при 85°С, 300 г/л лимонной кислоты и 10 г/л гидродифторида аммония скорости удаления материала повышаются с повышением плотности тока от 10,8 до 538 А/м². Одновременно фиг. 8В и 9В демонстрируют, что при одинаковых условиях при повышении плотности тока от 10,8 до 538 А/м² качество отделки поверхности ухудшается. Путем циклического переключения источника питания постоянного тока между этими двумя плотностями тока можно добиться конечного результата, который лучше, чем при работе исключительно с любой одной из этих плотностей тока в течение всего процесса. В частности, длительность процесса удаления конкретного количества материала может быть снижена по сравнению с работой исключительно при 10,8 А/м². Дополнительно из-за эффекта сглаживания при более низкой плотности тока качество отделки всей поверхности конечного продукта превосходит получаемое обработкой исключительно при 538 А/м². Поэтому циклическое переключение между двумя или более заданными режимами питания (как проявлено по плотности тока) обеспечивает благоприятные результаты с точки зрения как улучшения качества поверхности, так и прецизионного удаления объемного металла, с помощью процесса, требующего меньшего общего времени, чем отдельные процессы для улучшения качества поверхности или удаления объемного металла в отдельности.

Помимо изменения коэффициента заполнения, электрический ток можно подавать через раствор электролита и через заготовку с различными формами волны, которые доступны из источников питания постоянного тока, включая, но не ограничиваясь ими, однополупериодное, двухполупериодное, квадратно-волновое и другие промежуточные выпрямления, для получения дополнительных выгодных результатов и/или повышения рабочих скоростей без ущерба для конечного качества отделки поверхности. Могут быть выгодными такие быстрые частоты переключения постоянного тока, как 50 кГц-1 МГц, или такие медленные циклы, как 15-90 мин, в зависимости от площади обрабатываемой поверхности, массы заготовки и конкретного состояния поверхности заготовки. Дополнительно самому по себе циклу переключения постоянного тока может оптимально потребоваться свой собственный цикл. Например, заготовке большой массой с очень шероховатой исходной отделкой поверхности может лучше всего подходить сначала медленный цикл переключения с последующим циклом переключения повышенной частоты по мере удаления материала и улучшения качества отделки поверхности.

Испытание электролитических ванн описанного в настоящем документе типа также выявило, что электролитическая полировка в определенных вариантах воплощения имеет место без повышения концентрации водорода на поверхности металла и в некоторых случаях понижает концентрацию водорода. Оксидный барьер на поверхности материала может отвечать за отсутствие миграции водорода в матрицу металла. Данные указывают на то, что этот оксидный барьер также может удалять водород с поверхности металла. Более высокие концентрации фторид-ионов приводят к более быстрым скоростям удаления, но оказывают неизвестное влияние на адсорбцию водорода в металлической матрице. Более высокие концентрации лимонной кислоты приводят к медленным скоростям удаления и требуют более высоких плотностей мощности в ходе электролитической полировки, но также придают поверхности эффект сглаживания или глянца.

Некоторые преимущества проистекают из использования водного раствора электролита ГФА и лимонной кислоты по сравнению с растворами уровня техники для отделки и/или протравливания поверхности металлических изделий. Раскрытые растворы электролитов позволяют точно контролировать достигаемую степень отделки поверхности. Отделка поверхности обычных плоских изделий от производителей сплавов (листов и плит) включает в себя многоэтапную шлифовку до конечной степени отделки поверхности с использованием все более и более тонких абразивных материалов, как правило, с последующим промывочным протравливанием в кислотной ванне, содержащей фтороводородную кислоту (НР) и азотную кислоту (ΗΝΟ₃), для удаления остаточных абразивных материалов, пришлифованного измазанного металла и поверхностных аномалий. Кислотное протравливание в ΗΡ-ΗΝΟ₃ является экзотермическим, поэтому трудно поддается контролю и часто приводит к выходу металла за пределы заданного калибра, что приводит к повышению процента брака или изменению назначения металла на более

- 6 021898 низкокачественное. При использовании раскрытых растворов электролитов можно избежать типичной вторичной и третичной шлифовки, в которой есть необходимость при промывочном протравливании. Может быть достигнута точно заданная степень отделки поверхности, которую нельзя достигнуть при текущем состоянии техники шлифовки и протравливания. Кроме того, раскрытые растворы электролитов не привносят механические напряжения в обрабатываемую деталь. Для сравнения, любая технология механической шлифовки придает поверхности значительные механические напряжения, что вызывает коробление материала и приводит к тому, что некоторая процентная доля материала становится неспособной отвечать типичным или оговоренным заказчиком требованиям по плоскостности.

Типичная технология с использованием кислотного травления в ΗΡ-ΗΝΟ₃ будет внедрять водород в целевой материал, который часто необходимо удалять путем дорогостоящей вакуумной дегазации для предотвращения охрупчивания материала. Проведенные испытания с использованием ванн с водным электролитом, содержащим лимонную кислоту и ГФА, на типичных для прокатного производства полноразмерных листах Τί-6Α1-4ν и пробных образцах титана ТЧ, титана 6Α1-4ν и сплава 718 на основе никеля показали результаты со сниженным импрегнированием (насыщением) водородом по сравнению с образцами, подвергнутыми воздействию обычных травильных растворов сильной кислоты. В частности, при обработке Τί-6Α1-4ν и титана ТЧ для достижения того же конечного результата со свободной от альфа-оболочки чистой поверхностью, который обычно достигается за счет травления в сильной кислоте с использованием составов водных растворов электролита, содержащих гидродифторид аммония и лимонную кислоту, был выявлен диапазон режимов по температуре и плотностям тока, при которых наблюдалось полное отсутствие проникновения водорода в материал заготовки, а во многих из этих рабочих режимов водород фактически выходил из материала. Для всех металлов и сплавов, хотя испытания по уточнению предпочтительных рабочих диапазонов все еще продолжаются, результаты до сих пор неизменно указывают на то, что даже при условиях, которые могут быть неоптимальными, в материал попадает меньше водорода, чем могло попасть при тех же рабочих условиях с использованием травильной ванны с сильной кислотой. Как правило, более низкие концентрации гидродифторида аммония приводят к большему удалению водорода из материала, подвергнутого воздействию раствора электролита, или к меньшему проникновению водорода в материал, подвергнутый воздействию раствора электролита.

Высококонтролируемое удаление металла, отделка поверхности и микрополировка

Микрополировка или микросглаживание конструктивных элементов и, в частности, микросглаживание уже относительно гладких поверхностей могут быть достигнуты с использованием описанных в настоящем документе растворов и способов с большей точностью по сравнению с ручной или машинной полировкой. Микрополировка протекает без образования вредных остаточных механических напряжений в целевой заготовке или материале, а также без измазывания металла в заготовке, - то и другое представляют собой проблемы, присущие текущим механическим способам. Дополнительно при исключении человеческого фактора полученные уровни полировки становятся точными и воспроизводимыми. При использовании раскрытого раствора электролита также достигается экономия затрат по сравнению с существующими способами.

При испытаниях были получены хорошие результаты для микрополировки при высоких концентрациях лимонной кислоты, низких и умеренных концентрациях ГФА, высокой температуре и высокой плотности постоянного тока, который можно подавать непрерывно или циклически. Однако плотность мощности постоянного тока следует регулировать исходя из обрабатываемого сплава. Алюминийсодержащие сплавы титана (как правило, сплавы альфа-бета-металлургии, включая общеизвестный сплав Τί6Α1-4ν) склонны терять глянец при приложенных напряжениях постоянного тока свыше 40 В. Однако для этих металлов достижение напряжения в примерно 40 В и подача более высокого тока (т.е. достижение более высокой плотности мощности) позволяет снова реализоваться глянцу материала. Не привязываясь к теории, это может быть результатом действия альфа-стабилизирующего элемента, которым в случае большинства альфа-бета сплавов (включая Τί-6Α1-4ν) является алюминий, анодирующийся до Л1₂О₃, а не подвергающийся полировке. В дополнение, титан-молибден (вся бета-фазная металлургия) и технически чистый (ТЧ) титан (вся альфа-фаза), тем не менее, с повышением плотностей мощности постоянного тока становятся более блестящими без очевидного ограничения аналогичным верхним пределом напряжения. В частности, для других металлов было обнаружено, что можно использовать и более высокие напряжения вплоть по меньшей мере до 150 В, например, для сплава 718 на основе никеля с получением выгодных результатов электролитической полировки, микрополировки и поверхностной обработки с использованием растворов электролитов, раскрытых в настоящем документе.

Раскрытые в настоящем документе растворы и способы можно использовать для снятия заусенцев с обработанных резанием деталей путем предпочтительной обработки заусенцев на обработанных резанием металлических конструктивных элементах, особенно когда детали изготовлены из трудно поддающихся обработке резанием металлов, таких как сплавы на основе титана и никеля. При текущем состоянии уровня техники удаление заусенцев с обработанных резанием конструктивных элементов обычно осуществляют как ручную операцию, и, таким образом, оно страдает от многих проблем, связанных с человеческими погрешностями и человеческим непостоянством. Испытание с раскрытыми растворами показало, что удаление заусенцев является наиболее эффективным при низкой концентрации лимонной

- 7 021898 кислоты из-за резистивной природы лимонной кислоты в электрохимической ячейке и наилучшим при высоком содержании фторид-ионов из ГФА. Аналогичные растворы также можно использовать для удаления примесей с поверхности или для очистки заготовки после обработки резанием, как это можно было бы в ином случае проделать с использованием травления сильной кислотой в травильной ванне с НРΗΝΟ₃.

Цветные и особенно химически активные металлы демонстрируют эффективную скорость химического травления в широком диапазоне разбавленных смесей лимонной кислоты, как было описано выше. Это позволяет адаптировать по заказу технологию отделки поверхности к конкретной заготовке из цветного металла, что может включать выбранное время пребывания в ванне до подачи электрического тока для удаления и реагирования некоторой части поверхностного металла до начала электролитической полировки для селективного уменьшения площадей пиков.

Электролит на основе лимонной кислоты обладает намного большей вязкостью, чем традиционные электролитические полировальные смеси, в частности, из-за намного более низкой константы диссоциации лимонной кислоты по сравнению с сильными кислотами, обычно используемыми в электролитах электрополирования. Более низкая вязкость способствует переносу материала и снижает электрическое сопротивление, вследствие чего можно использовать более низкие напряжения, чем при обычной электролитической полировке. Полученное в итоге качество отделки поверхности электролитической полировкой в значительной мере зависит от вязкости и удельного электросопротивления используемого электролита. Было обнаружено, что наиболее тонкая отделка поверхности (тщательно микрополированная) может быть достигнута с использованием высокорезистивного раствора электролита в сочетании с высоким напряжением электролитической полировки (и, следовательно, с плотностью тока от умеренной до высокой). В дополнение при использовании несколько более электропроводного (менее высокорезистивного) раствора электролита тонкая микрополировка еще может быть достигнута и при высоких напряжениях и высоких плотностях тока.

Из этого следует, что соответствующие преимущества будут применимы к электрохимической размерной обработке. В частности, ожидается, что ванны электролита с описанными в настоящем документе составами можно эффективно использовать вместо обычных растворов для электрохимической размерной обработки и/или травления с существенной выгодой для окружающей среды и экономией затрат. Поскольку раскрытые в настоящем документе растворы электролитов, по существу, не содержат сильной кислоты, проблемы утилизации опасных отходов и обращения с ними минимизируются. Более того, требуемые плотности тока будут еще меньше, чем требуемые для обычной электрохимической размерной обработки.

Как правило, повышение концентрации гидродифторида аммония склонно снижать электрическое сопротивление раствора электролита (т.е. гидродифторид аммония повышает электропроводность раствора электролита), тогда как присутствие лимонной кислоты или повышение концентрации лимонной кислоты относительно концентрации гидродифторида аммония склонно ослаблять влияния гидродифторида аммония на электрическое сопротивление. Иными словами, для поддержания электрического сопротивления раствора электролита при высоком уровне для содействия микрополировке желательно поддерживать низкими концентрации гидродифторида аммония или использовать более высокую концентрацию гидродифторида аммония в сочетании с более высокой концентрацией лимонной кислоты. Таким образом, меняя концентрацию гидродифторида аммония и относительные концентрации гидродифторида аммония и лимонной кислоты, можно успешно регулировать электрическое сопротивление раствора электролита для достижения желаемых уровней микрополировки поверхности заготовки.

В раскрытых в настоящем документе технологиях нет необходимости в том, чтобы близость заготовки (анода) к катоду была бы точной в отличие от обычной электролитической полировки или электрохимической размерной обработки. Успешная обработка имела место с катодом на расстоянии в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 15 см от заготовки. Практические ограничения по максимальному расстоянию между катодом и анодной заготовкой являются преимущественно промышленно обусловленными и включают в себя размер ванны, размер заготовки и электрическое сопротивление раствора электролита. Поскольку общие плотности тока ниже, а часто намного ниже, чем требуемые при электрохимической размерной обработке, можно использовать большие расстояния от заготовки до катода, а тогда просто повышать соответственно мощность источника питания. Более того, поскольку раскрытые в настоящем документе растворы электролитов с пониженной вязкостью обеспечивают высококонтролируемое удаление объемного металла, отделку поверхности и микрополировку, ожидается, что те же растворы будут также эффективны и при электрохимической размерной обработке.

Электролитическую полировку металлической заготовки осуществляют, подвергая заготовку и по меньшей мере один катодный электрод воздействию ванны с раствором электролита и подключая заготовку к анодному электроду. Раствор электролита содержит количество лимонной кислоты в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 59 мас.%. Раствор электролита также может содержать от примерно 0,1 до примерно 25 мас.% фторидной соли, выбранной из фторидов щелочных металлов, фторидов щелочноземельных металлов, травящих силикаты соединений и/или их сочетаний. Ток подают от источника питания между соединенным с заготовкой по меньшей мере одним анодным электродом и погруженным в

- 8 021898 ванну катодным электродом для удаления металла с поверхности заготовки. Ток подают при напряжении в диапазоне от примерно 0,6 мВ постоянного тока (тУЭС) до примерно 100 В постоянного тока (УЭС). Предпочтительной фторидной солью является ГФА.

В другом аспекте способа электролитической полировки ток подают при напряжении от примерно 0,6 УЭС до примерно 150 УЭС. Ток можно подавать при плотности тока, меньшей или равной примерно 255000 А/м² (приблизительно 24000 А/фут²), где знаменатель отображает полную эффективную площадь поверхности заготовки. Для некоторых цветных металлов, таких как сплавы на основе никеля, можно использовать плотности тока вплоть до примерно 5000 А/м² (приблизительно 450 А/фут²) включительно, а для титана и титановых сплавов предпочтительными являются плотности тока от примерно 1 до примерно 1100 А/м² (приблизительно 0,1-100 А/фут²). Процессы электролитической полировки с использованием раствора электролита можно осуществлять между точками замерзания и кипения раствора, например при температуре от примерно 2 до примерно 98°С, а предпочтительно в диапазоне от примерно 21 до примерно 85 °С.

На практике материал можно удалять с металлической подложки при скорости от примерно 0,0001 дюйм (0,00254 мм) до примерно 0,01 дюйм (0,254 мм) в 1 мин. Следующие примеры показывают эффективность электролита при варьировании концентраций и режимов работы.

Пример 1. Травление технически чистого титана.

В электролите, состоящем, по существу, из приблизительно, мас.%: 56 воды, 43 лимонной кислоты (716 г/л) и 1 гидродифторида аммония (15,1 г/л), работая при 185°Г (85°С), образец плиты технически чистого титана обработали для улучшения качества отделки поверхности материала (т.е. чтобы сделать более гладкой стандартную для прокатного стана отделку поверхности). Обработка материала началась с шероховатости поверхности приблизительно 160 мкдюйм, а после обработки шероховатость поверхности была снижена на 90 мкдюйм до конечного показания в 50 мкдюйм или иными словами улучшение составляло примерно 69%. Процесс проводили в течение периода в 30 мин, что приводило к снижению толщины материала 0,0178 дюйм.

Формуемость в холодном состоянии, ключевая характеристика продукта - титановой плиты для многих конечных применений, сильно зависит от качества отделки поверхности продукта. При использовании вариантов воплощения электрохимического процесса, раскрытого в настоящем документе, можно достигнуть улучшения качества отделки поверхности материала при более низкой стоимости, чем в обычных способах шлифовки и травления. Отделки, полученные с использованием вариантов воплощения раскрытых растворов и способов, продемонстрировали улучшение характеристик холодной формовки продукта-плиты до более высокого уровня, чем в обычных способах.

Пример 2. Травление пробного образца 6ЛЬ-4У.

В следующих примерах обработали пробные образцы листовых заготовок титанового сплава 6А14У с размерами 52x76 мм. Электролит состоял из воды (Н2О), лимонной кислоты (ЛК) и гидродифторида аммония (ГФА) при меняющихся концентрациях и температурах. Полученные наблюдения и показания приведены ниже в табл. 1.

Таблица 1

Н₂О (мас.%)	ЛК (мас.%)	ГФА (мас.%)	Температура (°Г)	Время (мин)	Потеря материала (дюйм)
77,90	21,45	0, 65	178	1,0	0,00065
77,25	21,45	1,30	185	1,0	0,00085
75, 95	21,45	2, 60	189	1,0	0,00120
74,65	21,45	3, 90	188	1, о	0,00120
56,45	42,90	0, 65	184	1, о	0,00005
55,80	42,90	1,30	195	1, о	0,00030
54,50	42,90	2, 60	193	1,0	0,00005
53,20	42, 90	3, 90	188	1,0	0,00035
53,20	42, 90	3, 90	191	5, 0	0,00140
75, 95	21,45	2, 60	190	3, 0	0,00205
88,95	10,725	0,325	180	1,0	0,00020
88,625	10,725	0, 650	180	1,0	0,00020
87,975	10,725	1,30	182	1,0	0,00060
99,25	0,100	0, 65	188	1,0	0,00010
98,60	0, 100	1, 30	182	1,0	0,00065
97,30	0, 100	2, 60	195	1,0	0,00095

Пример 3. Электролитическая полировка пробного образца 6АЬ-4У.

В следующих примерах обработали пробные образцы листовых заготовок титанового сплава 6А14У с размерами 52x76 мм. Электролит состоял из воды (Н2О), лимонной кислоты (ЛК) и гидродифторида аммония (ГФА) при меняющихся концентрациях и температурах. Полученные наблюдения и данные приведены ниже в табл. 2.

- 9 021898

Таблица 2

н₂о (мае.%)	лк (мае.%)	ГФА (мас.%)	Температура (°Г)	Время (мин)	Мощность (В/А)	Потеря материала (дюйм)
77,90	21,45	0, 65	190	1/ о	(50/7)	0,00025
77,25	21, 45	1,30	195	1, 0	(50/8)	0,00070
75, 95	21,45	2, 60	191	1,0	(50/10)	0,00130
74, 65	21,45	3, 90	190	1,0	(50/12)	0,00130
74, 65	21,45	3, 90	188	1,0	(20/6)	Не записано
74, 65	21, 45	3, 90	184	1,0	(6/2)	Не записано
74, 65	21, 45	3, 90	180	1,0	(12/3)	Не записано
56, 45	42,90	0, 65	182	1, о	(50/3)	0,00010
55, 80	42,90	1,30	200	1, о	(50/5)	0,00045
54,50	42,90	2, 60	189	1, о	(50/8)	0,00055
53,20	42,90	3,90	190	1,0	(50/12)	0,00045
53,20	42,90	3,90	203	5, 0	(50/5)	0, 00115
75, 95	21,45	2, 60	172	3, 0	(12/3)	0,00015
88,95	10,725	0, 325	180	1,0	50В	0,00000
88, 625	10, 725	0, 650	180	1,0	50В	0,00010
87,975	10,725	1,30	184	1,0	50В	0,00060
99, 25	0, 100	0, 65	190	1,0	50В	0,00060
98, 60	0, 100	1,30	184	1,0	(50/19)	0,00145
97,30	0, 100	2, 60	190	1,0	(50/38)	0,00360

Дополнительное обширное испытание было проведено с использованием водных растворов электролитов, содержавших лимонную кислоту в диапазоне от примерно 0 до примерно 780 г/л (от примерно 0 до примерно 47 мас.%) и гидродифторид аммония в диапазоне от примерно 0 до примерно 120 г/л (от примерно 0 до примерно 8 мас.%) и практически не содержавших сильной кислоты (т.е. менее чем примерно 1 г/л или менее чем 0,1 мас.%), при температурах ванны в диапазоне от примерно 21 до примерно 85°С и с приложенными плотностями тока в диапазоне от примерно 0 до примерно 1076 А/м² площади поверхности заготовки. (Следует отметить, что 780 г/л лимонной кислоты в воде является концентрацией насыщения при 21°С.) Такие высокие плотности тока, как по меньшей мере 225000 А/м², можно использовать при приложенных напряжениях 150 В или более. Испытанные металлы включали технически чистый титан, а также некоторое точечное испытание на титановом сплаве 6Л1-4У и сплаве 718 на основе никеля. Исходя из этих результатов, ожидается, что аналогичные результаты электролитической полировки, микрополировки и поверхностной обработки можно будет получать для различных классов цветных металлов и сплавов. Результаты подытожены в следующих таблицах и описании со ссылкой на чертежи. Если не указано иное, то испытания были проведены при температурах примерно 21, примерно 54, примерно 71 и примерно 85°С и при плотностях тока примерно 0, примерно 10,8, примерно 52,8, примерно 215, примерно 538 и примерно 1076 А/м². Ни к одному из испытанных растворов не добавлено никакое количество сильной кислоты, хотя следовые количества, вероятно, не будут существенно влиять на результаты.

Фиг. 1А, 1В показывают скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при четырех различных температурах с использованием водного раствора электролита, имеющего умеренно низкую концентрацию гидродифторида аммония 20 г/л и концентрации лимонной кислоты от примерно 0 до примерно 780 г/л и плотности тока 1076 А/м². Фиг. 1А показывает, что скорость удаления материала изменяется непосредственно с температурой, особенно при более низких концентрациях лимонной кислоты. С повышением температуры ванны происходит повышение скорости удаления. При таких низких температурах, как 21, 54 и 71 °С, концентрация лимонной кислоты 180 г/л является достаточной для начала сдерживания эффективности удаление материала гидродифторидом аммония, тогда как при более высокой температуре 85°С относительно быстрое удаление материала продолжается вплоть до примерно 300 г/л лимонной кислоты. При более высоких концентрациях лимонной кислоты 300 г/л и более скорости удаления при всех температурах являются ограниченными. Наоборот, фиг. 1В показывает, что при более низких концентрациях лимонной кислоты, в частности при 120-180 г/л или ниже, качество отделки поверхности вообще ухудшается при самой низкой температуре. Иными словами, фторид-ион, который отвечает за значительное удаление материала при низких концентрациях лимонной кислоты, также вызывает повреждение поверхности, но присутствие лимонной кислоты в существенных концентрациях представляется действующим как выгодный барьер для воздействия фторид-ионов. Однако с повышением концентрации лимонной кислоты до 180 г/л и выше качество отделки поверхности фактически повышается, в частности, при уровнях лимонной кислоты 600 г/л и более, причем скорость удаления материала существенно понижается. Более того, даже при уровнях лимонной кислоты между примерно 120 и примерно 600 г/л, где удаление материала еще происходит, одновременно можно достигнуть улучшений качества отделки поверхности.

Испытание обнаружило, что для достижения желаемых улучшений удаления материала и качества

- 10 021898 отделки поверхности необходим источник фторид-ионов, такой как гидродифторид аммония. В растворах электролитов, состоящих, по существу, из одной лишь лимонной кислоты в воде, практически в отсутствии гидродифторида аммония, удаление материала практически не происходит вне зависимости от температуры ванны или плотности тока, а изменения качества отделки поверхности также минимальны. Считается, что при обработке титана или другого химически активного металла в водном электролите, содержащем только лимонную кислоту, поверхность материала в основном анодируется с образованием слоя оксида, который очень тонок (т.е. от примерно 200 до примерно 600 нм толщиной) и образуется быстро. После образования анодного слоя оксида, поскольку поданное питание постоянного тока больше не может воздействовать на поверхность материала, оно гидролизует воду. Возникающий в результате этого кислород, который образуется быстро, находит другой одноатомный кислород и выделяется на аноде в виде газообразного О₂.

Фиг. 2А, 2В и 2С, 2Ό показывают скорость удаления материала и изменения качества отделки поверхности соответственно с использованием водного раствора электролита, имеющего концентрацию лимонной кислоты 120 г/л и концентрацию гидродифторида аммония от примерно 0 до примерно 120 г/л. Фиг. 2А и 2С показывают данные при характерной низкой температуре 21 °С, а фиг. 2В и 2С показывают данные при характерной высокой температуре 71 °С. Фиг. 2А, 2В показывают, что удаление материала сильно скоррелировано с концентрацией гидродифторида аммония и температурой, но минимально подвержено влиянию плотности тока. Более высокие скорости удаления материала обычно достигаются путем повышения либо концентрации гидродифторида аммония, либо температуры, либо того и другого. Фиг. 2С, 2Ό показывают, что удаление материала сопровождается некоторым ухудшением качества поверхности. Однако неожиданно было обнаружено, что с повышением температуры и скорости удаления материала степень ухудшения отделки поверхности снижается. При низкой температуре 21°С, как на фиг. 2С, повышение плотности тока смягчает эффекты ухудшения качества поверхности, и при максимальной плотности тока некоторое улучшение качества отделки поверхности становится очевидным. При более высокой температуре 71 °С, как и на фиг. 2Ό, при изменениях плотности тока качество отделки поверхности существенно не изменяется.

Фиг. 2Е, 2Р показывают, что скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности соответственно с использованием водного раствора электролита, состоящего, по существу, из гидродифторида аммония в воде, без намеренного добавления лимонной кислоты, зависит от плотности тока при работе при высокой температуре 85°С. Высокие скорости удаления материала могут быть достигнуты с помощью электролита только с ГФА, но это удаление материала происходит за счет качества отделки поверхности, которое часто становится значительно хуже под действием раствора электролита. Тем не менее, при определенных рабочих условиях (не показанных на чертежах) было достигнуто минимальное ухудшение или умеренное улучшение качества отделки поверхности. Например, улучшения в качестве отделки поверхности посредством растворов электролита только с ГФА были достигнуты с раствором 10 г/л ГФА при 21°С и 215-538 А/м² и при 54-71°С и 1076 А/м², с раствором 20 г/л ГФА - при 21°С и 215-1076 А/м², а с раствором 60 г/л ГФА - при 21°С и 538-1076 А/м².

Не привязываясь к теории, возможное объяснение способности повышенной плотности тока улучшать качество отделки поверхности при минимальном влиянии на скорость удаления материала состоит в том, что одна из функций электрического тока состоит в росте естественного слоя оксида на поверхности материала. Этот избыточный кислород в сочетании с лимонной кислотой считается действующим как выгодный барьер для воздействия на поверхность материала. Следовательно, по мере повышения плотности тока можно полагать, что на аноде получается кислород с более высокой концентрацией, который, в свою очередь, может действовать как барьер для массопереноса. В качестве альтернативы, если упрощенно рассматривать морфологию поверхности материала как последовательность пиков и долин, можно утверждать, что лимонная кислота и кислород оседают в долинах, оставляя для воздействия фторид-ионов только пики морфологии поверхности. По мере того как лимонно-кислотные и кислородные барьеры укрепляются (т.е. возрастают концентрации лимонной кислоты и возрастают плотности тока), только наивысшие пики поверхности становятся доступными для химического воздействия. Согласно этой теории можно ожидать, что низкие плотности тока и низкие концентрации лимонной кислоты будут обеспечивать минимально способный способ сглаживания поверхности, тогда как высокие плотности тока и высокие концентрации лимонной кислоты, как можно ожидать, будут обеспечивать наиболее способный способ сглаживания поверхности. Независимо от того, являются ли эти теории точными, есть все основания утверждать, что результаты согласуются с вышеприведенным анализом.

Понимание того, что кислород (получаемый за счет электрического тока) и лимонная кислота представляются действующими как микробарьеры для процесса удаления, помогает прояснить, что концентрация ГФА и температура являются переменными, вероятно, наиболее доступными для использования с целью управления результатами удаления материала и микрополировки. Поэтому в описанных в настоящем документе процессах плотность тока представляется действующей главным образом на образование кислорода, а по большей части она не является значительным реагентом, усиливающим общее удаление материала. Скорее удаление материала представляется происходящим почти исключительно под дейст- 11 021898 вием фторид-ионов, активность которых до некоторой степени управляется термодинамическим влиянием температуры. Короче говоря, неожиданно оказалось, что плотность тока как переменная управления имеет относительно низкое значение и что присутствие фторид-ионов перевешивает влияние плотности тока.

На фиг. 3Ά-3Ό показано, что при характерной плотности тока 53,8 А/м² скорость удаления материала может изменяться прямо пропорционально температуре, вследствие чего для одной и той же смеси лимонной кислоты, гидродифторида аммония и воды большее удаление материала происходит при более высоких температурах. Аналогичные тенденции наблюдались при всех плотностях тока от 0 до 1076 А/м².

На фиг. 4Α-4Ό показано, что при характерной температуре 54°С скорость удаления материала относительно постоянна с плотностью тока, вследствие чего для одной и той же смеси лимонной кислоты и гидродифторида аммония при любой заданной температуре ванны скорость удаления материала относительно невосприимчива к изменениям плотности тока. Аналогичные тенденции наблюдались при всех температурах от 21 до 85°С, и считается, что эти тенденции поддерживаются при температуре ниже 21°С (но выше точки замерзания раствора) и выше 81 °С (но ниже точки кипения раствора). Как происходит почти при всех условиях по температуре и току вне зависимости от концентрации ГФА, когда концентрация лимонной кислоты возрастает выше определенного уровня, обычно между 600 и 780 г/л, скорость удаления материала значительно сокращается. Поэтому для поддержания способности достигать некоторого уровня удаления материала, когда желательно придание заготовке определенной формы, концентрацию лимонной кислоты следует обычно поддерживать на уровне менее 600 г/л.

На фиг. 4Е-4О показано при характерной высокой температуре 85°С и трех различных концентрациях лимонной кислоты влияние плотности тока на скорости удаления материала, а на фиг. 4Н-41 показано влияние плотности тока на качество отделки поверхности при одинаковых наборах условий. На фиг. 4Е показано, также как и на фиг. 4Р и 40, но в меньшей степени, что способности к удалению материала у раствора электролита являются максимальными при максимальных концентрациях гидродифторида аммония и вполне значительными при высокой температуре. Следует отметить, что хотя на фиг. 4Е показаны данные только при 120 г/л лимонной кислоты, по существу, такие же скорости удаления материала наблюдаются при концентрациях лимонной кислоты 60, 120 и 300 г/л. Но, как показано на фиг. 4Р, при 600 г/л лимонной кислоты концентрация лимонной кислоты представляется обеспечивающей некоторую степень защиты для поверхности от крупномасштабного воздействия, а скорости удаления материала падают по сравнению с более низкими концентрациями лимонной кислоты. При 780 г/л, как показано на фиг. 40, скорости удаления снижаются даже больше. Вне зависимости от концентрации гидродифторида аммония и лимонной кислоты удаление материала представляется мало зависящим от плотности тока.

На фиг. 4Н показано, что при высокой температуре и умеренной концентрации лимонной кислоты умеренная степень ухудшения качества отделки поверхности наблюдается почти при всех концентрациях гидродифторида аммония и плотностях тока. Однако при рассмотрении совместно фиг. 4Е и 4Н видно, что выделяется один режим обработки. При концентрации лимонной кислоты 120 г/л, низком уровне гидродифторида аммония 10 г/л и высокой плотности тока 1076 А/м² удаление материала подавляется и в результате достигается значительное улучшение качества отделки поверхности. Это может давать еще большее подтверждение теории, обсуждавшейся выше и состоящей в том, что повышенная плотность тока может создавать избыток кислорода на поверхности материала, достаточный для заполнения долин в морфологии поверхности, так что пики предпочтительно подвергаются воздействию фторидионов, порождаемых диссоциацией гидродифторида аммония. Этот эффект в сочетании с возможным эффектом микробарьера лимонной кислотой можно даже в более сильной степени наблюдать на фиг. 41 (при 600 г/л лимонной кислоты) и на фиг. 41 (при 780 г/л лимонной кислоты), которые показывают пониженное ухудшение качества отделки поверхности, а в некоторых случаях и улучшение качества отделки поверхности, - при более высоких концентрациях лимонной кислоты и более высоких плотностях тока по отдельности, и даже более того, - при сочетании более высоких концентраций лимонной кислоты и более высоких плотностей тока. Например, значительное улучшение качества отделки поверхности имеет место при 10 и 20 г/л гидродифторида аммония при переходе от 600 к 780 г/л лимонной кислоты.

Однако представляется, что этот эффект имеет предел, поскольку можно видеть, что качество отделки поверхности резко ухудшается при наиболее высокой концентрации гидродифторида аммония 120 г/л и более высоких плотностях тока при переходе от 120 к 600 г/л и далее к 780 г/л лимонной кислоты. Аналогичный результат был получен при 60 г/л гидродифторида аммония, по меньшей мере, при возрастании концентрации лимонной кислоты от 600 до 780 г/л.

Как показано в табл. 3А-3С и 4А-4С ниже, режимы работы для отделки поверхности листовых изделий, при которых требуется минимальное удаление материала и желательно улучшение качества отделки поверхности от умеренного до высокого, и для микрополировки, при которой в сущности никакого удаления материала не требуется, а желательно очень сильное улучшение качества отделки поверхности, могут быть достигнуты для широкого диапазона смесей электролитов, температур и плотностей тока.

- 12 021898

Табл. 3А-3С и 4А-4С не содержат электролитов, состоящих, по существу, из воды и лимонной кислоты и практически не содержащих гидродифторида аммония, хотя с помощью такого раствора можно получить, по существу, нулевое удаление материала, а также улучшение качества поверхности от умеренного до высокого в широком диапазоне температур и плотностей тока, поскольку эти условия обсуждались отдельно со ссылкой на фиг. 1А-1С. Аналогично, табл. 3А-3С и 4А-4С не содержат электролитов, состоящих, по существу, из воды и гидродифторида аммония и практически не содержащих лимонной кислоты, поскольку эти условия обсуждались отдельно со ссылкой на фиг. 2Α-2Ώ. Таблицы 3А-3С разделены уровнями тонкости отделки поверхности и организованы в порядке возрастания концентрации ГФА. Табл. 4А-4С разделены уровнями концентрации лимонной кислоты и организованы в порядке возрастания концентрации ГФА.

Из данных, представленных в табл. 3А-3С, следуют некоторые тенденции. Во-первых, по всему диапазону концентраций лимонной кислоты (от 60 до 780 г/л), концентраций гидродифторида аммония (от 10 до 120 г/л), температур (от 21 до 85°С) и плотностей тока (от 10,8 до 1076 А/м²) были получены низкие или почти нулевые результаты по удалению материала и повышению качества отделки поверхности. Поэтому водные растворы лимонной кислоты и ГФА при практическом отсутствии сильной кислоты могут обеспечить тонкую отделку поверхности с минимальными потерями материала при таких низких концентрациях, как 60 г/л лимонной кислоты и 10 г/л ГФА, и таких высоких концентрациях, как 780 г/л лимонной кислоты и 120 г/л ГФА, и при некоторых сочетаниях между ними.

Таблица 3А

Наивысшая тонкость отделки поверхности

Лимонная кислота (г/л)	ГФА (г/л)	Температура (°С)	Плотность тока (А/м²)	Удаление материала (мм/ч)	Изменение качества отделки поверхности (%)
780	10	85	1076	0,168	39, 2
180	10	85	1076	0,208	36, 4
120	10	85	1076	0,232	33, 3
300	10	71	1076	0,156	30, 4
780	10	71	53, 8	0,100	30, 4
780	10	71	10, 8	0,108	30, 2
300	10	54	1076	0,640	38, 9
780	20	71	538	0,100	44,8
600	20	71	1076	0,188	40, 0
180	20	54	1076	0,168	31, 9
780	20	21	1076	0,044	30, 9
780	60	54	1076	0,160	36,1
600	60	21	1076	0,200	46, 9
780	60	21	538	0, 088	42, 0
600	60	21	538	0,080	37, 9
780	60	21	1076	0,204	34, 6
780	120	21	538	0,116	49,1
600	120	21	1076	0,168	44, 7

Обычно, как показано в табл. 3А, максимальные уровни улучшения качества отделки поверхности (т.е. более чем 30%-ное снижение шероховатости поверхности) были получены при более высоких плотностях тока 538-1076 А/м², при умеренных и более высоких концентрациях лимонной кислоты 120-780 г/л и, как правило, при более низких концентрациях ГФА 10-20 г/л. При более низких концентрациях ГФА в диапазоне 10-20 г/л более высокие температуры 71-85°С имеют тенденцию давать лучшее качество отделки поверхности при более высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л, тогда как более умеренная температура 54°С давала тонкую отделку поверхности при умеренных концентрациях лимонной кислоты 120-300 г/л. Тем не менее, значительные улучшения качества отделки поверхности также были получены при условиях низкой концентрации ГФА, умеренной концентрации лимонной кислоты и высокой температуры (10 г/л ГФА, 120 г/л лимонной кислоты, 85°С) и при условиях низкой концентрации ГФА, умеренной концентрации лимонной кислоты и более низкой температуры (20 г/л ГФА, 180 г/л лимонной кислоты, 54°С). При повышенной концентрации ГФА в диапазоне 60-120 г/л низкие температуры 21-54°С имеют тенденцию давать лучшее качество отделки поверхности при более высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л и более высоких плотностях тока. В дополнение существенная тонкость отделки поверхности была достигнута при более низких плотностях тока 10,8-53,8 А/м², высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л и высоких температурах 71-85°С как при низкой концентрации ГФА 10 г/л, так и при высокой концентрация ГФА 120 г/л, как показано на фиг. 4Н.

- 13 021898

Таблица 3 В

Высокая тонкость отделки поверхности

Лимонная	ГФА	Температура	Плотность	Удаление	Изменение качества
кислота (г/л)	(г/л)	(°С)	тока (А/м²)	материала (мм/ч)	отделки поверхности (%)
780	10	85	538	0,132	28, 8
60	10	85	1076	0,276	28,0
300	10	85	1076	0,216	25, 6
600	10	85	538	0, 084	25, 0
600	10	85	1076	0,220	24,5
780	10	85	10,8	0,136	17,9
600	10	71	538	0,076	19, 6
180	ю	71	1076	0, 192	18,8
180	10	54	1076	0,200	25, 0
780	10	54	538	0, 024	21,2
780	10	54	53, 8	0, 088	15, 3
300	20	85	1076	0,212	30, 0
780	20	85	10, 8	0,244	15, 7
780	20	71	1076	0,196	27,1
780	20	71	0	0,176	22,1
180	20	71	1076	0,188	15,1
780	20	54	1076	0,228	28, 6

300	20	54	1076	0,144	25, 0
600	20	54	1076	0,164	18, 0
780	20	54	538	0,100	16, 7
780	20	54	215	0,108	15, 6
780	20	21	538	0,016	20, 3
300	60	21	1076	0, 192	21,3
780	120	85	10,8	0,004	30, 0
780	120	71	10, 8	0, 000	25,0
780	120	71	53,8	0, 002	23,7
780	120	54	10, 8	0, 032	16, 4
780	120	21	1076	0, 196	16, 3

В целом, как показано в табл. 3В, высокие, но не самые высокие уровни улучшения качества обработки поверхности (т.е. между примерно 15 и примерно 30%-ным снижением шероховатости поверхности) были получены при более низких концентрациях ГФА 10-20 г/л и умеренных и более высоких температурах 54-85°С, и в основном, но не исключительно, - при высоких плотностях тока 538-1076 А/м². Как правило, эти результаты были достигнуты при высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л. Например, тогда как концентрации ГФА 10-20 г/л обычно приводили к отличным результатам при более высоких плотностях тока и высоких концентрациях лимонной кислоты, отличные результаты были также получены с использованием низких концентраций лимонной кислоты 60-300 г/л при низкой плотности тока 10,8 А/м² и высокой температуре 85°С, а также при низкой плотности тока 53,8 А/м² и умеренной температуре 54°С. Высокие уровни улучшения качества отделки поверхности были достигнуты также при высоких уровнях ГФА 120 г/л как при высокой температуре и низкой плотности тока (71-85°С и 10,8-53,8 А/м²), так и при низкой температуре и высокой плотности тока (21 °С и 1076 А/м²), во всех случаях - при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л. С этой точки зрения все выглядит так, что существует некая дополняющая активность между температурой и плотностью тока в том, что аналогичные результаты отделки поверхности могут быть достигнуты для раствора с высокой концентрацией лимонной кислоты при использовании более высокой плотности тока с более низкой температурой или при использовании более низкой плотности тока с более высокой температурой; см. также фиг. 4Н41, которые показывают, что условия высокой температуры в сочетании с высокой плотностью тока склонны давать максимальные улучшения качества отделки поверхности.

- 14 021898

Умеренная тонкость отделки поверхности

Таблица 3С

Лимонная кислота (г/л)	ГФА (г/л)	Температура (°С)	Плотность тока (А/м²)	Удаление материала (мм/ч)	Изменение качества отделки поверхности (%)
600	10	85	10, 8	0,216	4,0
600	10	85	215	0,232	1,9
780	10	71	0	0, 100	14,3
780	10	71	215	0,048	9, 8
600	10	71	0	0,164	6, 0
780	10	71	538	0, 064	5, 4
780	10	21	53,8	0,040	14,5
60	10	21	1076	0, 148	13,5
780	20	85	215	0,260	7,7
780	20	85	53,8	0,216	7,7
780	20	85	0	0,232	5,7
600	20	85	1076	0, 184	6, 2
300	20	71	1076	0, 200	7,1
780	20	71	53, 8	0, 172	2,0
600	20	54	538	0, 064	8,2
600	20	21	538	0, 032	13, 2
120	20	21	1076	0, 164	10, 6

300	20	21	1076	0,148	10,4
600	20	21	1076	0, 032	6, 7
60	20	21	1076	0, 124	6, 8
180	20	21	1076	0, 132	4,2
780	20	21	53, 8	0, 032	1,7
120	60	21	1076	0, 196	11,3
60	60	21	1076	0, 224	4,2
780	120	85	0	0, 016	11, 1
780	120	85	53,8	0, 016	2,2
780	120	54	0	0, 008	13,5
780	120	54	53,8	0, 020	5, 9
780	120	21	10, 8	0, 004	7, 8
300	120	21	1076	1,400	2,3

В целом, как показано в табл. 3С, умеренные уровни улучшения качества отделки поверхности (т.е. менее чем примерно 15%-ное снижение шероховатости поверхности) были получены при более низких концентрациях ГФА 10-20 г/л и более высоких температурах 71-85°С и в основном по всему диапазону плотностей тока 10,8-1076 А/м². Как правило, эти результаты были достигнуты при высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л. Одно заметное исключение из этой тенденции состоит в том, что улучшения качества отделки поверхности от умеренных до высоких также были получены при всех концентрациях ГФА 10-120 г/л и низких и умеренных концентрациях лимонной кислоты 60-300 г/л, при низкой температуре 21 °С и высокой плотности тока 1076 А/м².

Таблица 4А

Низшие концентрации лимонной кислоты

Лимонная	ГФА	Температура	Плотность тока	Удаление материала	Изменение качества
кислота (г/л)	(г/л)	(°С)	(А/м²)	(мм/ч)	отделки поверхности (%)
180	10	85	1076	0,208	36, 4
120	10	85	1076	0,232	33,3
60	10	85	1076	0, 276	28,0
180	10	54	1076	0,200	25, 0
180	10	71	1076	0,192	18,8
60	10	21	1076	0,148	13, 5
180	20	54	1076	0,168	31,9
180	20	71	1076	0,188	15, 1
120	20	21	1076	0,164	10, 6
60	20	21	1076	0,124	6, 8
180	20	21	1076	0,132	4,2
120	60	21	1076	0,196	11,3
60	60	21	1076	0,224	4,2

Как показано в табл. 4А, при низких концентрациях лимонной кислоты 60-180 г/л равномерное улучшение качества отделки поверхности представляется требующим высокой плотности тока. В целом,

- 15 021898 максимальные улучшения качества отделки поверхности были получены при низких концентрациях ГФА 10-20 г/л и при умеренных и высоких температурах 54-85°С. Низкое и умеренное улучшение качества отделки поверхности было достигнуто при концентрациях ГФА 10-60 г/л и низкой температуре 21 °С.

Таблица 4В

Умеренные концентрации лимонной кислоты

Лимонная кислота (г/л)	ГФА (г/л)	Температура (°С)	Плотность тока (А/м²)	Удаление материала (мм/ч)	Изменение качества отделки поверхности (%)
300	10	54	1076	0, 188	38, 9
300	10	71	1076	0,156	30, 4
300	10	85	1076	0,216	25, 6
600	10	85	538	0, 084	25,0
600	10	85	1076	0,220	24,5
600	10	71	538	0,076	19, 6
600	10	71	0	0, 164	6, 0
600	10	85	10, 8	0, 216	4, 0
600	10	85	215	0, 232	1, 9
600	20	71	1076	0,188	40,0
300	20	85	1076	0, 212	30,0
300	20	54	1076	0, 144	25, 6
600	20	54	1076	0,164	18,0
600	20	21	538	0, 032	13,2
300	20	21	1076	0, 148	10,4
600	20	54	538	0, 064	8,2
600	20	21	1076	0, 032	6,7

300	20	71	1076	0,200	7, 1
600	20	85	1076	0,184	6,2
600	60	21	1076	0,200	46, 9
600	60	21	538	0, 080	37,9
300	60	21	1076	0,192	21,3
600	120	21	1076	0, 168	44,7
300	120	21	1076	1,400	2, 3

Как показано в табл. 4В, при умеренных концентрациях лимонной кислоты 300-600 г/л значительное улучшение качества отделки поверхности обычно требует более высоких плотностей тока 538-1076 А/м² и происходит главным образом при низких концентрациях ГФА 10-20 г/л. При самой низкой концентрации ГФА 10 г/л более высокие температуры 54-85°С приводят к достижению наилучших результатов, тогда как при концентрации ГФА 20 г/л хорошие результаты также достигаются в диапазоне 21-85°С. При высоких концентрациях ГФА 60-120 г/л улучшение качества отделки поверхности наиболее типично происходит при более низкой температуре 21 °С.

Таблица 4С

Наивысшая концентрация лимонной кислоты

Лимонная кислота	ГФА	Температура	Плотность тока	Удаление материала	Изменение качества
(г/л)	(г/л)	(°С)	(А/м²)	(мм/ч)	отделки поверхности (%)
780	10	85	1076	0,168	39, 2
780	10	71	53, 8	0,100	30,4
780	10	71	10, 8	0,108	30,2
780	10	85	538	0,132	28, 8
780	10	54	538	0, 024	21,2
780	10	85	10, 8	0, 136	17,9
780	10	54	53, 8	0,088	15, 3
780	10	21	53,8	0, 040	14,5
780	10	71	0	0,200	14,3
780	10	71	215	0, 048	9, 8
780	10	71	538	0, 064	5, 4
780	20	71	538	0, 100	44, 8
780	20	21	1076	0, 044	30,9
780	20	54	1076	0,228	28, 6
780	20	71	1076	0,196	27,1
780	20	71	0	0,176	22,1
780	20	21	538	0, 016	20,3
780	20	54	538	0,100	16, 7

- 16 021898

780	20	85	10, 8	0,244	15, 7
780	20	54	215	0,108	15, 6
780	20	85	53, 8	0,216	7,7
780	20	85	215	0, 260	7, 7
780	20	85	0	0, 232	5, 7
780	20	71	53, 8	0,172	2,0
780	20	21	53, 8	0, 032	1,7
780	60	21	538	0, 088	42,0
780	60	54	1076	0, 160	36,1
780	60	21	1076	0,204	34,6
780	120	21	538	0,116	49,1
780	120	85	10,8	0, 004	30,0
780	120	71	10, 8	0, 000	25, 0
780	120	71	53, 8	0, 008	23, 7
780	120	54	10, 8	0, 032	16, 4
780	120	21	1076	0,196	16, 3
780	120	54	0	0,008	13, 5
780	120	85	0	0,016	11, 1
780	120	21	10,8	0, 004	7, 8
780	120	54	53,8	0,020	5, 9
780	120	85	53, 8	0,016	2,2

Из сопоставления табл. 4С с табл. 4А и 4В видно, что наилучшие рабочие условия для достижения улучшения качества отделки поверхности с фактически отсутствующими или минимальными потерями материала возникают при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л. Как показано в табл. 4С, при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л значительное улучшение качества отделки поверхности может быть получено почти при всех плотностях тока 10,8-1076 А/м² и от низких до высоких температур 21-85°С и как при низких концентрациях ГФА 10-20 г/л, так и высоких концентрациях ГФА 120 г/л.

Фиг. 5А и 5В показывают скорости удаления материала и изменения качества отделки поверхности при характерной низкой температуре 21 °С и характерной высокой плотности тока 538 А/м². На фиг. 5В видно, что ухудшение качества отделки поверхности является умеренным при всех концентрациях лимонной кислоты ниже 600 г/л, для концентраций ГФА ниже 60 г/л, и что качество отделки поверхности фактически повышается для всех концентраций ГФА от 10 до 120 г/л при высоких концентрациях лимонной кислоты выше 600 г/л, а особенно при 780 г/л. В дополнение фиг. 5А показывает, что скорость удаления материала при этих рабочих условиях относительно низка. Поэтому работа в этом диапазоне состава, температуры и плотности тока была бы желательна для достижения умеренного контролируемого удаления материала с минимальным ухудшением поверхности или, может быть, с умеренным улучшением качества отделки поверхности, но не была бы особо эффективна для крупномасштабного удаления материала.

Аналогично, фиг. 6А и 6В показывают скорости удаления материала и изменения качества отделки поверхности при характерной низкой температуре 21°С и высокой плотности тока 1076 А/м². На фиг. 6В видно, что улучшение качества отделки поверхности от небольшого до умеренного достигается при всех концентрациях лимонной кислоты ниже 600 г/л для концентраций ГФА более 10 и менее 120 г/л, и что качество отделки поверхности улучшается наиболее значительно при концентрациях лимонной кислоты 600 г/л и выше. В дополнение фиг. 6А показывает, что скорость удаления материала при этих рабочих условиях относительно низка, за исключением составов около 300 г/л лимонной кислоты и 120 г/л ГФА, где скорость удаления материала более высока, не вызывая никакого существенного ухудшения поверхности. Поэтому работа при этих диапазонах состава, температуры и плотности тока была бы желательна для достижения умеренного контролируемого удаления материала с минимальным ухудшением поверхности или, может быть, с умеренным улучшением качества отделки поверхности, но была бы не особо эффективна для крупномасштабного удаления материала.

Фиг. 7А и 7В показывают, что при определенных условиях контролируемое удаление материала и улучшение качества отделки поверхности могут быть достигнуты одновременно. В частности, при концентрации ГФА примерно 10 г/л фиг. 7А показывает устойчивые умеренные скорости удаления материала при всех концентрациях лимонной кислоты, когда заготовка подвергается воздействию раствора электролита при высокой температуре 85°С и при высокой плотности тока 1076 А/м². При тех же условиях фиг. 7В показывает фактическое улучшение качества отделки поверхности при всех концентрациях лимонной кислоты, больших или равных 60 г/л. Даже при более высоких концентрациях ГФА от 20 до 120 г/л получаемое удаление материала может прямо зависеть от концентрации ГФА без фактического ухудшения качества отделки поверхности. Однако при максимальных концентрациях лимонной кислоты 600 г/л или более скорости удаления материала значительно уменьшаются.

Были выявлены некоторые диапазоны режимов работы, при которых может быть достигнуто кон- 17 021898 тролируемое удаление материала, притом, что ухудшение качества отделки поверхности будет лишь умеренным, обычно с повышением шероховатости менее чем на примерно 50%. Фиг. 8А, 8В, 9А, 9В и 10А, 10В иллюстрируют примерные режимы работы в этой категории.

Фиг. 8А показывает, что при условиях высокой температуры (85°С) и низкой плотности тока (10,8 А/м²) может быть достигнута почти постоянная скорость удаления материала при всех концентрациях ГФА для концентраций лимонной кислоты в диапазоне от примерно 60 до примерно 300 г/л с большими скоростями удаления материала, находящимися в прямой зависимости от концентрации ГФА. Фиг. 8В показывает, что для этих диапазонов концентраций лимонной кислоты и ГФА ухудшение качества отделки поверхности является устойчиво умеренным, практически безотносительно конкретных концентраций лимонной кислоты и ГФА. Концентрации лимонной кислоты 600 г/л и выше сильно снижают или даже ликвидируют способность раствора электролита к удалению материала, а также, за исключением случая концентрации ГФА 60 г/л, к умеренному ухудшению качества отделки поверхности, и даже могут иметь тенденцию к легкому повышению качества отделки поверхности. Фиг. 9А и 9В показывают очень похожие результаты при условиях высокой температуры (85°С) и высокой плотности тока (538 А/м²), а фиг. 10А и 10В показывают, что к аналогичным результатам можно приблизиться даже при несколько более низкой температуре 71°С и при умеренной плотности тока 215 А/м².

Исходя из раскрытых в настоящем документе данных испытаний, становится ясно, что путем регулирования температуры и плотности тока одну и ту же ванну с водным раствором электролита можно использовать в многоэтапном процессе, который включает в себя сначала удаление умеренного и контролируемого количества материала при относительно низкой плотности тока, а затем восстановление поврежденной поверхности путем повышения плотности тока до высокого уровня при поддержании или небольшом снижении температуры. Например, используя раствор, содержащий 300 г/л лимонной кислоты и 120 г/л ГФА, можно получить умеренные скорости удаления материала при температуре 85°С и плотности тока 53,8 А/м² (см. фиг. 3Ό), при ухудшении качества отделки поверхности менее чем на 30%, а затем улучшение качества поверхности можно получить при той же температуре и плотности тока 1076 А/м² (см. фиг. 7А и 7В) при удалении меньшего количества материала.

Многочисленные различные сочетания условий многоэтапной обработки можно подобрать путем варьирования концентрации лимонной кислоты в дополнение к температуре и плотности тока из-за эффекта сильного смягчения удаления материала, который получается, когда концентрация лимонной кислоты возрастает до 600 г/л или выше. Например, из фиг. 8А и 8В видно, что путем использования раствора электролита со 120 г/л ГФА при температуре 85°С и плотности тока 10,8 А/м², может быть достигнуто агрессивное удаление материала с умеренным ухудшением качества поверхности при концентрации лимонной кислоты 300 г/л на первом этапе обработки, а затем просто путем повышения концентрации лимонной кислоты до 780 г/л на втором этапе обработки удаление материала может быть фактически прекращено, тогда как качество отделки поверхности значительно улучшается. Аналогичные результаты могут быть получены с использованием условий высокой температуры, более высокой плотности тока по фиг. 9А и 9В или условий умеренно высокой температуры, умеренной плотности тока по фиг. 10А и 10В.

Было обнаружено, что очень низкие концентрации гидродифторида аммония являются эффективными как при удалении материала, так и при микрополировке. Как показано на фиг. 1А, скорости удаления материала являются наибольшими при повышенных температурах, поэтому ожидается, что более низкие концентрации гидродифторида аммония могут быть более эффективными при более высоких температурах, например при 85°С или более. В одном примерном растворе электролита, имеющем концентрации как лимонной кислоты, так и гидродифторида аммония 2 г/л, наблюдали удаление материала и изменения качества отделки поверхности. При 285 А/м² были зарегистрированы скорости удаления материала 0,008 мм/ч с соответствующим изменением (ухудшением) качества отделки поверхности на -156%. При 0 А/м² были зарегистрированы скорости удаления материала 0,0035 мм/ч с соответствующим изменением качества отделки поверхности на -187%.

Аналогично, при обработке в водном растворе 2 г/л ГФА и отсутствии лимонной кислоты с подаваемым током 271 А/м² были зарегистрированы скорости удаления материала 0,004 мм/ч с соответствующим изменением (ухудшением) качества отделки поверхности на -162%. При 0 А/м² были зарегистрированы скорости удаления материала 0,0028 мм/ч с соответствующим изменением качества отделки поверхности на -168%.

Хотя было бы предпочтительным использовать как можно меньшее количество ГФА, необходимое для того, чтобы быть эффективным, можно использовать концентрации значительно выше 120 г/л, включая концентрации гидродифторида аммония на таких высоких уровнях, как от 240 до 360 г/л, и даже концентрации, превышающие концентрацию насыщения в воде. Эффективность растворов электролитов при высоких концентрациях ГФА была испытана путем пошагового добавления ГФА к раствору 179,9 г/л лимонной кислоты с температурой, зафиксированной на 67°С, и плотностями тока в диапазоне от 10,8 до 255000 А/м². Поскольку этот раствор обладает относительно низким электрическим сопротивлением, ожидалось, что более высокие концентрации ГФА смогут обеспечить более высокую проводимость раствора, особенно при более высоких уровнях плотности тока. Температура также была повыше- 18 021898 на выше комнатной температуры для снижения сопротивления электролита. Образцы как титана ТЧ, так и сплава 718 на основе никеля подвергали воздействию электролита и по мере добавления ГФА продолжили объемное удаление материала и микрополировку. ГФА добавляли вплоть до его точки насыщения в электролите и за нее. Точка насыщения ГФА (которая меняется с температурой и давлением) при этих параметрах составляла между примерно 240 и примерно 360 г/л. Данные, приведенные в табл. 5, указывают на то, что раствор электролита был эффективен как для удаления объемного металла, так и для микрополировки при концентрациях ГФА вплоть до концентраций насыщения в воде и превышающих их.

Было проведено испытание для определения эффективности растворов электролитов для микрополировки и удаления объемного металла при относительно высокой плотности тока, включая приближающиеся к 255000 А/м² Из литературы понятно, что электролиты с низкими значениями сопротивления могут выдерживать высокие плотности тока. Определенные сочетания концентрации лимонной кислоты и концентрации ГФА демонстрируют особо низкое сопротивление. Например, раствор электролита, содержащий примерно 180 г/л лимонной кислоты, в температурном диапазоне примерно 71-85°С был исследован при высоких плотностях тока. Образцы технически чистого (ТЧ) титана и сплава 718 на основе никеля подвергали воздействию этого раствора электролита с постепенным повышением плотности тока в диапазоне от 10,8 до 255000 А/м². Данные, приведенные в табл. 5, указывают на то, что объемное удаление материала и микрополировка были достигнуты при всех исследованных плотностях тока в этом диапазоне, включая 255000 А/м². По сравнению с обработкой титана и титановых сплавов для обработки сплавов на основе никеля могут быть применимы более высокие плотности тока, особенно при примерно 5000 А/м².

Тогда как титан ТЧ эффективно обрабатывают с использованием относительно низких напряжений, меньших или равных примерно 40 В, также можно использовать и более высокие напряжения. В одном примерном испытании титан ТЧ обработали в ванне водного раствора электролита, содержащего примерно 180 г/л лимонной кислоты и примерно 120 г/л ГФА, при 85,6°С, прикладывая потенциал 64,7 УИС и плотность тока 53,160 А/м². При этих условиях была достигнута скорость удаления объемного металла 5 мм/ч, наряду с 37,8%-ным улучшением шероховатости поверхности по данным профилометра, в результате чего поверхность получила однородный визуально блестящий, отражающий внешний вид. Электролит того же химического состава оставался эффективным на образцах титана ТЧ для удаления объемного металла после повышения напряжения до 150 УИС и понижения плотности тока до 5,067 А/м², но при этих условиях скорость удаления металла замедлялась до 0,3 мм/ч и качество отделки поверхности слегка ухудшилось до образования матового внешнего вида.

Для некоторых металлов и сплавов более высокие напряжения могут быть одинаково или даже более эффективными с точки зрения достижения улучшения объемного удаления материала, качества отделки поверхности или того и другого. В частности, определенные металлы, включая, но не ограничиваясь ими, сплавы на основе никеля (такие как \Уавра1оу и никелевый сплав 718), золото 18к, чистый хром и сплавы №йио1, представляются выигрывающими от обработки при более высоком напряжении с точки зрения более быстрого удаления объемного металла и/или лучшего качества отделки поверхности. В одном примерном эксперименте при сравнительно высоком напряжении для сплава 718 на основе никеля, экземпляры, обработанные в водном растворе электролита, содержащем примерно 180 г/л лимонной кислоты и примерно 120 г/л ГФА, при 86,7°С, с использованием потенциала 150 УИС и плотности тока 4,934 А/м², привели к скорости объемного удаления металла лишь 0,09 мм/ч, но, исходя из измерений поверхности полифилометром, равномерному улучшению качества отделки поверхности на 33,8%.

- 19 021898

Таблица 5

Материал	Лимонная кислота (г/л)	ΓΦΑ (г/л)	Начальная температура (°С)	Конечный потенциал (В)	Плотность тока (А/м²)	Скорость удаления (мм/ч)	Δ качества отделки поверхности, % (- хуже, + лучше)	Комментарии
Τί ТЧ2	179,9	20	89,4	64,7	11227	1,20	62,9%	Однородная, блестящая отделка
Τί ТЧ2	179, 9	20	85,0	64,7	8027	1,15	29,4%	Однородная, блестящая отделка
Τί ТЧ2	179,9	20	83,9	64,7	7901	5,68	21,2%	Однородная, блестящая отделка
Τί ТЧ2	179,9	60	82,8	64,7	36135	4,24	26,6%	Однородная, блестящая отделка
Τί ТЧ2	179,9	60	81,7	64,7	34576	4,34	47,6%	Однородная, блестящая отделка
Τί ТЧ2	179,9	60	79,4	24,5	40219	6,12	47,2%	Однородная, блестящая отделка
Τί ТЧ2	179,9	120	85,0	64,7	15175	4, 16	-169,8%	Наиболее глубоко погруженный в раствор конец - блестящий, остальной - «замороженный»
Τί ТЧ2	179, 9	120	85,0	64,7	15379	3,44	-183,9%	Наиболее глубоко погруженный в раствор конец - блестящий, остальной - «замороженный»
Τί ТЧ2	179,9	120	85, б	64,7	53160	5,00	37,8%	Однородная, блестящая отделка

Τί ТЧ2	179,9	120	90, 0	150	5067	0, 30	-22,6%	Матовый внешний вид, небольшое окисление
Τί ТЧ2	179,9	240	71, 1	14,3	160330	21,42	-33,3%	Однородная, блестящая отделка
Τί ТЧ2	179, 9	240	70,0	14,4	255733	22,08	-103,0%	Однородная, блестящая отделка
Τί ТЧ2	179,9	360	57,8	11,4	146728	27,72	-179,5%	Однородная, блестящая отделка - концентрация ГФА за точкой насыщения
Τί ТЧ2	179,9	360	66,7	9,6	164876	24,36	-191,2%	Однородная, блестящая отделка - концентрация ГФА за точкой насыщения
Τί ТЧ2	179,9	360	28,3	0,4	10, 8	0,08	29, 6%	Однородная, блестящая отделка - концентрация ГФА за точкой насыщения
Τί ТЧ2	179,9	360	25,0	0,3	53, 8	0,10	7,3%	Однородная, блестящая отделка - концентрация ГФА за точкой насыщения
Τί ТЧ2	179,9	360	22,2	0,2	215	0,11	9,3%	Однородная, блестящая отделка - концентрация ГФА за точкой насыщения
Τί ТЧ2	179, 9	360	20,6	0,1	538	0,13	-346,9%	Корродированная, неудовлетворительная отделка - концентрация ГФА за точкой насыщения
Τί ТЧ2	179,9	360	20,6	0, 6	1076	0, 16	-988,6%	Очень корродированная, неудовлетворительная отделка - концентрация ГФА за точкой насыщения
Никель 718	179,9	20	81,7	64,7	68585	4,01	-12,5%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179,9	20	81,1	39,9	79301	4,85	55,0%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179,9	20	80,6	36,3	39828	4,75	48,3%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179,9	60	80,0	64,7	42274	3,42	11,1%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179,9	60	80,0	64,7	35066	3, 69	-11,1%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179,9	60	81,7	14,8	39484	4,86	-20,0%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179,9	120	85,0	64	33945	3,84	8,3%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179,9	120	83, 3	65	34818	3,96	13,0%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179, 9	120	82,2	9,7	39984	6, 08	-57,1%	Однородная, блестящая отделка
Никель 718	179,9	120	86,7	150	4934	0,09	33, 8%	Однородный матовый внешний вид
Никель 718	179, 9	360	67,2	11,5	140005	12,90	-16,0%	Однородная, блестящая отделка - концентрация ГФА за точкой насыщения

Для оценки эффекта аккумулированного растворенного металла в растворе электролита партию прямоугольных прутков Τΐ-6Ά1-4ν с размерами 6,6x13,2 см на приблизительно 3,3 м количеством 21 штука последовательно обработали в ванне объемом приблизительно 1135 л. Обработка была предназначена продемонстрировать высококонтролируемое удаление металла на типичных видах проката. С пря- 20 021898 моугольных прутков количеством 21 штука удалили материал в общем количестве 70,9 кг и суспендировали в растворе электролита. Обработку первого прутка начинали при 0 г/л растворенного металла в растворе, а конечный брусок обрабатывали при содержании растворенного металла более 60 г/л. От начала до конца обработки не было обнаружено никаких вредных влияний на состояния поверхности металла или скорости удаления металла, и в результате повышения содержания растворенного металла в растворе электролита не потребовалось никаких значительных изменений каких-либо рабочих параметров. Это отличается от результатов кислотного травления титана в ΗΡ/ΗΝΟ₃, при котором раствор становится значительно менее эффективным даже при концентрациях титана в растворе 12 г/л. Аналогично, электрохимической размерной обработке препятствуют высокие уровни растворенного металла в растворе электролита, поскольку частицы металла могут засорять зазор между катодом и анодной заготовкой, и, если твердое вещество является электропроводным, могут даже вызвать короткое замыкание.

Хотя применительно к изобретению описаны примерные варианты его воплощения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть проделаны конкретно не описанные дополнения, удаления, модификации и замещения без отступления от сути и объема изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения, и что изобретение не ограничено раскрытыми конкретными вариантами воплощения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Применение водного раствора электролита для электрохимической обработки поверхности металлической заготовки, являющейся анодом, причем водный раствор электролита содержит концентрацию лимонной кислоты в диапазоне от 1 г/л до ее предела насыщения;

эффективную концентрацию гидродифторида аммония (ГФА), составляющую по меньшей мере 2 г/л;

не более 3,35 г/л сильной кислоты.
2. Применение по п.1, при этом эффективная концентрация гидродифторида аммония меньше или равна концентрации насыщения в воде.
3. Применение по п.1, при этом эффективная концентрация гидродифторида аммония составляет в диапазоне от 10 до 120 г/л.
4. Применение по п.1, при этом концентрация лимонной кислоты составляет от 1,6 до 982 г/л.
5. Применение по п.1, при этом концентрация лимонной кислоты меньше или равна 780 г/л.
6. Применение по п.5, при этом концентрация лимонной кислоты меньше или равна 600 г/л.
7. Применение по п.5, при этом концентрация лимонной кислоты больше или равна 600 г/л и меньше или равна 780 г/л.
8. Применение по любому из пп.1-7, при этом концентрация сильной кислоты составляет не более 1 г/л.
9. Применение по п.8, при этом концентрация сильной кислоты составляет не более 0,35 г/л.
10. Применение по любому из пп.1-9, при этом подают ток при плотности тока в диапазоне от 1 до 255000 А/м².
11. Применение по любому из пп.1-10, при этом ток подают при плотности, меньшей или равной 5000 А/м².
12. Применение по любому из пп.1-11, при этом подают ток, используя метод, выбранный из группы, состоящей из циклического включения и выключения тока, циклического переключения между по меньшей мере двумя различными плотностями тока, обеспечения тока в форме циклической волны и обеспечения тока в форме циклической волны, которую изменяют по частоте.
13. Применение по п.1, при этом концентрация лимонной кислоты составляет в диапазоне от 60 до 780 г/л;

при этом эффективная концентрация гидродифторида аммония составляет в диапазоне от 10 до 120 г/л;

при этом концентрация сильной кислоты составляет не более 1 г/л.
14. Применение по п.13, при этом концентрация лимонной кислоты больше или равна 600 г/л;

при этом эффективная концентрация гидродифторида аммония составляет менее 20 г/л.
15. Применение по п.13, при этом концентрация лимонной кислоты больше или равна 120 г/л и меньше 600 г/л.
16. Применение водного раствора электролита для электрохимической обработки поверхности металлической заготовки, являющейся анодом, причем водный раствор электролита содержит концентрацию лимонной кислоты, большую или равную 1,6 г/л и меньшую или равную концентрации насыщения;

концентрацию гидродифторида аммония, большую или равную 2 г/л и меньшую или равную концентрации насыщения;

не более 3,35 г/л сильной кислоты.

- 21 021898
17. Способ электрохимической обработки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты в диапазоне от 1 до 982 г/л и эффективное количество гидродифторида аммония, составляющее по меньшей мере 2 г/л, и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты;

регулирование температуры ванны так, чтобы она была между точкой замерзания и точкой кипения раствора;

подключение заготовки к анодному электроду источника питания постоянного тока и погружение катодного электрода источника питания постоянного тока в ванну;

подачу тока через ванну.
18. Способ по п.17, который представляет собой способ микрополировки.
19. Способ по п.17 или 18, при этом температуру регулируют в диапазоне от 21 до 85°С.
20. Способ по любому из пп.17-19, при этом подача тока включает в себя циклическое включение и выключение тока.
21. Способ по любому из пп.17-20, при этом подача тока включает в себя циклическое переключение между по меньшей мере двумя различными плотностями тока.
22. Способ по любому из пп.17-21, при этом подача тока включает в себя обеспечение тока в форме циклической волны.
23. Способ по п.22, при этом в течение подачи тока циклическую волну изменяют по частоте.
24. Способ по любому из пп.17-23, при этом ток подают при плотности, меньшей или равной 255000 А/м².
25. Способ по п.24, при этом ток подают при плотности, меньшей или равной 5000 А/м².
26. Способ по п.25, при этом ток подают в диапазоне от 10,8 до 1076 А/м².
27. Способ по любому из пп.17-26, при этом ток подают при напряжении менее 150 В.
28. Способ по любому из пп.17-27, при этом концентрация лимонной кислоты составляет в диапазоне от 1,6 до 780 г/л, а концентрация гидродифторида аммония составляет в диапазоне от 2 до 120 г/л.
29. Способ по п.28, при этом водный раствор электролита имеет концентрацию лимонной кислоты, большую или равную 600 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония в диапазоне от 10 до 120 г/л.
30. Способ по п.28 или 29, при этом водный раствор электролита имеет концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 20 г/л, и при этом температуру регулируют так, чтобы она была больше или равна 71 °С.
31. Способ по любому из пп.28-30, при этом водный раствор электролита имеет концентрацию лимонной кислоты, меньшую или равную 300 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония в диапазоне от 10 до 120 г/л.
32. Способ по п.17, при этом водный раствор электролита имеет концентрацию лимонной кислоты, большую или равную 600 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 20 г/л;

при этом температуру ванны регулируют так, чтобы она была больше или равна 54°С;

при этом ток подают при плотности, большей или равной 538 А/м² и меньшей или равной 255000

А/м².
33. Способ микрополировки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты в диапазоне от 1,6 до 780 г/л и концентрацию гидродифторида аммония в диапазоне от 2 до 120 г/л и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты;

регулирование температуры ванны так, чтобы она была между точкой замерзания и точкой кипения раствора.
34. Способ микрополировки по п.33, при этом температуру регулируют в диапазоне от 21 до 85°С.
35. Способ микрополировки по п.33 или 34, дополнительно включающий в себя подключение заготовки к анодному электроду источника питания постоянного тока и погружение катодного электрода источника питания постоянного тока в ванну;

подачу тока через ванну.
36. Способ микрополировки по п.35, при этом подача тока включает в себя циклическое включение и выключение тока.
37. Способ микрополировки по п.35 или 36, при этом подача тока включает в себя циклическое переключение между по меньшей мере двумя различными плотностями тока.
38. Способ микрополировки по любому из пп.35-37, при этом подача тока включает в себя обеспечение тока в форме циклической волны.
39. Способ микрополировки по любому из пп.35-38, при этом в течение подачи тока циклическую волну изменяют по частоте.
40. Способ микрополировки по любому из пп.35-39, при этом ток подают при плотности, меньшей или равной 255000 А/м².

- 22 021898
41. Способ микрополировки по п.40, при этом ток подают при плотности, меньшей или равной 5000

А/м²
42. Способ микрополировки по п.41, при этом подают ток в диапазоне от 10,8 до 1076 А/м².
43. Способ микрополировки по любому из пп.35-42, при этом ток подают при напряжении менее 150 В.
44. Способ микрополировки по любому из пп.33-43, при этом водный раствор электролита имеет концентрацию лимонной кислоты, большую или равную 600 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония в диапазоне от 10 до 120 г/л.
45. Способ микрополировки по п.44, при этом водный раствор электролита имеет концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 20 г/л, и при этом температуру регулируют так, чтобы она была больше или равна 71°С.
46. Способ микрополировки по любому из пп.33-43, при этом водный раствор электролита имеет концентрацию лимонной кислоты, меньшую или равную 300 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония в диапазоне от 10 до 120 г/л.
47. Способ микрополировки по п.33, при этом водный раствор электролита имеет концентрацию лимонной кислоты, большую или равную 600 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 20 г/л;

при этом температуру ванны регулируют так, чтобы она была больше или равна 54°С;

при этом ток подают при плотности, большей или равной 538 А/м² и меньшей или равной 255000

А/м².
48. Способ микрополировки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты, большую или равную 600 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 20 г/л, и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты;

регулирование температуры ванны так, чтобы она была больше или равна 71°С;

подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну;

подачу тока через ванну с плотностью, большей или равной 538 А/м² и меньшей или равной 255000

А/м².
49. Способ микрополировки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты, меньшую или равную 780 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 60 г/л, и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты;

регулирование температуры ванны так, чтобы она была меньше или равна 54°С;

подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну;

подачу тока через ванну с плотностью, большей или равной 538 А/м² и меньшей или равной 255000

А/м².
50. Способ микрополировки по п.49, при этом подаваемый ток меньше или равен 5000 А/м².
51. Способ микрополировки по п.49 или 50, при этом температуру ванны регулируют на уровне 21 °С, а подаваемый ток составляет 1076 А/м².
52. Способ микрополировки по п.49 или 50, при этом температуру ванны регулируют на уровне 85°С, а подаваемый ток составляет 1076 А/м².
53. Способ практически равномерного контролируемого удаления материала поверхности на заготовке из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита, имеющим концентрацию лимонной кислоты, меньшую или равную 600 г/л, и концентрацию гидродифторида аммония, меньшую или равную 120 г/л, и содержащим не более 3,35 г/л сильной кислоты;

регулирование температуры ванны так, чтобы она была больше или равна 71°С;

подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну; подачу тока через ванну.
54. Способ по п.53, при этом подаваемый ток меньше или равен 1076 А/м².
55. Способ по п.54, при этом подаваемый ток меньше или равен 53,8 А/м².