EA036890B1 - Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification - Google Patents

Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification Download PDF

Info

Publication number
EA036890B1
EA036890B1 EA201501129A EA201501129A EA036890B1 EA 036890 B1 EA036890 B1 EA 036890B1 EA 201501129 A EA201501129 A EA 201501129A EA 201501129 A EA201501129 A EA 201501129A EA 036890 B1 EA036890 B1 EA 036890B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
citric acid
concentration
concentrations
hfa
bath
Prior art date
Application number
EA201501129A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201501129A2 (en
EA201501129A3 (en
Inventor
Джеймс Л. Класкуин
Томас Дж. Кристенсен
Original Assignee
МЕТКОН, ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by МЕТКОН, ЭлЭлСи filed Critical МЕТКОН, ЭлЭлСи
Publication of EA201501129A2 publication Critical patent/EA201501129A2/en
Publication of EA201501129A3 publication Critical patent/EA201501129A3/en
Publication of EA036890B1 publication Critical patent/EA036890B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/02Etching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16Polishing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C25F1/02Pickling; Descaling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C25F1/02Pickling; Descaling
    • C25F1/04Pickling; Descaling in solution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/02Etching
    • C25F3/08Etching of refractory metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16Polishing
    • C25F3/22Polishing of heavy metals
    • C25F3/26Polishing of heavy metals of refractory metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F5/00Electrolytic stripping of metallic layers or coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/02Etching
    • C25F3/04Etching of light metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16Polishing
    • C25F3/18Polishing of light metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

An aqueous electrolyte solution including a concentration of citric acid in the range of about 1.6 to about 982 g/L and an effective concentration of ammonium bifluoride (ABF), and being substantially free of a strong acid. Methods of treating the surface of a non-ferrous metal workpiece include exposing the surface to a bath of an aqueous electrolyte solution including a concentration of citric acid less than or equal to about 300 g/L and a concentration of ammonium bifluoride greater than or equal to about 10 g/L, and having no more than about 3.35 g/L of a strong acid, controlling the temperature of the bath to be greater than or equal to about 54°C, connecting the workpiece to the anode of a DC power supply and immersing a cathode of the DC power supply in the bath, and applying a current across the bath.

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related claims

Настоящая заявка связана с находящейся в общей собственности заявкой, озаглавленной Раствор электролита и способы электролитической полировки, которая подана одновременно с настоящей заявкой.The present application is related to a jointly owned application entitled Electrolyte Solution and Electrolytic Polishing Methods, which is filed concurrently with this application.

Область техникиTechnology area

Растворы и способы относятся к общей области электролитической полировки деталей из цветных металлов и поверхностей, а более конкретно к обработке поверхности с помощью электролитической полировки, включая модуляцию трещин и удаление оксидов, на цветных и реакционноспособных металлах, в частности титане и титановых сплавах.The solutions and methods relate to the general field of electrolytic polishing of non-ferrous metal parts and surfaces, and more particularly to surface treatment by electrolytic polishing, including crack modulation and oxide removal, on non-ferrous and reactive metals, in particular titanium and titanium alloys.

Предпосылки изобретенияBackground of the invention

При обработке реакционноспособных металлов давлением из слитка в конечный прокат и после горячей обработки готовой детали необходимо удалять материал определенного поверхностного слоя оксида металла или в случае титана и титановых сплавов того, что обычно называют α-оболочкой. Эти обогащенные кислородом фазы возникают, когда реакционноспособные металлы нагревают на воздухе или в кислородсодержащих атмосферах. Оксидный слой может влиять на прочность материала, сопротивление усталости и коррозионную стойкость металла. Титан и титановые сплавы входят в число реакционноспособных металлов, что означает, что они реагируют с кислородом и образуют хрупкий связный оксидный слой (TiO2 для Ti, ZrO2 для Zr и т.д.) всякий раз, когда их нагревают на воздухе или в окислительной атмосфере выше примерно 480°C (900°F) в зависимости от конкретных сплава и окислительной атмосферы. Оксидный слой создается при нагревании металла до температур, необходимых для типичной ковки в вальцах или прокатки в прокатном стане, в результате сварки или при нагревании для проковки готовой детали или горячего формования детали. Оксиды реакционноспособных металлов и αоболочка являются хрупкими, и формование, как правило, сопровождается образованием серии поверхностных микротрещин, которые проникают в объем металла, потенциально вызывая преждевременные разрушения при растяжении или усталости и делая поверхность более восприимчивой к химическому воздействию. Поэтому оксидный слой или слой α-оболочки должен быть удален перед любой последующей горячей или холодной обработкой или до пуска готового изделия в эксплуатацию.In the pressure treatment of reactive metals from the ingot into the finished product and after hot working the finished part, it is necessary to remove material from a specific surface layer of the metal oxide or, in the case of titanium and titanium alloys, what is commonly referred to as an α-shell. These oxygen-rich phases arise when reactive metals are heated in air or oxygen-containing atmospheres. The oxide layer can affect the strength of the material, the fatigue resistance, and the corrosion resistance of the metal. Titanium and titanium alloys are reactive metals, which means they react with oxygen and form a brittle cohesive oxide layer (TiO2 for Ti, ZrO2 for Zr, etc.) whenever they are heated in air or in an oxidizing atmosphere above approximately 480 ° C (900 ° F) depending on specific alloy and oxidizing atmosphere. An oxide layer is created when the metal is heated to temperatures required for typical roll forging or rolling in a rolling mill, by welding, or by heating to forge a finished part or thermoform a part. Reactive metal oxides and the α shell are brittle, and molding is usually accompanied by the formation of a series of surface microcracks that penetrate the bulk of the metal, potentially causing premature fracture due to tension or fatigue and making the surface more susceptible to chemical attack. Therefore, the oxide layer or the α-shell layer must be removed before any subsequent hot or cold working or before putting the finished product into service.

При обработке давлением реакционноспособных металлов, таких как титан и титановые сплавы, из слитка в готовую деталь также важно, чтобы были удалены трещины, образовавшиеся в ходе термической и механической обработки. Как описано выше, эти трещины могут проходить глубже, чем αоболочка, и проникать в объем металла. Реакционноспособные металлы обычно нагревают, подвергают горячей обработке (например, ковке, прокатке, вытяжке, прессованию, экструдированию), охлаждают и подогревают для дополнительной горячей обработки от 4 до 8 раз для превращения слитка в конечный продукт - прокат. Прокат часто опять нагревают для изготовления готовой детали с использованием методов, включающих, но не ограничивающихся таковыми, горячее выдавливание, раскатку, сверхпластичное формование и штамповку в закрытых штампах. Всякий раз, когда металл охлаждают после горячей обработки, на поверхности образуются трещины, которые простираются в заготовку. При традиционной обработке эти трещины удаляют шлифованием, которое включает механическое удаление, или химическим стравливанием в сильной кислоте, обычно HF-HNO3, слоя равномерной толщины или количества материала с заготовки, пока не будет вскрыто и удалено дно самой глубокой трещины. Шлифование или химическое травление до этой глубины гарантирует, что будут удалены все трещины, но занимает значительное количество времени и труда, а также приводит к значительной и дорогостоящей потере материала. Это обусловлено тем, что иногда трещины простираются в заготовку до глубины, составляющей 5% или более толщины или диаметра заготовки или готовой детали. Однако удаление трещин необходимо, поскольку, если трещины не удалять перед последующей стадией горячей обработки давлением или использованием готовой детали в эксплуатации, трещины могут распространиться и разрушить заготовку или готовую деталь.When forming reactive metals such as titanium and titanium alloys from ingot to finished part, it is also important that cracks formed during heat treatment and machining are removed. As described above, these cracks can go deeper than the α-shell and penetrate into the bulk of the metal. Reactive metals are typically heated, hot worked (eg, forged, rolled, drawn, pressed, extruded), cooled and reheated for additional hot working 4 to 8 times to convert the ingot into the final rolled product. The rolled stock is often reheated to form a finished part using techniques including, but not limited to, hot extrusion, rolling, superplastic forming, and closed die forging. Whenever the metal is cooled after hot working, cracks form on the surface that extend into the workpiece. Conventionally, these cracks are removed by grinding, which involves mechanical removal, or by chemical etching in a strong acid, usually HF-HNO3, of a uniform thickness or amount of material from the workpiece until the bottom of the deepest crack is exposed and removed. Grinding or chemical etching to this depth will ensure that all cracks are removed, but it takes a significant amount of time and labor and also results in significant and costly material loss. This is because cracks sometimes extend into the workpiece to a depth of 5% or more of the thickness or diameter of the workpiece or finished part. Crack removal is necessary, however, because if the cracks are not removed before the next hot forming step or using the finished part in service, cracks can propagate and destroy the workpiece or finished part.

В химии и промышленности электролиз представляет собой способ использования постоянного электрического тока (DC) для стимулирования несамопроизвольной в иных обстоятельствах химической реакции. 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 производят к одному или более металлическим проводникам, окружающим заготовку в ванне. Электролитическая полировка основана на двух противоположных реакциях, которые контролируют процесс. 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 оксиднойIn chemistry and industry, electrolysis is a method of using direct electric current (DC) to stimulate an otherwise non-spontaneous chemical reaction. Electrolytic polishing is a well-known electrolysis application to remove burrs from metal parts and to obtain a shiny and smooth surface finish. The workpiece to be electrolytically polished is immersed in a bath with an electrolyte solution and exposed to a direct electric current. The workpiece is supported by the anode, and the cathode is connected to one or more metallic conductors surrounding the workpiece in the bath. Electrolytic polishing is based on two opposite reactions that control the process. The first reaction is a dissolution reaction, during which metal from the surface of the workpiece goes into solution in the form of ions. Thus, metal ion by ion is removed from the surface of the workpiece. Another reaction is an oxidation reaction, during which an oxide layer forms on the surface of the workpiece. The build-up of the oxide film limits the development of the ion removal reaction. This film is the thickest over the microdepressions and the thinnest over the microprotrusions, and since the electrical resistance is proportional to the thickness of the oxide

- 1 036890 пленки, наибольшая скорость растворения металла возникает на микровыступах, а наименьшая скорость растворения металла имеет место 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.- 1 036890 films, the highest rate of metal dissolution occurs at micro-protrusions, and the lowest rate of metal dissolution occurs at micro-cavities. Consequently, microscopic bumps, or peaks, can be selectively removed by electrolytic polishing at a higher rate than the rate of exposure to the corresponding microcavities or valleys.

Еще одно применение электролиза состоит в процессах электрохимической размерной обработки (ЭРО) (от англ. electrochemical machining processes, ECM). При ЭРО между электродом и металлической заготовкой пропускают сильный ток (часто составляющий более 40000 А и подводимый при плотностях тока часто более 1,5 млн А на кв.метр), вызывая удаление материала. Электрический ток пропускают через проводящую текучую среду (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, практически переводя в жидкость, со скоростью, определяемой скоростью подачи инструмента в заготовку. Величина зазора между инструментом и заготовкой варьируется в диапазоне от 80 до 800 мкм (от 0,003 до 0,030 дюйма). По мере того как электроны пересекают зазор, материал на заготовке растворяется, и инструмент придает заготовке желаемую форму. Электролитическая текучая среда уносит гидроксид металла, образовавшийся в процессе реакции между электролитом и заготовкой. Необходима промывка, поскольку процесс электрохимической размерной обработки обладает низкой терпимостью к комплексам металлов, накапливающимся в растворе электролита. Напротив, способы с использованием раскрытых здесь растворов электролитов остаются стабильными и эффективными даже при высоких концентрациях титана в растворе электролита.Another application of electrolysis is in electrochemical machining processes (ECM). With EDT, a strong current is passed between the electrode and the metal workpiece (often over 40,000 A and applied at current densities often over 1.5 million A per square meter), causing material to be removed. An electric current is passed through a conductive fluid (electrolyte) from a negatively charged electrode - tool (cathode) to a conductive workpiece (anode). The cathode tool is shaped to match the desired sizing operation and is advanced into the anode blank. Pressurized electrolyte is injected at a predetermined temperature into the area to be treated. The workpiece material is removed, practically liquidated, at a rate determined by the feed rate of the tool into the workpiece. The gap between tool and workpiece ranges from 80 to 800 microns (0.003 to 0.030 inches). As the electrons cross the gap, the material on the workpiece dissolves and the tool shapes the workpiece into the desired shape. The electrolytic fluid carries away the metal hydroxide formed during the reaction between the electrolyte and the workpiece. Flushing is necessary because the electrochemical sizing process has a low tolerance for metal complexes accumulating in the electrolyte solution. In contrast, methods using the electrolyte solutions disclosed herein remain stable and effective even at high titanium concentrations in the electrolyte solution.

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 здесь, обычно квалифицируются как кислоты, которые являются более сильными в водном растворе, чем ион гидроксония (H3O+). Примерами сильных кислот, обычно используемых в электролитической полировке, являются серная кислота, соляная кислота, перхлорная кислота и азотная кислота, тогда как примеры слабых кислот включают 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.Electrolyte solutions for electrolytic polishing of metals are usually mixtures containing concentrated strong acids (completely dissociated in water), such as inorganic acids. Strong acids, as described herein, are generally classified as acids that are stronger in aqueous solution than hydronium ion (H 3 O + ). Examples of strong acids commonly used in electrolytic polishing are sulfuric acid, hydrochloric acid, perchloric acid and nitric acid, while examples of weak acids include carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, butyric acid, and citric acid. Organic compounds such as alcohols, amines or carboxylic acids are sometimes used in mixtures with strong acids in order to slow down the dissolution etching reaction in order to avoid excessive etching of the workpiece surface. See, for example, US Pat. No. 6,610,194 describing the use of acetic acid as a reaction retardant.

Существует побудительный мотив сократить использование этих сильных кислот в ваннах для отделочной обработки металлов, главным образом из-за их опасности для здоровья и затрат на утилизацию отходов использованного раствора. Лимонная кислота ранее была принята в качестве пассивирующего агента для изделий из нержавеющей стали согласно стандартам как Министерства обороны США, так и ASTM (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 (Citric Acid & Pollution Prevention in Passivation & Electropolishing) от 2002 г., описано несколько преимуществ снижения количества сильных неорганических кислот путем их замещения на некоторое количество более слабой органической кислоты и, 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).There is an incentive to reduce the use of these strong acids in metal finishing baths, mainly due to their health hazards and waste disposal costs. Citric acid has previously been accepted as a passivating agent for stainless steel products by both the US Department of Defense and ASTM (American Society for Testing Materials) standards. However, while previous studies have shown and quantified the savings from using an industrial citric acid passivation bath to passivate stainless steel, they have been unable to identify a suitable electrolyte solution in which a significant concentration of citric acid could reduce the concentration of strong acids. For example, a 2002 publication entitled Citric Acid & Pollution Prevention in Passivation & Electropolishing describes several advantages of reducing the amount of strong inorganic acids by replacing them with some weaker organic acid. and, in particular, citric acid because of its low cost, availability and relatively safe disposal, but ultimately an alternative electrolyte containing a mixture of mainly phosphoric and sulfuric acids with a small amount of organic acid (not citric acid) was evaluated.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Удаление α-оболочки и модуляция трещин обычно не достигаются в процессах электролитической полировки.Α-shell removal and crack modulation are usually not achieved in electrolytic polishing processes.

Сильнокислотные компоненты, находящиеся в типичных электролитических растворах, используемых в уровне техники для электролитической полировки, приводят к миграции водорода в поверхности металла и агрессивному неконтролируемому травлению, которое может углублять трещины. В своей разработке новых химических основ ванн для электролитической полировки с использованием растворов слабых кислот и гидродифторида аммония (ГФА), в отсутствие сильнокислотных компонентов авторы изобретения обнаружили, что как удаление α-оболочки, так и модуляция трещин могут быть эффективно достигнуты посредством электролитической полировки. Таким образом, здесь раскрыты способы удаления оксидов и модуляции трещин с помощью процессов электролитической полировки при использовании новых химических составов ванны, пригодных для этих способов.The highly acidic components found in typical electrolytic solutions used in the prior art for electrolytic polishing result in hydrogen migration at the metal surface and aggressive, uncontrolled etching that can deepen cracks. In their development of new chemical bases for electrolytic polishing baths using solutions of weak acids and ammonium hydroxide fluoride (HFA), in the absence of strongly acidic components, the inventors have found that both α-shell removal and crack modulation can be effectively achieved by electrolytic polishing. Thus, there are disclosed methods for removing oxides and modulating cracks using electrolytic polishing processes using new bath chemistries suitable for these methods.

В одном варианте воплощения раскрыт водный раствор электролита, включающий от примерно 0,1In one embodiment, an aqueous electrolyte solution is disclosed comprising from about 0.1

- 2 036890 до примерно 59 мас.% карбоновой кислоты и от примерно 0,1 до примерно 25 мас.% фторидной соли и практически не содержащий сильной кислоты.- 2,036890 to about 59 wt.% Carboxylic acid and from about 0.1 to about 25 wt.% Fluoride salt and is substantially free of strong acid.

В еще одном варианте воплощения раскрыт водный раствор электролита, включающий от примерно 1,665 г/л лимонной кислоты до примерно 982 г/л лимонной кислоты и от примерно 2 г/л гидродифторида аммония до примерно 360 г/л гидродифторида аммония фторидной соли и практически не содержащий сильной кислоты.In yet another embodiment, an aqueous electrolyte solution is disclosed comprising from about 1.665 g / L citric acid to about 982 g / L citric acid and from about 2 g / L ammonium bifluoride to about 360 g / L ammonium bifluoride fluoride salt and is substantially free of strong acid.

В одном варианте воплощения раскрыт способ обработки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита с концентрацией лимонной кислоты, меньшей или равной примерно 300 г/л, и концентрацией гидродифторида аммония, большей или равной примерно 10 г/л, и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты, регулирование температуры ванны, большей или равной примерно 54°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну и пропускание тока через ванну.In one embodiment, a method for treating the surface of a non-ferrous metal preform is disclosed comprising exposing the surface to a bath of an aqueous electrolyte solution having a citric acid concentration of less than or equal to about 300 g / L and a concentration of ammonium bifluoride greater than or equal to about 10 g / l, and having no more than about 3.35 g / L strong acid, regulating the bath temperature greater than or equal to about 54 ° C, connecting the workpiece to the anode of the DC power supply and immersing the cathode of the DC power supply into the bath and passing current through bath.

В одном варианте воплощения раскрыт способ модуляции трещин в поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита с концентрацией лимонной кислоты, меньшей или равной примерно 300 г/л, и концентрацией гидродифторида аммония, большей или равной примерно 60 г/л, и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты, регулирование температуры ванны, большей или равной примерно 54°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну, и пропускание через ванну тока менее чем примерно 53,8 А на кв.метр.In one embodiment, a method is disclosed for modulating surface cracks in a nonferrous metal workpiece comprising exposing the surface to an aqueous electrolyte bath having a citric acid concentration less than or equal to about 300 g / L and an ammonium bifluoride concentration greater than or equal to about 60 g / L, and having no more than about 3.35 g / L strong acid, adjusting the bath temperature greater than or equal to about 54 ° C, connecting the workpiece to the anode of the DC power supply and immersing the cathode of the DC power supply into the bath, and current flow through the bath is less than about 53.8 A per square meter.

В одном варианте воплощения раскрыт способ удаления оксида металла с поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита с концентрацией лимонной кислоты от примерно 1 до примерно 180 г/л, например меньшей или равной примерно 60 г/л, и концентрацией гидродифторида аммония от примерно 1 до примерно 120 г/л, например большей или равной примерно 60 г/л, и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты, регулирование температуры ванны так, чтобы она была больше температуры замерзания ванны и меньше или равной примерно 85°C, например большей или равной примерно 54°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну и пропускание через ванну тока с плотностью, меньшей или равной примерно 255000 А на кв.метр, например, меньшей или равной примерно 5000 А на кв.метр, в частности менее чем примерно 53,8 А на кв.метр.In one embodiment, a method of removing a metal oxide from a surface of a non-ferrous metal preform is disclosed comprising exposing the surface to an aqueous electrolyte bath having a citric acid concentration of about 1 to about 180 g / L, such as less than or equal to about 60 g / L and an ammonium bifluoride concentration of from about 1 to about 120 g / L, such as greater than or equal to about 60 g / L, and having no more than about 3.35 g / L of strong acid, adjusting the bath temperature to be greater than the temperature freezing the bath and less than or equal to about 85 ° C, for example, greater than or equal to about 54 ° C, connecting the workpiece to the anode of the DC power supply and immersing the cathode of the DC power supply in the bath and passing a current through the bath with a density less than or equal to about 255,000 And per square meter, for example, less than or equal to about 5000 A per square meter, in particular less than about 53.8 A per square meter.

В одном варианте воплощения раскрыт способ удаления α-оболочки с поверхности заготовки из титана или титанового сплава, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита с концентрацией лимонной кислоты, меньшей или равной примерно 60 г/л, и концентрацией гидродифторида аммония, большей или равной примерно 60 г/л, и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты, регулирование температуры ванны, большей или равной примерно 54°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну и пропускание через ванну тока менее чем примерно 53,8 А на кв.метр.In one embodiment, a method for removing an α-shell from a surface of a titanium or titanium alloy preform is disclosed comprising exposing the surface to a bath of an aqueous electrolyte solution having a citric acid concentration less than or equal to about 60 g / L and an ammonium bifluoride concentration greater than or equal to about 60 g / L, and having no more than about 3.35 g / L strong acid, adjusting the bath temperature greater than or equal to about 54 ° C, connecting the workpiece to the anode of the DC power supply and immersion of the cathode of the DC power supply into the bath and passing a current through the bath of less than about 53.8 A per square meter.

Краткое описание фигурBrief description of figures

Фиг. 1A-1B представляют собой графики данных, показывающие 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;FIG. 1A-1B are data plots showing material removal rate and surface finish variation as a function of citric acid concentration in an aqueous electrolyte solution having a moderately low concentration of 20 g / L ammonium bifluoride at a high current density of 1076 A / m 2 over a temperature range ;

фиг. 2A-2B - графики данных, показывающие 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;fig. 2A-2B are data plots showing material removal rate as a function of ammonium bifluoride concentration in an aqueous electrolyte solution containing 120 g / L citric acid at characteristic low and high temperatures, respectively, over a range of current densities;

фиг. 2C-2D - графики данных, показывающие изменение качества отделки поверхности как функцию гидродифторида аммония при условиях, соответствующих фиг. 2A-2B соответственно;fig. 2C-2D are data graphs showing variation in surface finish as a function of ammonium bifluoride under conditions corresponding to FIG. 2A-2B, respectively;

фиг. 2E-2F - графики данных, показывающие скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности соответственно как функцию плотности тока в водном растворе электролита практически без лимонной кислоты при температуре 85°C;fig. 2E-2F are data plots showing material removal rate and surface finish change, respectively, as a function of current density in an aqueous electrolyte solution with substantially no citric acid at 85 ° C;

фиг. 3A-3D - графики данных, показывающие 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 21°C, 54°C, 71°C и 85°C соответственно;fig. 3A-3D - data graphs showing the rate of removal of material as a function of citric acid concentration in the aqueous electrolyte solution for several concentrations of ammonium bifluoride at a current density of 53.8 A / m 2 and a temperature of 21 ° C, 54 ° C, 71 ° C and 85 ° C respectively;

фиг. 4A-4D - графики данных, показывающие скорость удаления материала как функцию концентрации лимонной кислоты в водном растворе электролита для нескольких концентраций гидродифторида аммония при температуре 54°C и плотностях тока 10,8 А/м2, 215 А/м2, 538 А/м2 и 1076 А/м2 соответственно;fig. 4A-4D - data graphs showing the material removal rate as a function of citric acid concentration in the aqueous electrolyte solution for several concentrations of ammonium bifluoride at a temperature of 54 ° C and current density of 10.8 A / m 2 215 A / m 2 538 A / m 2 and 1076 A / m 2, respectively;

фиг. 4E-4G - графики данных, показывающие скорость удаления материала как функцию плотности тока при температуре 85°C в водном растворе, содержащем 120 г/л, 600 г/л и 780 г/л лимонной кислотыfig. 4E-4G - Data plots showing material removal rate as a function of current density at 85 ° C in an aqueous solution containing 120 g / L, 600 g / L and 780 g / L citric acid

- 3 036890 соответственно, для нескольких концентраций гидродифторида аммония;- 3 036890, respectively, for several concentrations of ammonium bifluoride;

фиг. 4H-4J - графики данных, показывающие изменение качества отделки поверхности как функцию плотности тока при условиях, соответствующих фиг. 4E-4G соответственно;fig. 4H-4J are data graphs showing variation in surface finish as a function of current density under conditions corresponding to FIG. 4E-4G respectively;

фиг. 5A-5B - графики данных, показывающие количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при низкой температуре (21°C) и высокой плотности тока (538 А/м2);fig. 5A-5B are data plots showing the amount of material removed and the change in surface finish, respectively, at various combinations of citric acid and ammonium bifluoride concentrations at low temperature (21 ° C) and high current density (538 A / m 2 );

фиг. 6A-6B - графики данных, показывающие количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при низкой температуре (21°C) и высокой плотности тока (1076 А/м2);fig. 6A-6B are data plots showing the amount of material removed and the change in surface finish, respectively, at various combinations of citric acid and ammonium bifluoride concentrations at low temperature (21 ° C) and high current density (1076 A / m 2 );

фиг. 7A-7B - графики данных, показывающие количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при высокой температуре (85°C) и высокой плотности тока (1076 А/м2);fig. 7A-7B are data plots showing the amount of material removed and the change in surface finish, respectively, at various combinations of citric acid and ammonium bifluoride concentrations at high temperature (85 ° C) and high current density (1076 A / m 2 );

фиг. 8A-8B - графики данных, показывающие количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных высокой температуре (85°C) и низкой плотности тока (10,8 А/м2);fig. 8A-8B are data plots showing the amount of material removed and the change in surface finish, respectively, at various combinations of citric acid and ammonium bifluoride concentrations at characteristic high temperature (85 ° C) and low current density (10.8 A / m 2 );

фиг. 9A-9B - графики данных, показывающие количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных высокой температуре (85°C) и высокой плотности тока (538 А/м2);fig. 9A-9B are data plots showing the amount of material removed and the change in surface finish, respectively, at various combinations of citric acid and ammonium bifluoride concentrations at characteristic high temperature (85 ° C) and high current density (538 A / m 2 );

фиг. 10A-10B - графики данных, показывающие количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных умеренно высокой температуре (71°C) и умеренной плотности тока (215 А/м2);fig. 10A-10B are data plots showing the amount of material removed and the change in surface finish, respectively, at various combinations of citric acid and ammonium bifluoride concentrations at a characteristic moderately high temperature (71 ° C) and moderate current density (215 A / m 2 );

фиг. 11 - схематическое представление последовательности, которая имеет место в известном из уровня техники процессе удаления трещины, простирающейся в заготовку от поверхности материала;fig. 11 is a schematic diagram of the sequence that occurs in the prior art process for removing a crack extending into a workpiece from a material surface;

фиг. 12 - схематическое представление последовательности, которая имеет место в процессе с использованием раскрытого здесь электролита для модуляции трещины, простирающейся в заготовку от поверхности материала.fig. 12 is a schematic diagram of a sequence that occurs in a process using an electrolyte disclosed herein to modulate a crack extending into a workpiece from a material surface.

Подробное описаниеDetailed description

Здесь раскрыты водные растворы электролита, которые являются особенно полезными для обработки поверхности реакционноспособных металлов, включая, но не ограничиваясь таковыми, титан и титановые сплавы. Относительно небольшие количества фторидной соли и карбоновой кислоты растворяют в воде практически в отсутствие 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 реакционноспособных металлов, включая, но не ограничиваясь таковыми, титан и титановые сплавы, для которых обычно используют сильные кислоты и требуется, чтобы количество воды в растворе электролита поддерживалось на абсолютном минимуме.Disclosed herein are aqueous electrolyte solutions that are particularly useful for surface treatment of reactive metals, including but not limited to titanium and titanium alloys. Relatively small amounts of fluoride salt and carboxylic acid are dissolved in water in the substantially absence of a strong acid, such as an inorganic acid, so that the solution contains practically no strong acid. This electrolyte solution is a marked departure from earlier attempts at electrolyte bath treatment of the surface of reactive metals, including but not limited to titanium and titanium alloys, which typically use strong acids and require the amount of water in the electrolyte solution to be kept to an absolute minimum.

Фторидная соль обеспечивает источник фторид-ионов для раствора и может представлять собой, но не ограничивается таковым, гидродифторид аммония, NH4HF2 (иногда сокращаемый здесь как ГФА). Не привязываясь к теории представляется, что карбоновая кислота смягчает воздействие фторид-ионов на обрабатываемую поверхность реакционноспособного металла и может представлять собой, но не ограничивается таковой, лимонную кислоту. К раствору преднамеренно не добавляют никакого количества сильной кислоты или неорганической кислоты, хотя может присутствовать следовое количество сильной кислоты. Используемые здесь термины практически в отсутствие и практически не содержит применяются 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 чем примерно 0,35 г/л.The fluoride salt provides a source of fluoride ions for the solution and may be, but is not limited to, ammonium bifluoride, NH 4 HF 2 (sometimes abbreviated herein as HFA). While not wishing to be bound by theory, the carboxylic acid appears to mitigate the effect of fluoride ions on the treated surface of the reactive metal and may be, but is not limited to, citric acid. No strong acid or inorganic acid is intentionally added to the solution, although a trace amount of strong acid may be present. As used herein, the terms substantially absent and substantially free are used to refer to strong acid concentrations of less than or equal to about 3.35 g / L, preferably less than or equal to about 1 g / L, and more preferably less than about 0.35 g / L ...

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°C, 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 были пошагово добавлены небольшие количества HNO3 (азотной кислоты) с 42° Be, и приготовленный пробный образец был обработан несколько раз до обнаружения изменений 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 большимиTrial samples of commercially pure (PM) titanium were immersed in a bath of an aqueous solution containing 60 g / l of citric acid and 10 g / l of HFA at 54 ° C, and the current was supplied at 583 A / m 2. A sample cut from a titanium strip with the surface obtained after rolling (with a surface roughness of 0.52 μm), exposed to this solution for 15 min, became uniformly smooth (with a surface roughness of 0.45 μm) and cosmetically reflective. Small amounts of HNO 3 (nitric acid) with 42 ° Be were then added step by step and the prepared test sample was processed several times until surface changes were detected. The samples were not exposed to treatment after each addition of nitric acid until a nitric acid concentration of 3.35 g / L was reached, at which the control panel showed an uneven cosmetic appearance, including pitting corrosion and flaking, with irregular exposure around the sample perimeter, with surface roughness in the range from 0.65 to 2.9 microns and above. Nitric acid is considered to be a borderline strong acid with a dissociation constant not much higher than the dissociation constant of the hydronium ion. Therefore, it is expected that for other stronger acids having the same or greater

- 4 036890 константами диссоциации, чем у азотной кислоты, подобный раствор электролита был бы аналогично эффективным при контролируемом удалении материала и микрополировке при концентрациях сильной кислоты менее чем приблизительно 3,35 г/л. Однако ожидается, что другие раскрытые здесь 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.- 4036890 dissociation constants than nitric acid, such an electrolyte solution would be similarly effective in controlled material removal and micropolishing at strong acid concentrations less than about 3.35 g / L. However, it is expected that other electrolyte solutions disclosed herein having different citric acid and HFA concentrations and different citric acid and HFA concentration ratios may have a lower tolerance for the presence of a strong acid depending on the specific strong acid as well as operating parameters such as temperature. and current density. Therefore, to enable the efficient use of aqueous electrolyte solutions for material removal and fine surface finishing over a wide range of citric acid and HFA concentrations and over a wide range of temperatures and current densities, no more than about 1 g / L of strong acid should be present, and preferably no more than about 0 , 35 g / l strong acid.

Были проведены обширные испытания электролитической полировки 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 (ASTM) или Спецификации аэрокосмических материалов (AMS)), чтобы измерить способность различных растворов и способов удалять объем металла, улучшать или утоньшать 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 в то время как большинство испытаний было сосредоточено 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 таковыми, 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 (Nitinol®), титан-хром (Ti 17®), Waspaloy и Inconel® (сплав на основе никеля).Extensive electrolytic polishing tests have been performed on titanium and titanium alloy specimens using a range of chemical concentrations, current densities and temperatures. Specifically, the test was performed on clean rolled stock (representing the typical metal supply condition of the roll manufacturer, meeting the American Society for Testing Materials (ASTM) or Aerospace Material Specification (AMS) standards) to measure the ability of various solutions and methods to remove metal volume, improve or thinning surface finishes on sheet metal products with low material removal rates; and / or micropolishing metal surfaces for very fine surface finishes with very low material removal rates. In addition, while most of the tests focused on titanium and titanium alloys, the test also showed that the same solutions and methods are more generally applicable to many non-ferrous metals. For example, good results have been obtained, in addition to titanium and titanium alloys, on metals including, but not limited to, gold, silver, chromium, zirconium, aluminum, vanadium, niobium, copper, molybdenum, zinc, and nickel. Additionally, alloys such as titanium-molybdenum, titanium-aluminum-vanadium, titanium-aluminum-niobium, titanium-nickel (Nitinol®), titanium-chromium (Ti 17®), Waspaloy and Inconel® (nickel-based alloy) have also been successfully processed ...

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. Хотя 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 резко сокращается, тогда как микрополировка поверхности материала усиливается. 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, имеющими значительно более высокие концентрации 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 некоторое удаление металла.An electrolyte solution containing citric acid and ammonium bifluoride has proven effective in pickling non-ferrous metals and metal alloys at unexpectedly diluted concentrations of both components. In this context, etching is to be understood as encompassing a substantially uniform surface removal. In addition, improvements in surface finish quality have been demonstrated across a wide range of concentrations of both citric acid and ammonium bifluoride. Although any citric acid concentration can be used up to the point of saturation with water (59 wt% or about 982 g / L aqueous solution at standard temperature and pressure), there appears to be a correlation between citric acid concentration and ammonium bifluoride concentration at which citric acid acid sufficiently weakens the effects of etching by fluoride ions formed during the dissociation of ammonium bifluoride that the rate of material removal is sharply reduced, while the micropolishing of the material surface is enhanced. For both etching and micropolishing, some blends having citric acid concentrations as low as 3.6 wt%, or about 60 g / L solution, exhibited etch rates and titanium surface micropolishing results comparable to blends having significantly higher concentrations of citric acid, including up to about 36 wt.%, or about 600 g / L solution. Thus, in these solutions, the etching rate clearly depends more directly on the HFA concentration than on the citric acid concentration. Effective etching and micropolishing have been demonstrated even at extremely low citric acid concentrations, less than about 1 wt%, or about 15 g / L solution. However, the presence of even a minimal amount of fluoride ions is sufficient for some metal removal to occur.

Скорость травления существенно падает при концентрациях лимонной кислоты свыше 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.The pickling rate drops significantly at citric acid concentrations above about 600 g / L. However, at this high citric acid concentration, at least in moderate to high current density cases, the surface finish results are improved while the etching rate decreases. Thus, when DC is applied, more dilute citric acid mixtures provide higher rates of material removal from the surface, while more concentrated citric acid mixtures, up to such a high mixture concentration as about 42 wt.%, Or about 780 g / L solution, Provides a smoother and smoother surface with a uniform fine grain structure and no crown effect compared to parts treated with less concentrated citric acid blends.

Высококонтролируемое удаление металла может быть достигнуто с использованием описанных здесь растворов ванн и способов. В частности, уровень контроля настолько тонок, что объемный металл можно удалять со столь малыми толщинами, как 0,0001 дюйма, и с такими большими и точными, как 0,5000 дюйма. Столь тонкий контроль может быть достигнут путем регулирования сочетания концентраций лимонной кислоты и ГФА, температуры и плотности тока, а также путем варьирования длительноHighly controlled metal removal can be achieved using the bath solutions and methods described herein. In particular, the level of control is so thin that bulky metal can be removed as thin as 0.0001 "and as large and accurate as 0.5000". Such fine control can be achieved by adjusting the combination of citric acid and HFA concentrations, temperature and current density, as well as by varying

- 5 036890 сти и цикличности подачи постоянного тока. Удаление может быть выполнено в основном равномерно на всех поверхностях заготовки или может быть избирательно применено только на определенных выбранных поверхностях проката или изготовленного конструктивного элемента. Контроль удаления достигается путем тонкой настройки нескольких параметров, включая, но не ограничиваясь таковыми, температуру, плотность мощности, цикл подведения мощности, концентрацию ГФА и концентрацию лимонной кислоты.- 5 036890 sti and cyclic DC supply. Removal can be performed substantially uniformly on all surfaces of the workpiece, or it can be selectively applied only to certain selected surfaces of the rolled or manufactured component. Removal control is achieved by fine-tuning several parameters, including but not limited to temperature, power density, power injection cycle, HFA concentration, and citric acid concentration.

Скорости удаления непосредственно варьируются 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.Removal rates vary directly with temperature, which means that by keeping all other parameters constant, removal becomes slower at lower temperatures and faster at higher temperatures. However, by keeping citric acid and HFA concentrations within certain preferred ranges, high levels of micropolish at high temperatures can also be achieved, which is the opposite of what one would expect.

Скорость удаления зависит от режима подачи питания 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.The removal rate depends on the DC power supply mode. Contrary to what might be expected, the removal rate appears to be inversely related to the continuously supplied DC power, and with continuous supply, increasing the DC power density decreases the removal rate. However, when cycling the DC power supply, the removal rates can be increased.

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 контроль скоростей удаления, питание постоянного тока подают непрерывно.Therefore, when significant material removal rates are desired, the DC power is cycled between ON and OFF throughout the processing operation. In contrast, when fine control of the removal rates is desired, DC power is supplied continuously.

Не привязываясь к теории представляется, 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. Соответственно, циклическое переключение питания постоянного тока между состояниями включено и выключено при заданной скорости может преодолеть этот оксидный барьер или создает механизм, который заставляет толстый оксид периодически отслаиваться с поверхности. Как здесь описано, при варьировании рабочих параметров температуры ванны, прикладываемого напряжения, концентрации лимонной кислоты и концентрации гидродифторида аммония, электролит обеспечивает возможность подобрать 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.Without being bound by theory, it appears that removal slows in proportion to the thickness of the oxide layer that forms on the metal surface, and higher DC power applied results in more oxidation at the metal surface, which can act as a barrier to fluoride ion exposure to the metal. Accordingly, cycling the DC power supply between on and off at a given rate can overcome this oxide barrier or create a mechanism that causes the thick oxide to periodically flake off the surface. As described herein, by varying the operating parameters of bath temperature, applied voltage, citric acid concentration, and ammonium bifluoride concentration, the electrolyte provides the ability to tailor the desired results, namely highly controlled bulk metal removal and micropolishing, to a particular application. In addition, varying operating modes within a given technological set of operating parameters can modify and enhance the ability to fine-tune metal removal and surface finish control.

Например, фиг. 8A и 9A демонстрируют, что при 85°C, 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. В то же время фиг. 8B и 9B демонстрируют, что в тех же 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 является лучшим, чем при работе исключительно с любой одной из этих плотностей тока в течение всего процесса. В частности, продолжительность процесса удаления конкретного количества материала может быть сокращена по сравнению с работой исключительно при 10,8 А/м2. Дополнительно вследствие 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 (что проявляется в 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 по отдельности.For example, FIG. 8A and 9A demonstrate that at 85 ° C, 300 g / L citric acid and 10 g / L ammonium bifluoride, material removal rates increase with increasing current density from 10.8 to 538 A / m 2 . At the same time, FIG. 8B and 9B show that under the same conditions, as the current density is increased from 10.8 to 538 A / m 2 , the surface finish deteriorates. By cyclically switching the DC power supply between these two current densities, an end result can be achieved that is better than operating solely with either one of these current densities throughout the entire process. In particular, the duration of the process for removing a specific amount of material can be shortened compared to operating at only 10.8 A / m 2 . Additionally, due to the smoothing effect at a lower current density across the finish quality of the final product obtained by treating the surface exceeds exclusively at 538 A / m 2. Therefore, cycling between two or more preset power modes (as manifested in current density) provides favorable results in terms of both surface quality improvement and precision metal removal, with a process that requires less overall time than individual processes to improve quality. surface or bulk metal removal separately.

В дополнение к варьированию 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 таковыми, однополупериодное, двухполупериодное, квадратно-волновое и другие промежуточные выпрямления, для получения дополнительных полезных 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 массы 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.In addition to varying the duty cycle, electric current can be applied through the electrolyte solution and through the workpiece with various waveforms that are available from DC power supplies, including but not limited to half-wave, full-wave, square-wave, and other intermediate rectifications, to produce additional benefits and / or increased operating speeds, without compromising the final surface finish. Fast DC switching frequencies such as 50 kHz to 1 MHz or slow cycles such as 15 to 90 minutes may be beneficial, depending on the surface area to be machined, the weight of the workpiece and the particular surface condition of the workpiece. Additionally, the DC switching cycle itself may optimally require its own cycle. For example, a large workpiece with a very rough initial surface finish may be best suited to a slow switching cycle first, followed by a higher frequency switching cycle as material is removed and the surface finish improves.

Испытание электролитических ванн описанного здесь типа также выявило, что электролитическаяTesting of electrolytic baths of the type described herein also revealed that electrolytic

- 6 036890 полировка в определенных вариантах воплощения имеет место без повышения концентрации водорода на поверхности металла и в некоторых случаях понижает концентрацию водорода. За отсутствие миграции водорода в матрицу металла может быть ответственным кислородный барьер на поверхности материала. Данные указывают на то, что этот кислородный 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 склонны снижать скорость удаления и требуют более высоких плотностей мощности в ходе электролитической полировки, но также придают поверхности эффект сглаживания или глянца.- 6,036890 polishing in certain embodiments takes place without increasing the hydrogen concentration on the metal surface and in some cases lowering the hydrogen concentration. The oxygen barrier on the material surface may be responsible for the absence of hydrogen migration into the metal matrix. The data indicate that this oxygen barrier can also remove hydrogen from the metal surface. Higher concentrations of fluoride ions result in faster removal rates, but have an unknown effect on the adsorption of hydrogen in the metal matrix. Higher citric acid concentrations tend to slow the removal rate and require higher power densities during electrolytic polishing, but also give the surface a smooth or glossy effect.

Некоторые преимущества по сравнению с растворами уровня техники являются результатом использования водного раствора электролита ГФА и лимонной кислоты 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) предусматривает многостадийное шлифование 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 (HF) и азотную кислоту (HNO3), для удаления остаточных абразивных материалов, пришлифованного измазанного металла и поверхностных аномалий. Кислотное протравливание в HF-HNO3 является экзотермическим и 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 низкокачественное. При использовании раскрытых растворов электролитов можно избежать типичных вторичной и третичной шлифовок, которые могут понадобиться в случае промывочного протравливания. Может быть достигнута точно заданная степень отделки поверхности, которую нельзя достигнуть при текущем состоянии технологии шлифовки и протравливания. Кроме того, раскрытые растворы электролитов не привносят механических напряжений 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.Several advantages over prior art solutions result from the use of an aqueous HFA electrolyte solution and citric acid for finishing and / or etching the surface of metal products. The disclosed electrolyte solutions allow precise control of the achieved surface finish. The surface finish of conventional flat products from alloy manufacturers (sheets and plates) involves multi-stage grinding to a final surface finish using finer and finer abrasive materials, usually followed by rinsing etching in an acid bath containing hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO3) to remove residual abrasive materials, ground oiled metal and surface anomalies. Acid pickling in HF-HNO3 is exothermic and therefore difficult to control and often results in metal overshoot, resulting in an increased scrap rate or a change in the metal's purpose to a lower grade. By using disclosed electrolyte solutions, the typical secondary and tertiary resurfacing that may be required in case of wash etching can be avoided. A precisely defined surface finish can be achieved which cannot be achieved with the current state of the grinding and etching technology. In addition, the disclosed electrolyte solutions do not introduce mechanical stress into the workpiece. By comparison, any mechanical grinding technique imposes significant mechanical stress on the surface, which causes warpage of the material and causes a percentage of the material to fail to meet typical or customer-specified flatness requirements.

Типичная технология с использованием кислотного травления в HF-HNO3 будет внедрять в целевой материал водород, 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 Ti-6Al-4V и на пробных образцах титана ТЧ, титана 6Al-4V 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 Ti-6Al-4V и титана ТЧ для достижения того же конечного результата со свободной от αоболочки чистой поверхностью, который обычно достигается за счет травления в сильной кислоте, с использованием составов водного раствора 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 вытеснялся 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 бы 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.Typical HF-HNO3 acid etching technology will incorporate hydrogen into the target material, which often needs to be removed by expensive vacuum degassing to prevent material embrittlement. Tests carried out using baths with an aqueous electrolyte containing citric acid and HFA on full-size Ti-6Al-4V sheets typical for rolling production and on test specimens of PM titanium, 6Al-4V titanium and 718 nickel-based alloy showed results with reduced impregnation ( saturation) with hydrogen compared to samples exposed to conventional strong acid pickling solutions. In particular, when treating Ti-6Al-4V and titanium PM to achieve the same end result with an α-shell-free clean surface, which is usually achieved by etching in a strong acid, using aqueous electrolyte formulations containing ammonium bifluoride and citric acid, a range of modes in temperature and current densities was identified, at which there was a complete absence of hydrogen penetration into the workpiece material, and in many of these operating modes, hydrogen was actually displaced from the material. For all metals and alloys, while testing is still ongoing to refine the preferred operating ranges, results still consistently indicate that even under conditions that may be suboptimal, less hydrogen is introduced into the material than would otherwise have been possible with the same operating conditions. conditions using a pickling bath with strong acid. Typically, lower concentrations of ammonium bifluoride will result in more hydrogen removal from the material exposed to the electrolyte solution, or less hydrogen penetration into the material exposed to the electrolyte solution.

Высококонтролируемое удаление металла, отделка поверхности и микрополировка.Highly controlled metal removal, surface finishing and micro-polishing.

Микрополировка или микросглаживание конструктивных элементов и, в частности, микросглаживание уже относительно гладких поверхностей могут быть достигнуты с использованием описанных здесь растворов и способов с большей точностью по сравнению с ручной или станочной полировкой. Микрополировка протекает без образования вредных остаточных механических напряжений в целевой заготовке или материале, а также без измазывания металла в заготовке, и то, и другое представляют собой проблемы, присущие современным механическим способам. Дополнительно благодаря устранению человеческого фактора полученные уровни полировки становятся точными и воспроизводимыми. При использовании представленного раствора электролита также достигается экономия затрат по сравнению с существующими способами.Micro-polishing or micro-smoothing of structural elements, and in particular micro-smoothing of already relatively smooth surfaces, can be achieved using the solutions and methods described herein with greater precision than manual or machine polishing. Micropolishing proceeds without the formation of harmful residual mechanical stresses in the target workpiece or material, as well as without smearing the metal in the workpiece, both of which are problems inherent in modern mechanical methods. Additionally, by eliminating human error, the resulting polish levels are accurate and reproducible. Using the presented electrolyte solution also achieves cost savings over existing methods.

При испытаниях были получены хорошие результаты для микрополировки при высоких концентрациях лимонной кислоты, концентрациях ГФА от низких до умеренных, высокой температуре и высокой плотности постоянного тока, который может подаваться непрерывно или циклически. Однако плотность мощности постоянного тока следует регулировать, исходя из обрабатываемого сплава. АлюминийTests have shown good results for micropolishing at high citric acid concentrations, low to moderate HFA concentrations, high temperatures and high DC densities that can be applied continuously or cyclically. However, the DC power density should be adjusted based on the alloy being processed. Aluminum

- 7 036890 содержащие сплавы титана (как правило, сплавы с α-β-металлографической структурой, включая общеизвестный сплав Ti-6Al-4V) склонны терять глянец при приложенных напряжениях постоянного тока свыше 40 В. Однако для этих металлов ограничение напряжения примерно 40 В и подача более высокого тока (т.е. для достижения более высокой плотности мощности) позволяет опять реализовать глянец материала. Не привязываясь к теории это может быть результатом действия α-стабилизирующего элемента, которым в случае большинства α-β сплавов (включая Ti-6Al-4V) является алюминий, анодирующийся до Al2O3, а не подвергающийся полировке. В дополнение титан-молибден (полностью β-фазная металлографическая структура) и технически чистый (ТЧ) титан (полностью α-фаза), тем не менее, с повышением плотностей мощности постоянного тока становятся более блестящими, без явного ограничения аналогичным верхним пределом напряжения. В частности, для других металлов было обнаружено, что можно использовать и более высокие напряжения вплоть до по меньшей мере 150 В, например, для сплава 718 на основе никеля, с получением благоприятных результатов электролитической полировки, микрополировки и поверхностной обработки при использовании раскрытых здесь растворов электролитов.- 7,036890 containing titanium alloys (typically α-β-metallographic alloys, including the well-known Ti-6Al-4V alloy) tend to lose their gloss when applied DC voltages above 40 V. However, for these metals, the voltage is limited to about 40 V and supplying a higher current (i.e. to achieve a higher power density) allows the gloss of the material to be realized again. Without being bound by theory, this may be the result of the action of an α-stabilizing element, which in the case of most α-β alloys (including Ti-6Al-4V) is aluminum, anodized to Al2O 3 , and not subjected to polishing. In addition, titanium-molybdenum (all-β-phase metallographic structure) and commercially pure (PM) titanium (all-α-phase), however, become more shiny with increasing DC power densities, without being explicitly limited by a similar upper voltage limit. In particular, for other metals, it has been found that higher voltages up to at least 150 V can be used, for example, for nickel-based alloy 718, with favorable results of electrolytic polishing, micro-polishing and surface treatment using the electrolyte solutions disclosed herein. ...

Раскрытые здесь 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 технологии удаление заусенцев с обработанных резанием конструктивных элементов обычно выполняют как ручную операцию, и, таким образом, оно связано со многими проблемами, обусловленными человеческими ошибками и человеческим непостоянством. Испытание с раскрытыми растворами показало, что удаление заусенцев является наиболее эффективным при низкой концентрации лимонной кислоты из-за резистивной природы лимонной кислоты в электрохимической ячейке, и наилучшим при высоком содержании фторид-ионов из ГФА. Подобные растворы также могут быть использованы 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 HF-HNO3.The solutions and methods disclosed herein can be used to debur cut machined parts by preferentially deburring machined metal structures, especially when the parts are made from difficult to cut metals such as titanium and nickel alloys. In the current state of the art, deburring of machined structural elements is usually performed as a manual operation and thus poses many problems due to human error and human inconsistency. Testing with disclosed solutions has shown that deburring is most effective at low citric acid concentrations due to the resistive nature of citric acid in the electrochemical cell, and best at high HFA fluoride levels. Similar solutions can also be used to remove impurities from the surface or to clean the workpiece after cutting, as might otherwise be done using strong acid pickling in an HF-HNO3 pickling bath.

Цветные и особенно реакционноспособные 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.Colored and especially reactive metals exhibit an effective chemical etch rate over a wide range of dilute citric acid mixtures as described above. This allows customization of the surface finish technology for a specific non-ferrous workpiece, which may include a selected residence time in the bath before the electric current is applied to remove and react some of the surface metal prior to electrolytic polishing to selectively reduce peak areas.

Электролит на основе лимонной кислоты обладает гораздо меньшей вязкостью, чем традиционные электрополировальные смеси, отчасти вследствие гораздо 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 электрического сопротивления 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 все еще может быть достигнута при высоких напряжениях и высоких плотностях тока.The citric acid electrolyte has a much lower viscosity than traditional electropolishing mixtures, in part due to the much lower dissociation constant of citric acid compared to the strong acids commonly used in electropolishing electrolytes. The lower viscosity promotes material transfer and reduces electrical resistance, so that lower voltages can be used than with conventional electrolytic polishing. The resulting electrolytic polishing surface finish is highly dependent on the viscosity and resistivity of the electrolyte used. It has been found that the finest surface finish (highly micropolished) can be achieved using a highly resistive electrolyte solution combined with high electrolytic polishing voltage (and therefore moderate to high current density). In addition, when using a slightly more electrically conductive (less highly resistive) electrolyte solution, fine micro-polishing can still be achieved at high voltages and high current densities.

Из этого следует, что соответствующие преимущества будут применимы к электрохимической размерной обработке. В частности, ожидается, что ванны электролита с описанными здесь 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 здесь растворы электролитов практически не содержат сильной кислоты, минимизируются проблемы утилизации опасных отходов и обращения с ними. Более того, необходимые плотности тока будут гораздо меньше, чем требуемые для обычной электрохимической размерной обработки.It follows that the corresponding advantages will apply to electrochemical sizing. In particular, it is expected that electrolyte baths of the compositions described herein can be efficiently used in place of conventional electrochemical sizing and / or etching solutions, with significant environmental benefits and cost savings. Since the electrolyte solutions disclosed herein are virtually free of strong acid, hazardous waste disposal and handling problems are minimized. Moreover, the required current densities will be much lower than those required for conventional electrochemical sizing.

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. Другими словами, чтобы поддерживать электрическое сопротивление раствора электролита на высоком уровне для содействия микрополировке, желательно поддерживать низкими концентрациями гидродифторида аммония или использовать более высокую концентрацию гидродифторида аммония в сочетании с более высокой концентрацией лимонной кислоты. Таким образом, варьируя концентрацию гидродифторида аммония и относительные концентрации гидродифторида аммония и лимонной кислоты, можно успешно регулировать электрическое сопротивAs a rule, an increase in the concentration of ammonium bifluoride tends to reduce the electrical resistance of the electrolyte solution (i.e., ammonium bifluoride increases the conductivity of the electrolyte solution), while the presence of citric acid or an increase in the concentration of citric acid relative to the concentration of ammonium bifluoride tends to weaken the effect of ammonium bifluoride on electrical resistance. In other words, in order to maintain the electrical resistance of the electrolyte solution at a high level to aid micropolishing, it is desirable to maintain low concentrations of ammonium bifluoride or use a higher concentration of ammonium bifluoride in combination with a higher concentration of citric acid. Thus, by varying the concentration of ammonium bifluoride and the relative concentrations of ammonium bifluoride and citric acid, one can successfully regulate the electrical resistance

- 8 036890 ление раствора электролита для достижения желательных уровней микрополировки поверхности заготовки.8 036890 pouring electrolyte solution to achieve desired levels of micro-polish on the workpiece surface.

В раскрытых здесь способах нет необходимости в том, чтобы близость заготовки (анода) к катоду была 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 главным образом промышленно обусловленными, включая 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, и тогда просто повышать соответственно мощность источника питания. Более того, поскольку раскрытые здесь 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.In the methods disclosed herein, it is not necessary for the proximity of the workpiece (anode) to the cathode to be accurate, unlike conventional electrolytic polishing or electrochemical sizing. Successful processing took place with the cathode at a distance ranging from about 0.1 to about 15 cm from the workpiece. Practical limitations on the maximum distance between the cathode and the anode preform are mainly due to industry, including the size of the bath, the size of the preform, and the electrical resistance of the electrolyte solution. Since the overall current densities are lower, and often much lower than those required in electrochemical sizing, large workpiece-to-cathode distances can be used, and then simply increase the power supply accordingly. Moreover, since the reduced viscosity electrolyte solutions disclosed herein provide highly controlled bulk metal removal, surface finish, and micropolishing, the same solutions are expected to be effective in electrochemical sizing as well.

Электролитическую полировку металлической заготовки выполняют, подвергая заготовку и по меньшей мере один катодный электрод воздействию ванны с раствором электролита и подключая заготовку к анодному электроду. Раствор электролита содержит количество карбоновой 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 ванну катодным электродом для удаления металла с поверхности заготовки. Ток подают при напряжении в диапазоне от примерно 0,6 мВ постоянного тока (mVDC) до примерно 100 В постоянного тока (VDC). Предпочтительной карбоновой кислотой является лимонная кислота, хотя могут быть использованы другие карбоновые кислоты, включая, но не ограничиваясь таковыми, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту, масляную кислоту, валериановую кислоту, капроновую кислоту, энантовую кислоту, каприловую кислоту, пеларгоновую кислоту, каприновую кислоту, лауриновую кислоту, пальмитиновую кислоту и стеариновую кислоту. Предпочтительной фторидной солью является ГФА.Electrolytic polishing of a metal workpiece is performed by subjecting the workpiece and at least one cathode electrode to a bath with an electrolyte solution and connecting the workpiece to the anode electrode. The electrolyte solution contains an amount of carboxylic acid in the range of about 0.1 to about 59 weight percent. The electrolyte solution may also contain from about 0.1 to about 25 weight percent of a fluoride salt selected from alkali metal fluorides, alkaline earth metal fluorides, silicate etching compounds, and / or combinations thereof. The current is supplied from a power source between at least one anode electrode connected to the workpiece and a cathode electrode immersed in the bath to remove metal from the workpiece surface. The current is applied at a voltage in the range of about 0.6 mV dc (mVDC) to about 100 V dc (VDC). The preferred carboxylic acid is citric acid, although other carboxylic acids can be used including, but not limited to, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid, palmitic acid and stearic acid. The preferred fluoride salt is HFA.

В еще одном аспекте способа электролитической полировки ток подают при напряжении от примерно 0,6 до примерно 150 VDC. 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 могут действовать между температурами замерзания и кипения раствора, например при температуре от примерно 2 до примерно 98°C, а предпочтительно в диапазоне от примерно 21 до примерно 85°C.In yet another aspect of the electrolytic polishing method, the current is applied at a voltage of about 0.6 to about 150 VDC. The current can be applied at a current density less than or equal to about 255,000 A / m 2 (about 24,000 A / ft 2 ), where the denominator represents the total effective surface area of the workpiece. For some non-ferrous metals, such as nickel-based alloys, current densities up to about 5000 A / m 2 (about 450 A / ft 2 ), inclusive, can be used, and for titanium and titanium alloys, current densities from about 1 to about 1100 are preferred. A / m 2 (approximately 0.1-100 A / ft 2 ). Electrolytic polishing processes using an electrolyte solution can operate between the freezing and boiling points of the solution, for example, at temperatures from about 2 to about 98 ° C, and preferably in the range from about 21 to about 85 ° C.

На практике материал можно удалять с металлической подложки со скоростью от примерно 0,0001 дюйма (0,00254 мм) до примерно 0,01 дюйма (0,254 мм) в минуту. Нижеследующие примеры показывают эффективность электролита при варьировании концентраций и режимов работы.In practice, material can be removed from a metal substrate at a rate of from about 0.0001 inches (0.00254 mm) to about 0.01 inches (0.254 mm) per minute. The following examples show the effectiveness of the electrolyte with varying concentrations and operating modes.

Пример 1. Травление технически чистого титана.Example 1. Etching of commercially pure titanium.

В электролите, состоящем, по существу, из приблизительно по массе 56% воды, 43% лимонной кислоты (716 г/л) и 1% гидродифторида аммония (15,1 г/л), работая при 185°F (85°C), 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 микродюймов, а после обработки шероховатость поверхности была снижена на 90 микродюймов до конечного показания в 50 микро дюймов, или, иными словами, улучшение составляло примерно 69%. Процесс проводили в течение периода времени 30 мин, что приводило к снижению толщины материала на 0,0178 дюйма.In an electrolyte consisting essentially of approximately 56% water, 43% citric acid (716 g / L), and 1% ammonium bifluoride (15.1 g / L) by weight, operating at 185 ° F (85 ° C) , a sample of the commercially pure titanium plate was treated to improve the surface finish of the material (i.e., to smoothen the mill standard surface finish). The material began with a surface roughness of approximately 160 micro-inches, and after processing, the surface roughness was reduced 90 micro-inches to a final reading of 50 micro-inches, or, in other words, the improvement was approximately 69%. The process was run over a period of 30 minutes, resulting in a 0.0178 inch reduction in material thickness.

Формуемость в холодном состоянии, ключевая характеристика титановой плиты в качестве продукта для многих вариантов конечного применения, весьма зависит от качества отделки поверхности продукта. При использовании раскрытых здесь вариантов воплощения электрохимического процесса может быть достигнуто улучшение качества отделки поверхности материала при более низкой стоимости, чем в обычных способах шлифовки и травления. Степени 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.Cold formability, a key product characteristic of titanium plate for many end uses, is highly dependent on the surface finish of the product. By using the electrochemical process embodiments disclosed herein, an improved surface finish of a material can be achieved at a lower cost than conventional grinding and etching methods. Finishings obtained using embodiments of the disclosed solutions and methods have shown improved cold forming characteristics of the board product to a higher level than conventional methods.

Пример 2. Травление пробного образца 6Al-4V.Example 2. Etching of a test sample 6Al-4V.

В следующих примерах обработали пробные образцы листовых заготовок титанового сплава 6Al4V с размерами 52 мм х76 мм. Электролит состоял из воды (H2O), лимонной кислоты (ЛК) и гидродифторида аммония (ГФА) при переменных концентрациях и температурах. Полученные наблюдения и показания приведены ниже в табл. 1.In the following examples, test specimens of sheet stocks of titanium alloy 6Al4V with dimensions of 52 mm x 76 mm were processed. The electrolyte consisted of water (H2O), citric acid (LA), and ammonium bifluoride (HFA) at varying concentrations and temperatures. Observations and readings obtained are given in table below. one.

- 9 036890- 9 036890

Н2О (% масс.)H 2 O (% wt.) ЛК (% масс.) LC (% mass.) ГФА (% масс.) HFA (% wt.) Температура (°F) Temperature (° F) Время (мин) Time (min) Потеря материала (дюйм) Material loss (inch) 77,90 77.90 21,45 21.45 0, 65 0.65 178 178 1, 0 ten 0,00065 0.00065 77,25 77.25 21,45 21.45 1,30 1.30 185 185 1, 0 ten 0,00085 0.00085 75, 95 75, 95 21,45 21.45 2, 60 2, 60 189 189 1, 0 ten 0,00120 0.00120 74, 65 74, 65 21,45 21.45 3, 90 3, 90 188 188 1, 0 ten 0,00120 0.00120 56, 45 56, 45 42,90 42.90 0, 65 0.65 184 184 1, 0 ten 0,00005 0.00005 55, 80 55, 80 42,90 42.90 1,30 1.30 195 195 1, 0 ten 0,00030 0.00030 54,50 54.50 42,90 42.90 2, 60 2, 60 193 193 1, 0 ten 0,00005 0.00005 53,20 53.20 42,90 42.90 3, 90 3, 90 188 188 1, 0 ten 0,00035 0.00035 53,20 53.20 42,90 42.90 3, 90 3, 90 191 191 5, 0 fifty 0,00140 0.00140 75, 95 75, 95 21,45 21.45 2, 60 2, 60 190 190 3, 0 thirty 0,00205 0.00205 88,95 88.95 10,725 10,725 0,325 0.325 180 180 1, 0 ten 0,00020 0.00020 88,625 88.625 10,725 10,725 0, 650 0, 650 180 180 1, 0 ten 0,00020 0.00020 87,975 87.975 10,725 10,725 1,30 1.30 182 182 1, 0 ten 0, 00060 0,00060 99, 25 99, 25 0, 100 0, 100 0, 65 0.65 188 188 1, 0 ten 0,00010 0.00010 98, 60 98, 60 0, 100 0, 100 1,30 1.30 182 182 1, 0 ten 0,00065 0.00065 97,30 97.30 0, 100 0, 100 2, 60 2, 60 195 195 1, 0 ten 0,00095 0.00095

Таблица 1Table 1

Пример 3. Электролитическая полировка пробного образца 6A1-4V.Example 3. Electrolytic polishing of test sample 6A1-4V.

В следующих примерах обработали пробные образцы листовых заготовок титанового сплава 6Al4V с размерами 52 мм х76 мм. Электролит состоял из воды (H2O), лимонной кислоты (ЛК) и гидродифторида аммония (ГФА) при переменных концентрациях и температурах. Полученные наблюдения и данные приведены ниже в табл. 2.In the following examples, test specimens of sheet stocks of titanium alloy 6Al4V with dimensions of 52 mm x 76 mm were processed. The electrolyte consisted of water (H 2 O), citric acid (LA), and ammonium bifluoride (HFA) at varying concentrations and temperatures. Observations and data obtained are shown below in table. 2.

- 10 036890- 10 036890

Таблица 2table 2

Н2О (% масс.)H 2 O (% wt.) ЛК (% масс.) LC (% mass.) ГФА (% масс.) HFA (% wt.) Температура (°F) Temperature (° F) Время (мин) Time (min) Мощность (В/А) Power (W / A) Потеря материала (дюйм) Material loss (inch) 77,90 77.90 21,45 21.45 0, 65 0.65 190 190 1, 0 ten (50/7) (50/7) 0,00025 0.00025 77,25 77.25 21,45 21.45 1,30 1.30 195 195 1, 0 ten (50/8) (50/8) 0,00070 0.00070 75,95 75.95 21,45 21.45 2,60 2.60 191 191 1, 0 ten (50/10) (50/10) 0,00130 0.00130 74,65 74.65 21,45 21.45 3,90 3.90 190 190 1, 0 ten (50/12) (50/12) 0,00130 0.00130 74,65 74.65 21,45 21.45 3,90 3.90 188 188 1, 0 ten (20/6) (20/6) Не записано Not recorded 74,65 74.65 21,45 21.45 3,90 3.90 184 184 1, 0 ten (6/2 ) (6/2) Не записано Not recorded 74,65 74.65 21,45 21.45 3,90 3.90 180 180 1, 0 ten (12/3) (12/3) Не записано Not recorded 56,45 56.45 42,90 42.90 0, 65 0.65 182 182 1, 0 ten (50/3) (50/3) 0,00010 0.00010 55,80 55,80 42,90 42.90 1,30 1.30 200 200 1, 0 ten (50/5) (50/5) 0,00045 0.00045 54,50 54.50 42,90 42.90 2, 60 2, 60 189 189 1, 0 ten (50/8) (50/8) 0,00055 0.00055 53,20 53.20 42,90 42.90 3,90 3.90 190 190 1, 0 ten (50/12) (50/12) 0,00045 0.00045 53,20 53.20 42,90 42.90 3,90 3.90 203 203 5,0 5.0 (50/5) (50/5) 0,00115 0.00115 75,95 75.95 21,45 21.45 2,60 2.60 172 172 3, 0 thirty (12/3) (12/3) 0,00015 0.00015 88,95 88.95 10,725 10,725 0,325 0.325 180 180 1, 0 ten 50В 50V 0,00000 0.00000 88,625 88.625 10,725 10,725 0,650 0.650 180 180 1, 0 ten 50В 50V 0,00010 0.00010 87,975 87.975 10,725 10,725 1,30 1.30 184 184 1, 0 ten 50В 50V 0,00060 0.00060 99,25 99.25 0, 100 0, 100 0, 65 0.65 190 190 1, 0 ten 50В 50V 0,00060 0.00060 98,60 98.60 0, 100 0, 100 1,30 1.30 184 184 1, 0 ten (50/19) (50/19) 0,00145 0.00145 97,30 97.30 0, 100 0, 100 2, 60 2, 60 190 190 1, 0 ten (50/38) (50/38) 0,00360 0.00360

Дополнительное обширное испытание было проведено с использованием водных растворов электролитов, содержавших лимонную кислоту в диапазоне концентраций от примерно 0 до примерно 780 г/л (от примерно 0 до примерно 47 мас.%) и гидродифторид аммония в диапазоне концентраций 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°C 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°C). 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 6Al-4V и сплаве 718 на основе никеля. Исходя из этих результатов ожидается, что аналогичные результаты электролитической полировки, микрополировки и поверхностной обработки могут быть получены для различных классов цветных металлов и сплавов. Результаты обобщены в нижеследующих таблицах и описании и с привлечением фигур. Если не оговорено иное, испытания были проведены при температурах примерно 21°C, примерно 54°C, примерно 71°C и примерно 85°C и при плотностях тока примерно 0 А/м2, примерно 10,8 А/м2, примерно 52,8 А/м2, примерно 215 А/м2, примерно 538 А/м2 и примерно 1076 А/м2. Ни к одному из испытанных растворов не добавлено никакое количество сильной кислоты, хотя следовые количества скорее всего не будут существенно влиять на результаты.An additional extensive test was performed using aqueous electrolyte solutions containing citric acid in a concentration range of about 0 to about 780 g / L (about 0 to about 47 wt%) and ammonium bifluoride in a concentration range of about 0 to about 120 g / L (from about 0 to about 8 wt%) and substantially free of strong acid (i.e., less than about 1 g / L or less than 0.1 wt%), at bath temperatures ranging from about 21 to about 85 ° C and with applied current densities in the range from about 0 to about 1076 A / m 2 of the surface area of the preform (note that 780 g / L citric acid in water is the saturation concentration at 21 ° C). Current densities as high as at least 225,000 A / m 2 can be used at applied voltages of 150 V or more. Metals tested included commercially pure titanium as well as some spot testing on 6Al-4V titanium alloy and nickel based alloy 718. Based on these results, it is expected that similar electrolytic polishing, micro-polishing and surface treatment results can be obtained for different grades of non-ferrous metals and alloys. The results are summarized in the following tables and descriptions and with reference to figures. Unless otherwise stated, the tests were conducted at temperatures of about 21 ° C, about 54 ° C, about 71 ° C and about 85 ° C and at a current density of 0 A / m 2, approximately 10.8 A / m 2, about 52.8 A / m 2 , about 215 A / m 2 , about 538 A / m 2 and about 1076 A / m 2 . No strong acid was added to any of the solutions tested, although trace amounts are unlikely to significantly affect the results.

Фиг. 1A-1B 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 при плотности тока 1076 А/м2. Фиг. 1A показывает, что скорость удаления материала изменяется пропорционально с температурой, особенно при более низких концентрациях лимонной кислоты. С повышением температуры ванны происходит повышение скорости удаления. При более низких температурах в 21°C, 54°C и 71°C концентрация лимонной кислоты 180 г/л является достаточной для начала сдерживания эффективности удаления материала гидродифторидом аммония, тогда как при более высокой температуре 85°C относительно быстрое удаление материала продолжается вплоть до концентрации примерно 300 г/л лимонной кислоты. При более высоких концентрациях лимонной кислоты в 300 г/л и более скорости удаления при всех температурах снижаются. Наоборот, фиг. 1В показывает, что при более низких концентрациях лимонной кислоты, в частности при конFIG. 1A-1B show material removal rates and surface finish changes, respectively, at four different temperatures using an aqueous electrolyte solution having a moderately low ammonium bifluoride concentration of 20 g / L and a citric acid concentration of about 0 to about 780 g / L and at a current density 1076 A / m 2 . FIG. 1A shows that material removal rate varies proportionally with temperature, especially at lower citric acid concentrations. As the bath temperature rises, the removal rate increases. At the lower temperatures of 21 ° C, 54 ° C and 71 ° C, a citric acid concentration of 180 g / L is sufficient to begin to inhibit the removal efficiency of the ammonium bifluoride material, while at the higher temperature of 85 ° C, the relatively rapid removal of material continues up to concentration of about 300 g / l of citric acid. At higher citric acid concentrations of 300 g / l or more, the removal rates at all temperatures decrease. On the contrary, FIG. 1B shows that at lower citric acid concentrations, in particular at end

- 11 036890 центрации от 120 до 180 г/л или ниже, качество отделки поверхности вообще ухудшается при самой низкой температуре. Другими словами, фторид-ион, который ответственен 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 от 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.- 11 036890 centering from 120 to 180 g / l or less, the surface finish generally deteriorates at the lowest temperature. In other words, the fluoride ion, which is responsible for significant material removal at low citric acid concentrations, also causes surface damage, but the presence of citric acid in significant concentrations appears to act as a beneficial barrier against exposure to fluoride ions. However, as the citric acid concentration rises to 180 g / L and above, the surface finish actually improves, particularly at citric acid levels of 600 g / L or more, with the material removal rate being significantly reduced. Moreover, even at citric acid levels between about 120 and about 600 g / L, where material removal is still occurring, improvements in surface finish can be achieved concurrently.

Испытание обнаружило, что для достижения желательных улучшений удаления материала и качества 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 отсутствие 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 реакционноспособного 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 подводимое 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 O2.The test found that a fluoride ion source such as ammonium bifluoride was needed to achieve the desired improvements in material removal and surface finish. In electrolyte solutions consisting essentially of only one citric acid in water, practically in the absence of ammonium bifluoride, material removal practically does not occur regardless of the bath temperature or current density, and changes in the quality of surface finish are also minimal. It is believed that when titanium or other reactive metal is treated in an aqueous electrolyte containing only citric acid, the surface of the material is generally anodized to form an oxide layer that is very thin (i.e., about 200 to about 600 nm thick) and forms rapidly. After the formation of the anode oxide layer, since the supplied DC power can no longer act on the surface of the material, it hydrolyzes the water. The resulting oxygen, which is generated quickly, finds another monatomic oxygen and is released at the anode as O 2 gas.

Фиг. 2A-2B и 2C-2D показывают скорость удаления материала и изменения качества отделки поверхности соответственно при использовании водного раствора электролита, имеющего концентрацию лимонной кислоты 120 г/л и концентрации гидродифторида аммония от примерно 0 г/л до примерно 120 г/л.FIG. 2A-2B and 2C-2D show material removal rates and surface finish changes, respectively, using an aqueous electrolyte solution having a citric acid concentration of 120 g / L and an ammonium bifluoride concentration of about 0 g / L to about 120 g / L.

Фиг. 2A и 2C показывают данные при характерной низкой температуре 21°C, а фиг. 2B и 2C показывают данные при характерной высокой температуре 71°C. Фиг. 2A-2B 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.FIG. 2A and 2C show data at a typical low temperature of 21 ° C, and FIG. 2B and 2C show data at a characteristic high temperature of 71 ° C. FIG. 2A-2B show that material removal is highly correlated with ammonium bifluoride concentration and temperature, but minimally influenced by current density. Higher material removal rates are usually achieved by increasing either the concentration of ammonium bifluoride, or the temperature, or both.

Фиг. 2C-2D 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°C, как на фиг. 2C, 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°C, как на фигуре 2D, при изменениях плотности тока качество отделки поверхности существенно не изменяется.FIG. 2C-2D show that material removal is accompanied by some degradation in surface quality. However, it has surprisingly been found that with increasing temperature and material removal rate, the degree of deterioration in surface finish decreases. At a low temperature of 21 ° C, as in FIG. 2C, increasing the current density mitigates the effects of surface degradation, and at maximum current density some improvement in surface finish becomes apparent. At a higher temperature of 71 ° C, as in Figure 2D, the surface finish does not change significantly with changes in current density.

Фиг. 2E-2F показывают, что скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при использовании 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°C. 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 фигурах) было достигнуто минимальное ухудшение или самое 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°C и 215-538 А/м2 и при 54-71°C и 1076 А/м2, с раствором 20 г/л ГФА при 21°C и 215-1076 А/м2, а с раствором 60 г/л ГФА при 21°C и 538-1076 А/м2.FIG. 2E-2F show that the rate of material removal and the change in surface finish, respectively, when using an aqueous electrolyte solution consisting essentially of ammonium bifluoride in water, without intentionally adding citric acid, is dependent on the current density when operating at a high temperature of 85 ° C. High material removal rates can be achieved with an HFA-only electrolyte, but this material removal comes at the expense of the surface finish, which is often significantly impaired by the electrolyte solution. However, under certain operating conditions (not shown in the figures), the least deterioration or the most moderate improvement in surface finish was achieved. For example, improvements in the quality of surface finish by electrolyte solutions only with HFA have been achieved with a solution of 10 g / l of HFA at 21 ° C and 215-538 A / m 2 and at 54-71 ° C and 1076 A / m 2, with a solution 20 g / L HFA at 21 ° C and 215-1076 A / m 2 , and with a solution of 60 g / L HFA at 21 ° C and 538-1076 A / m 2 .

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 представляется действующим как выгодный барьер для воздействия на поверхность материала. Соответственно, представляется, что по мере повышения плотности тока на аноде образуется 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 предположить, 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 лимонWithout being bound by theory, a possible explanation for the ability of increased current density to improve surface finish with minimal impact on material removal rate is that one of the functions of electric current is the growth of a natural oxide layer on the surface of the material. This excess oxygen, in combination with citric acid, appears to act as a beneficial barrier against the surface of the material. Accordingly, it appears that as the current density increases at the anode, oxygen with a higher concentration is formed, which, in turn, can act as a barrier to mass transfer. Alternatively, if we simplify the morphology of the material surface as a sequence of peaks and valleys, it can be assumed that citric acid and oxygen settle in the valleys, leaving only the peaks of the surface morphology for exposure to fluoride ions. As the citric acid and oxygen barriers are strengthened (i.e., citric acid concentrations increase and current densities increase), only the highest peaks of the surface become available for chemical attack. According to this theory, low current densities and low concentrations of lemon

- 12 036890 ной кислоты будут обеспечивать минимально дееспособный процесс сглаживания поверхности, тогда как высокие плотности тока и высокие концентрации лимонной кислоты, как можно ожидать, будут обеспечивать наиболее дееспособный процесс сглаживания поверхности. Независимо от того, являются ли эти теории точными, есть все основания утверждать, что результаты согласуются с вышеприведенным анализом.- 12,036890 acidic acid will provide the least capable surface smoothing process, while high current densities and high citric acid concentrations would be expected to provide the most efficient surface smoothing process. Whether or not these theories are accurate, there is every reason to believe that the results are consistent with the analysis above.

Понимание того, что кислород (получаемый под действием 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 здесь процессах плотность тока представляется действующей главным образом на образование кислорода, а по большей части не является существенным фактором, усиливающим общее удаление материала. Скорее удаление материала представляется происходящим почти исключительно под действием фторидионов, активность которых до некоторой степени управляется термодинамическим влиянием температуры. Короче говоря, неожиданно оказалось, что плотность тока как переменная управления имеет относительно низкое значение, что присутствие фторид-ионов превалирует над влиянием плотности тока.Understanding that oxygen (generated by electric current) and citric acid appear to act as micro-barriers to the removal process helps to clarify that HFA concentration and temperature are variable, probably the most readily available to control material removal and micropolishing results. Therefore, in the processes described here, the current density appears to act mainly on the formation of oxygen, and for the most part is not a significant factor that enhances the overall removal of material. Rather, material removal appears to be almost exclusively driven by fluoride ions, the activity of which is controlled to some extent by the thermodynamic effects of temperature. In short, it was surprisingly found that the current density as a control variable has a relatively low value, that the presence of fluoride ions prevails over the influence of the current density.

На фиг. 3A-3D 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. Подобные тенденции наблюдались при всех плотностях тока от 0 до 1076 А/м2.FIG. 3A-3D show that at a typical current density of 53.8 A / m 2, the material removal rate can vary in direct proportion to temperature, so that for the same mixture of citric acid, ammonium bifluoride and water, more material removal occurs at higher temperatures. Similar trends were observed at all current densities from 0 to 1076 A / m 2 .

На фиг. 4A-4D показано, что при характерной температуре 54°C скорость удаления материала относительно постоянна с плотностью тока, так что 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. Подобные тенденции наблюдались при всех температурах от 21 до 85°C, и представляется, что эти тенденции сохраняются при температуре ниже 21°C (но выше температуры замерзания раствора) и выше 81°C (но ниже температуры 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 снижается. 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.FIG. 4A-4D show that at a typical temperature of 54 ° C, the material removal rate is relatively constant with current density, such that for the same citric acid / ammonium bifluoride mixture at any given bath temperature, the material removal rate is relatively insensitive to changes in current density. Similar trends were observed at all temperatures between 21 and 85 ° C, and these trends appear to persist below 21 ° C (but above the freezing point of the solution) and above 81 ° C (but below the boiling point of the solution). As occurs under almost all temperature and current conditions, regardless of the HFA concentration, when the citric acid concentration rises above a certain level, usually between 600 and 780 g / L, the material removal rate is greatly reduced. Therefore, to maintain the ability to achieve some level of material removal when shaping is desired, the citric acid concentration should generally be kept below 600 g / L.

Фиг. 4E-4G показывают при характерной высокой температуре 85°C и трех различных концентрациях лимонной кислоты влияние плотности тока на скорости удаления материала, а фиг. 4H-4J показывают влияние плотности тока на качество отделки поверхности при одинаковых наборах условий. Фиг. 4E показывает, как и фиг. 4F и 4G, 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 фиг. 4E показывает данные только при 120 г/л лимонной кислоты, по существу, такие же скорости удаления материала наблюдаются при концентрациях лимонной кислоты 60 г/л, 120 г/л и 300 г/л. Но, как показано на фиг. 4F, при 600 г/л лимонной кислоты концентрация лимонной кислоты представляется обеспечивающей некоторую степень защиты поверхности от крупномасштабного воздействия, и скорости удаления материала падают по сравнению с более низкими концентрациями лимонной кислоты. При 780 г/л, как показано на фиг. 4G, скорости удаления снижаются даже больше. Независимо от концентрации гидродифторида аммония и лимонной кислоты удаление материала представляется малозависящим от плотности тока.FIG. 4E-4G show, at a characteristic high temperature of 85 ° C and three different citric acid concentrations, the effect of current density on material removal rates, and FIG. 4H-4J show the effect of current density on surface finish quality under the same set of conditions. FIG. 4E shows, like FIG. 4F and 4G, but to a lesser extent that the ability to remove material from the electrolyte solution is maximum at maximum concentrations of ammonium bifluoride and quite significant at high temperatures. It should be noted that although FIG. 4E shows data at only 120 g / L citric acid, substantially the same material removal rates are observed at citric acid concentrations of 60 g / L, 120 g / L and 300 g / L. But, as shown in FIG. 4F, at 600 g / L citric acid, the citric acid concentration appears to provide some degree of surface protection against large scale exposure and material removal rates are reduced compared to lower citric acid concentrations. At 780 g / L, as shown in FIG. 4G, removal rates are reduced even more. Regardless of the concentration of ammonium bifluoride and citric acid, the removal of the material appears to be slightly dependent on the current density.

Фиг. 4H показывает, что при высокой температуре и самой 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. 4E и 4H 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 дополнительное 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 фторид-ионов, образуемых диссоциацией гидродифторида аммония. Этот эффект в сочетании с возможным эффектом микробарьера лимонной кислотой можно даже в более сильной степени наблюдать на фиг. 4I (при 600 г/л лимонной кислоты) и на фиг. 4J (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.FIG. 4H shows that at high temperature and at the most moderate citric acid concentration, a moderate degree of deterioration in surface finish is observed at almost all ammonium bifluoride concentrations and current densities. However, when viewed together with FIG. 4E and 4H show that one processing mode stands out. With a citric acid concentration of 120 g / L, a low ammonium bifluoride level of 10 g / L, and a high current density of 1076 A / m 2 , material removal is suppressed, resulting in a significant improvement in surface finish. This may further support the theory discussed above that the increased current density can create an excess of oxygen on the surface of the material sufficient to fill valleys in the surface morphology so that the peaks are preferentially exposed to fluoride ions formed by dissociation of ammonium bifluoride. This effect, combined with the possible micro-barrier effect of citric acid, can be observed even more strongly in FIG. 4I (at 600 g / L citric acid) and FIG. 4J (at 780 g / L citric acid), which show a reduced deterioration in surface finish and, in some cases, an improvement in surface finish at higher citric acid concentrations and higher current densities individually, and even more so when more high concentrations of citric acid and higher current densities. For example, a significant improvement in the quality of the surface finish occurs at 10 and 20 g / l ammonium bifluoride going from 600 to 780 g / l citric acid.

Однако представляется, что этот эффект имеет предел, поскольку можно видеть, что качество отделки поверхности резко ухудшается при наиболее высокой концентрации гидродифторида аммония 120However, this effect seems to have a limit, as it can be seen that the quality of the surface finish deteriorates sharply at the highest concentration of ammonium bifluoride 120

- 13 036890 г/л и более высоких плотностях тока при переходе от 120 к 600 г/л и далее к 780 г/л лимонной кислоты. Подобный результат был получен при 60 г/л гидродифторида аммония, по меньшей мере, при возрастании концентрации лимонной кислоты от 600 до 780 г/л.- 13,036890 g / l and higher current densities when going from 120 to 600 g / l and further to 780 g / l of citric acid. A similar result was obtained at 60 g / L of ammonium bifluoride, at least with an increase in the concentration of citric acid from 600 to 780 g / L.

Как показано ниже в табл. 3A-3C и 4A-4C, режимы работы для отделки поверхности листовых изделий, при которых требуется минимальное удаление материала и желательно улучшение качества отделки поверхности от самого умеренного до высокого, и для микрополировки, при которой в сущности никакого удаления материала не требуется, а желательно сильное улучшение качества отделки поверхности, могут быть достигнуты для широкого диапазона смесей электролитов, температур и плотностей тока. Табл. 3A-3C и 4A-4C не включают электролиты, состоящие, по существу, из воды и лимонной кислоты и практически не содержащие гидродифторида аммония, хотя с помощью такого раствора можно получить, по существу, нулевое удаление материала, а также улучшение качества поверхности от самого умеренного до высокого в широком диапазоне температур и плотностей тока, поскольку эти условия обсуждались отдельно со ссылкой на фиг. 1A-1C. Подобным образом, табл. 3A-3C и 4A-4C не включают электролиты, состоящие, по существу, из воды и гидродифторида аммония и практически не содержащие лимонной кислоты, поскольку эти условия обсуждались отдельно со ссылкой на фиг. 2A-2D. Табл. 3A3C разделены уровнями тонкости отделки поверхности и затем организованы в порядке возрастания концентрации ГФА. Табл. 4A-4C разделены уровнями концентрации лимонной кислоты и затем организованы в порядке возрастания концентрации ГФА.As shown below in table. 3A-3C and 4A-4C, modes of operation for surface finishes of sheet products that require minimal material removal and desirably improve surface finishes from the most moderate to high, and for micro-polishing, where essentially no material removal is required, but desirable strong improvement in surface finish can be achieved for a wide range of electrolyte mixtures, temperatures and current densities. Tab. 3A-3C and 4A-4C do not include electrolytes consisting essentially of water and citric acid and practically free of ammonium bifluoride, although with such a solution, essentially zero material removal can be obtained, as well as an improvement in surface quality from the very moderate to high over a wide range of temperatures and current densities, as these conditions were discussed separately with reference to FIG. 1A-1C. Similarly, tab. 3A-3C and 4A-4C do not include electrolytes consisting essentially of water and ammonium bifluoride and practically free of citric acid, as these conditions were discussed separately with reference to FIG. 2A-2D. Tab. 3A3Cs are separated by fineness levels of surface finish and then organized in ascending order of HFA concentration. Tab. 4A-4C are separated by citric acid concentration levels and then organized in ascending order of HFA concentration.

Из данных, представленных в табл. 3A-3C, 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°C) 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.From the data presented in table. 3A-3C, some trends are following. First, over the entire range of citric acid concentrations (from 60 to 780 g / l), concentrations of ammonium bifluoride (from 10 to 120 g / l), temperatures (from 21 to 85 ° C) and current densities (from 10.8 up to 1076 A / m 2 ) low or almost zero results were obtained in material removal and improved surface finish. Therefore, aqueous solutions of citric acid and HFA, with virtually no strong acid, can provide a fine surface finish with minimal material loss at concentrations as low as 60 g / L citric acid and 10 g / L HFA, and at concentrations as high as 780 g / L citric acid and 120 g / l HFA, and with some combinations between them.

Таблица 3A Наивысшая тонкость отделки поверхностиTable 3A Highest surface fineness

Лимонная кислота (г/л) Citric acid (g / l) ГФА (г/л) HFA (g / L) Температура (°C) Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч) Deleting material (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%) Change in surface finish quality (%) 780 780 10 ten 85 85 1076 1076 0, 168 0, 168 39, 2 39, 2 180 180 10 ten 85 85 1076 1076 0,208 0.208 36, 4 36, 4 120 120 10 ten 85 85 1076 1076 0,232 0.232 33,3 33.3 300 300 10 ten 71 71 1076 1076 0, 156 0.156 30, 4 30, 4 780 780 10 ten 71 71 53,8 53.8 0, 100 0, 100 30, 4 30, 4 780 780 10 ten 71 71 10,8 10.8 0, 108 0, 108 30,2 30.2 300 300 10 ten 54 54 1076 1076 0, 640 0, 640 38,9 38.9 780 780 20 20 71 71 538 538 0, 100 0, 100 44, 8 44, 8 600 600 20 20 71 71 1076 1076 0, 188 0.188 40, 0 40, 0 180 180 20 20 54 54 1076 1076 0, 168 0, 168 31, 9 31, 9 780 780 20 20 21 21 1076 1076 0, 044 0.044 30, 9 30, 9 780 780 60 60 54 54 1076 1076 0, 160 0.160 36, 1 36, 1 600 600 60 60 21 21 1076 1076 0,200 0.200 46,9 46.9 780 780 60 60 21 21 538 538 0, 088 0.088 42,0 42.0 600 600 60 60 21 21 538 538 0, 080 0.080 37,9 37.9 780 780 60 60 21 21 1076 1076 0,204 0.204 34,6 34.6 780 780 120 120 21 21 538 538 0, 116 0, 116 49, 1 49, 1 600 600 120 120 21 21 1076 1076 0, 168 0, 168 44,7 44.7

В целом, как показано в табл. 3A, 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°C проявляют тенденцию давать лучшееIn general, as shown in table. 3A, maximum levels of improvement in surface finish (i.e. more than 30% reduction in surface roughness) were obtained at higher current densities of 538-1076 A / m 2 , with moderate to higher citric acid concentrations of 120-780 g / L and, as a rule, at lower HFA concentrations of 10-20 g / L. At lower HFA concentrations in the 10-20 g / L range, higher temperatures of 71-85 ° C tend to give better

- 14 036890 качество отделки поверхности при более высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л, тогда как более умеренная температура 54°C обеспечивала тонкую отделку поверхности при умеренных концентрациях лимонной кислоты 120-300 г/л. Тем не менее, значительные улучшения качества отделки поверхности также были получены в условиях низкой концентрации ГФА, умеренной концентрации лимонной кислоты и высокой температуры (10 г/л ГФА, 120 г/л лимонной кислоты, 85°C) и в условиях низкой концентрации ГФА, умеренной концентрации лимонной кислоты и более низкой температуры (20 г/л ГФА, 180 г/л лимонной кислоты, 54°C). При повышенной концентрации ГФА, в диапазоне 60-120 г/л более низкие температуры 21-54°C проявляют 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 при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л и высоких температурах 71-85°C как при низкой концентрации ГФА 10 г/л, так и при высокой концентрации ГФА 120 г/л, как показано на фиг. 4H.- 14 036890 surface finish quality at higher citric acid concentrations of 600-780 g / l, while a milder temperature of 54 ° C provided a fine surface finish at moderate citric acid concentrations of 120-300 g / l. However, significant improvements in surface finish have also been obtained under conditions of low HFA concentration, moderate citric acid concentration and high temperature (10 g / L HFA, 120 g / L citric acid, 85 ° C) and low HFA concentrations. moderate concentration of citric acid and lower temperature (20 g / L HFA, 180 g / L citric acid, 54 ° C). At elevated HFA concentrations, in the 60-120 g / L range, lower temperatures of 21-54 ° C tend to give better surface finish at higher citric acid concentrations of 600-780 g / L and higher current densities. In addition, substantial fineness of the surface finish was achieved at lower current densities of 10.8-53.8 A / m 2 at high citric acid concentrations of 780 g / L and high temperatures of 71-85 ° C as at a low HFA concentration of 10 g / L and at a high HFA concentration of 120 g / L, as shown in FIG. 4H.

Таблица 3B ________________Высокая тонкость отделки поверхности _______________Table 3B ________________ High surface fineness _______________

Лимонная кислота (г/л) Citric acid (g / l) ГФА (г/л) HFA (g / L) Температура (°C) Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч) Deleting material (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%) Change in surface finish quality (%) 780 780 10 ten 85 85 538 538 0, 132 0, 132 28,8 28.8 60 60 10 ten 85 85 1076 1076 0,276 0.276 28,0 28.0 300 300 10 ten 85 85 1076 1076 0,216 0.216 25,6 25.6 600 600 10 ten 85 85 538 538 0, 084 0, 084 25,0 25.0 600 600 10 ten 85 85 1076 1076 0,220 0.220 24,5 24.5 780 780 10 ten 85 85 10,8 10.8 0, 136 0.16 17,9 17.9 600 600 10 ten 71 71 538 538 0, 076 0.076 19, 6 19, 6 180 180 10 ten 71 71 1076 1076 0, 192 0, 192 18,8 18.8 180 180 10 ten 54 54 1076 1076 0,200 0.200 25,0 25.0 780 780 10 ten 54 54 538 538 0, 024 0.024 21,2 21.2 780 780 10 ten 54 54 53,8 53.8 0, 088 0.088 15,3 15.3 300 300 20 20 85 85 1076 1076 0,212 0.212 30,0 30.0 780 780 20 20 85 85 10,8 10.8 0,244 0.244 15,7 15.7 780 780 20 20 71 71 1076 1076 0, 196 0.196 27,1 27.1 780 780 20 20 71 71 0 0 0, 176 0, 176 22,1 22.1 180 180 20 20 71 71 1076 1076 0, 188 0.188 15,1 15.1 780 780 20 20 54 54 1076 1076 0,228 0.228 28,6 28.6 300 300 20 20 54 54 1076 1076 0, 144 0, 144 25,0 25.0 600 600 20 20 54 54 1076 1076 0, 164 0.164 18,0 18.0 780 780 20 20 54 54 538 538 0, 100 0, 100 16,7 16.7 780 780 20 20 54 54 215 215 0, 108 0, 108 15, 6 15, 6 780 780 20 20 21 21 538 538 0, 016 0.016 20,3 20.3 300 300 60 60 21 21 1076 1076 0, 192 0, 192 21,3 21.3 780 780 120 120 85 85 10,8 10.8 0, 004 0, 004 30,0 30.0 780 780 120 120 71 71 10,8 10.8 0, 000 0,000 25,0 25.0 780 780 120 120 71 71 53,8 53.8 0, 002 0, 002 23,7 23,7 780 780 120 120 54 54 10,8 10.8 0, 032 0.032 16, 4 16, 4 780 780 120 120 21 21 1076 1076 0, 196 0.196 16,3 16.3

В целом, как показано в табл. 3B, 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 более высоких температурах 54-85°C, и в основном, но не исключительно, при более высоких плотностях тока 538-1076 А/м2. Как правило, эти результаты были достигнуты при высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л. Например, в то время как концентрации ГФА 10-20 г/л обычно приводили к отличным результатамIn general, as shown in table. 3B, high but not the highest levels of improvement in surface finish (i.e. between about 15% and about 30% reduction in surface roughness) were obtained at lower HFA concentrations of 10-20 g / L and moderate higher temperatures. 54-85 ° C, and mostly, but not exclusively, at higher current densities of 538-1076 A / m 2 . Typically, these results were achieved at high citric acid concentrations of 600-780 g / l. For example, while HFA concentrations of 10-20 g / L generally yielded excellent results

- 15 036890 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°C, а также при низкой плотности тока 53,8 А/м2 и самой умеренной температуре 54°C. 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°C и 10,8-53,8 А/м2), так и при низкой температуре и высокой плотности тока (21°C и 1076 А/м2), во всех случаях при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л. В этом отношении представляется, что существует некая дополняющая активность между температурой и плотностью тока в том, что сходные 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. 4H-4J, которые показывают, что условия высокой температуры в сочетании с высокой плотностью тока склонны давать максимальные улучшения качества отделки поверхности.- 15 036890 at higher current densities and higher concentrations of citric acid, excellent results were also obtained with lower concentrations of citric acid 60-300 g / l at a low current density of 10.8 A / m 2 and a high temperature of 85 ° C, and also at a low current density of 53.8 A / m 2 and the most moderate temperature of 54 ° C. High levels of improvement in surface finish were also achieved at high HFA levels of 120 g / L at both high temperature and low current density (71-85 ° C and 10.8-53.8 A / m 2 ) and low temperature and high current density (21 ° C and 1076 A / m 2 ), in all cases at high citric acid concentrations of 780 g / l. In this regard, there appears to be some complementary activity between temperature and current density in that similar surface finish results can be achieved with a high citric acid solution using a higher current density with a lower temperature or using a lower current density. with a higher temperature. See also FIG. 4H-4J, which show that high temperature conditions, combined with high current density, tend to produce maximum improvements in surface finish.

Таблица 3CTable 3C

Умеренная тонкость отделки поверхностиModerate fineness of surface finish

Лимонная кислота (г/л) Citric acid (g / l) ГФА (г/л) HFA (g / L) Температура (°C) Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч) Deleting material (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%) Change in surface finish quality (%) 600 600 10 ten 85 85 10,8 10.8 0,216 0.216 4,0 4.0 600 600 10 ten 85 85 215 215 0,232 0.232 1,9 1.9 780 780 10 ten 71 71 0 0 0, 100 0, 100 14,3 14.3 780 780 10 ten 71 71 215 215 0, 048 0.048 9,8 9.8 600 600 10 ten 71 71 0 0 0, 164 0.164 6,0 6.0 780 780 10 ten 71 71 538 538 0, 064 0.064 5,4 5.4 780 780 10 ten 21 21 53,8 53.8 0, 040 0.040 14,5 14.5 60 60 10 ten 21 21 1076 1076 0, 148 0, 148 13,5 13.5 780 780 20 20 85 85 215 215 0,260 0.260 7,7 7,7 780 780 20 20 85 85 53,8 53.8 0,216 0.216 7,7 7,7 780 780 20 20 85 85 0 0 0,232 0.232 5,7 5.7 600 600 20 20 85 85 1076 1076 0, 184 0.184 6,2 6.2 300 300 20 20 71 71 1076 1076 0,200 0.200 7,1 7.1 780 780 20 20 71 71 53,8 53.8 0, 172 0.172 2,0 2.0 600 600 20 20 54 54 538 538 0, 064 0.064 8,2 8.2 600 600 20 20 21 21 538 538 0, 032 0.032 13,2 13.2 120 120 20 20 21 21 1076 1076 0, 164 0.164 10, 6 10, 6 300 300 20 20 21 21 1076 1076 0, 148 0, 148 10, 4 10, 4 600 600 20 20 21 21 1076 1076 0, 032 0.032 6,7 6,7 60 60 20 20 21 21 1076 1076 0, 124 0, 124 6,8 6.8 180 180 20 20 21 21 1076 1076 0, 132 0, 132 4,2 4.2 780 780 20 20 21 21 53,8 53.8 0, 032 0.032 1,7 1.7 120 120 60 60 21 21 1076 1076 0, 196 0.196 11,3 11.3 60 60 60 60 21 21 1076 1076 0,224 0.224 4,2 4.2 780 780 120 120 85 85 0 0 0, 016 0.016 11, 1 11, 1 780 780 120 120 85 85 53,8 53.8 0, 016 0.016 2,2 2.2 780 780 120 120 54 54 0 0 0, 008 0, 008 13,5 13.5 780 780 120 120 54 54 53,8 53.8 0, 020 0.020 5,9 5.9 780 780 120 120 21 21 10,8 10.8 0, 004 0, 004 7,8 7.8 300 300 120 120 21 21 1076 1076 1, 400 1, 400 2,3 2,3

В целом, как показано в табл. 3C, самые 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°C и в основном по всему диаIn general, as shown in table. 3C, the most moderate levels of improvement in surface finish (i.e. less than about 15% reduction in surface roughness) were obtained at lower HFA concentrations of 10-20 g / L and higher temperatures of 71-85 ° C and generally all over the dia

- 16 036890 пазону 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 самых умеренных до высоких также были получены при всех концентрациях ГФА 10-120 г/л и низких до умеренных концентрациях лимонной кислоты 60300 г/л при низкой температуре 21°C и высокой плотности тока 1076 А/м2.- 16 036890 in the range of current densities 10.8-1076 A / m 2 . Typically, these results were achieved at high citric acid concentrations of 600-780 g / l. One notable exception to this trend is that moderate to high surface finish improvements were also obtained at all HFA concentrations of 10-120 g / L and low to moderate citric acid concentrations of 60300 g / L at a low temperature of 21 ° C. and a high current density of 1076 A / m 2 .

Таблица 4A ______________Наинизшие концентрации лимонной кислоты______________Table 4A ______________ Lowest citric acid concentrations ______________

Лимонная кислота (г/л) Citric acid (g / l) ГФА (г/л) HFA (g / L) Температура (°C) Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч) Deleting material (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%) Change in surface finish quality (%) 180 180 10 ten 85 85 1076 1076 0,208 0.208 36,4 36.4 120 120 10 ten 85 85 1076 1076 0,232 0.232 33,3 33.3 60 60 10 ten 85 85 1076 1076 0,276 0.276 28,0 28.0 180 180 10 ten 54 54 1076 1076 0,200 0.200 25,0 25.0 180 180 10 ten 71 71 1076 1076 0, 192 0, 192 18,8 18.8 60 60 10 ten 21 21 1076 1076 0, 148 0, 148 13,5 13.5 180 180 20 20 54 54 1076 1076 0, 168 0, 168 31,9 31.9 180 180 20 20 71 71 1076 1076 0, 188 0.188 15,1 15.1 120 120 20 20 21 21 1076 1076 0, 164 0.164 10,6 10.6 60 60 20 20 21 21 1076 1076 0, 124 0, 124 6,8 6.8 180 180 20 20 21 21 1076 1076 0, 132 0, 132 4,2 4.2 120 120 60 60 21 21 1076 1076 0, 196 0.196 11,3 11.3 60 60 60 60 21 21 1076 1076 0,224 0.224 4,2 4.2

Как показано в табл. 4A, при низких концентрациях лимонной кислоты 60-180 г/л равномерное улучшение качества отделки поверхности представляется требующим высокой плотности тока. В целом, максимальные улучшения качества отделки поверхности были получены при низких концентрациях ГФА 10-20 г/л и при умеренных высоких температурах 54-85°C. Низкое и умеренное улучшение качества отделки поверхности было достигнуто при концентрациях ГФА 10-60 г/л и низкой температуре 21°C.As shown in table. 4A, at low citric acid concentrations of 60-180 g / L, a uniform improvement in surface finish appears to require a high current density. In general, maximum surface finish improvements were obtained at low HFA concentrations of 10-20 g / L and at moderate high temperatures of 54-85 ° C. Low to moderate improvement in surface finish was achieved at HFA concentrations of 10-60 g / L and a low temperature of 21 ° C.

Таблица 4BTable 4B

Умеренные концентрации лимонной кислотыModerate citric acid concentrations

Лимонная кислота (г/л) Citric acid (g / l) ГФА (г/л) HFA (g / L) Температура (°C) Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч) Deleting material (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%) Change in surface finish quality (%) 300 300 10 ten 54 54 1076 1076 0,188 0.188 38,9 38.9 300 300 10 ten 71 71 1076 1076 0,156 0.156 30,4 30.4 300 300 10 ten 85 85 1076 1076 0,216 0.216 25,6 25.6 600 600 10 ten 85 85 538 538 0,084 0.084 25,0 25.0 600 600 10 ten 85 85 1076 1076 0,220 0.220 24,5 24.5 600 600 10 ten 71 71 538 538 0,076 0.076 19, 6 19, 6 600 600 10 ten 71 71 0 0 0,164 0.164 6, 0 6, 0 600 600 10 ten 85 85 10, 8 10, 8 0,216 0.216 4,0 4.0

- 17 036890- 17 036890

600 600 10 ten 85 85 215 215 0,232 0.232 1, 9 19 600 600 20 20 71 71 1076 1076 0,188 0.188 40,0 40.0 300 300 20 20 85 85 1076 1076 0,212 0.212 30,0 30.0 300 300 20 20 54 54 1076 1076 0,144 0.144 25,6 25.6 600 600 20 20 54 54 1076 1076 0,164 0.164 18,0 18.0 600 600 20 20 21 21 538 538 0,032 0.032 13,2 13.2 300 300 20 20 21 21 1076 1076 0,148 0.148 10,4 10.4 600 600 20 20 54 54 538 538 0,064 0.064 8,2 8.2 600 600 20 20 21 21 1076 1076 0,032 0.032 6, 7 6, 7 300 300 20 20 71 71 1076 1076 0,200 0.200 7,1 7.1 600 600 20 20 85 85 1076 1076 0,184 0.184 6, 2 6, 2 600 600 60 60 21 21 1076 1076 0,200 0.200 46, 9 46, 9 600 600 60 60 21 21 538 538 0,080 0.080 37,9 37.9 300 300 60 60 21 21 1076 1076 0,192 0.192 21,3 21.3 600 600 120 120 21 21 1076 1076 0,168 0.168 44,7 44.7 300 300 120 120 21 21 1076 1076 1,400 1,400 2,3 2,3

Как показано в табл. 4B, 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°C приводят к достижению наилучших результатов, тогда как при концентрации ГФА 20 г/л хорошие результаты также достигаются в диапазоне температур 21-85°C. При высоких концентрациях ГФА 60-120 г/л улучшение качества отделки поверхности наиболее типично происходит при более низкой температуре 21°C.As shown in table. 4B, at moderate citric acid concentrations of 300-600 g / L, significant improvement in surface finish typically requires higher current densities of 538-1076 A / m 2 and occurs mainly at low HFA concentrations of 10-20 g / L. At the lowest HFA concentration of 10 g / L, higher temperatures of 54-85 ° C lead to the best results, while at 20 g / L HFA concentration good results are also achieved in the temperature range 21-85 ° C. At high HFA concentrations of 60-120 g / L, improvement in surface finish most typically occurs at a lower temperature of 21 ° C.

Таблица 4CTable 4C

Наивысшие концентрации лимонной кислотыHighest citric acid concentrations

Лимонная кислота (г/л) Citric acid (g / l) ГФА (г/л) HFA (g / L) Температура (°C) Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч) Deleting material (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%) Change in surface finish quality (%) 780 780 10 ten 85 85 1076 1076 0,168 0.168 39, 2 39, 2

- 18 036890- 18 036890

780 780 10 ten 71 71 53, 8 53, 8 0,100 0.100 30, 4 30, 4 780 780 10 ten 71 71 10, 8 10, 8 0,108 0.108 30,2 30.2 780 780 10 ten 85 85 538 538 0,132 0.132 28,8 28.8 780 780 10 ten 54 54 538 538 0,024 0.024 21,2 21.2 780 780 10 ten 85 85 10, 8 10, 8 0,136 0.136 17,9 17.9 780 780 10 ten 54 54 53, 8 53, 8 0,088 0.088 15,3 15.3 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 780 10 10 10 10 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 60 60 60 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 ten ten ten ten 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 60 60 60 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 21 71 71 71 71 21 54 71 71 21 54 85 54 85 85 85 71 21 21 54 21 21 85 71 71 54 21 54 85 21 54 21 71 71 71 71 21 54 71 71 21 54 85 54 85 85 85 71 21 21 54 21 21 85 71 71 54 21 54 85 21 54 53, 8 0 215 538 538 1076 1076 1076 0 538 538 10, 8 215 53, 8 215 0 53, 8 53, 8 538 1076 1076 538 10, 8 10, 8 53, 8 10, 8 1076 0 0 10, 8 53, 8 53, 8 0 215 538 538 1076 1076 1076 0 538 538 10, 8 215 53, 8 215 0 53, 8 53, 8 538 1076 1076 538 10, 8 10, 8 53, 8 10, 8 1076 0 0 10, 8 53, 8 0,040 0,200 0,048 0,064 0,100 0,044 0,228 0,196 0,176 0,016 0,100 0,244 0,108 0,216 0,260 0,232 0,172 0,032 0,088 0,160 0,204 0,116 0,004 0,000 0,008 0,032 0,196 0,008 0,016 0,004 0,020 0.040 0.200 0.048 0.064 0.100 0.044 0.228 0.196 0.176 0.016 0.100 0.244 0.108 0.216 0.260 0.232 0.172 0.032 0.088 0.160 0.204 0.116 0.004 0.000 0.008 0.032 0.196 0.008 0.016 0.004 0.020 14,5 14,3 9, 8 5,4 44,8 30, 9 28, 6 27,1 22,1 20,3 16, 7 15,7 15,6 7,7 7,7 5,7 2,0 1,7 42,0 36, 1 34,6 49,1 30, 0 25,0 23,7 16, 4 16, 3 13,5 11, 1 7,8 5,9 14.5 14.3 9, 8 5.4 44.8 30, 9 28, 6 27.1 22.1 20.3 16, 7 15.7 15.6 7,7 7,7 5.7 2.0 1.7 42.0 36, 1 34.6 49.1 30, 0 25.0 23,7 16, 4 16, 3 13.5 11, 1 7.8 5.9 780 780 120 120 85 85 53, 8 53, 8 0,016 0.016 2,2 2.2

Из сопоставления табл. 4C с табл. 4A и 4B можно видеть, что многие 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. 4C, при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л значительное улучшение качества отделки поверхности может быть получено почти при всех плотностях тока 10,8-1076 Ам2 и от низких до высоких температур 21-85°C и как при низких концентрациях ГФА 10-20 г/л, так и высоких концентрациях ГФА 120 г/л.From a comparison of the table. 4C with tab. 4A and 4B, it can be seen that many operating conditions to achieve improved surface finish, with virtually no or minimal material loss, occur at high citric acid concentrations of 780 g / L. As shown in table. 4C, at high citric acid concentrations of 780 g / L, a significant improvement in surface finish can be obtained at almost all current densities of 10.8-1076 Am 2 and from low to high temperatures of 21-85 ° C and as at low concentrations of HFA 10- 20 g / l and high HFA concentrations of 120 g / l.

Фиг. 5A и 5B показывают скорости удаления материала и изменения качества отделки поверхности при характерной низкой температуре 21°C и характерной высокой плотности тока 538 А/м2. Как можно видеть на фиг. 5B, ухудшение качества отделки поверхности является самым 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 и особенно при 780 г/л. В дополнение фиг. 5A показывает, чтоFIG. 5A and 5B show the rates of material removal and change in surface finish at a characteristic low temperature of 21 ° C and a characteristic high current density of 538 A / m 2 . As can be seen in FIG. 5B, the deterioration in surface finish is most moderate at all citric acid concentrations below 600 g / L, for HFA concentrations below 60 g / L, and that surface finish quality actually improves for all HFA concentrations from 10 to 120 g / L at high concentrations citric acid above 600 g / l and especially at 780 g / l. In addition to FIG. 5A shows that

- 19 036890 скорость удаления материала при этих рабочих условиях относительно низка. Поэтому работа в этом диапазоне состава, температуры и плотности тока была бы желательна для достижения самого умеренного контролируемого удаления материала с минимальным ухудшением поверхности или, может быть, с самым умеренным улучшением качества отделки поверхности, но не была бы особо эффективна для крупномасштабного удаления материала.- 19 036890 material removal rate under these operating conditions is relatively low. Therefore, operation in this range of composition, temperature and current density would be desirable to achieve the most moderate controlled material removal with minimal surface degradation, or perhaps the most moderate improvement in surface finish, but would not be particularly effective for large scale material removal.

Подобным образом фиг. 6A и 6B показывают скорости удаления материала и изменения качества отделки поверхности при характерной низкой температуре 21°C и высокой плотности тока 1076 А/м2. На фиг. 6B можно видеть, что улучшение качества отделки поверхности от небольшого до самого умеренного достигается при всех концентрациях лимонной кислоты ниже 600 г/л для концентраций ГФА более 10 г/л 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. 6A 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 в этих диапазонах состава, температуры и плотности тока была бы желательна для достижения самого умеренного контролируемого удаления материала с минимальным ухудшением поверхности или, может быть, с самым умеренным улучшением качества отделки поверхности, но была бы не особо эффективна для крупномасштабного удаления материала.Similarly, FIG. 6A and 6B show material removal rates and surface finish changes at a characteristic low temperature of 21 ° C and a high current density of 1076 A / m 2 . FIG. 6B, it can be seen that slight to moderate improvement in surface finish is achieved at all citric acid concentrations below 600 g / L for HFA concentrations greater than 10 g / L and less than 120 g / L, and that surface finish improves most significantly at concentrations citric acid 600 g / l and more. In addition to FIG. 6A shows that the material removal rate under these operating conditions is relatively low, with the exception of formulations of about 300 g / L citric acid and 120 g / L HFA, where the material removal rate is higher without causing any significant surface degradation. Therefore, operation within these ranges of composition, temperature and current density would be desirable to achieve the most moderate controlled material removal with minimal surface degradation, or perhaps the most moderate improvement in surface finish, but would not be particularly effective for large scale material removal.

Фиг. 7A и 7B 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. 7A показывает устойчивые самые умеренные скорости удаления материала при всех концентрациях лимонной кислоты, когда заготовка подвергается воздействию раствора электролита при высокой температуре 85°C и при высокой плотности тока 1076 А/м2. При тех же условиях фиг. 7B 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.FIG. 7A and 7B show that under certain conditions, controlled material removal and improved surface finish can be achieved simultaneously. In particular, at an HFA concentration of about 10 g / L, FIG. 7A shows the sustained most moderate material removal rates at all citric acid concentrations when the preform is exposed to an electrolyte solution at a high temperature of 85 ° C and at a high current density of 1076 A / m 2 . Under the same conditions, FIG. 7B shows the actual improvement in surface finish at all citric acid concentrations greater than or equal to 60 g / L. Even at higher HFA concentrations of 20 to 120 g / L, the material removal obtained can be directly related to the HFA concentration, without actually degrading the surface finish. However, at maximum citric acid concentrations of 600 g / L or more, material removal rates are significantly reduced.

Были выявлены некоторые диапазоны режимов работы, при которых может быть достигнуто контролируемое удаление материала, при том, что ухудшение качества отделки поверхности будет лишь самым умеренным, обычно с повышением шероховатости менее чем примерно на 50%. Фиг. 8A-8B, 9A9B и 10A-10B иллюстрируют примерные режимы работы в этой категории.Several operating ranges have been identified where controlled material removal can be achieved with only the most moderate deterioration in surface finish, typically with less than about 50% increase in roughness. FIG. 8A-8B, 9A9B, and 10A-10B illustrate exemplary modes of operation in this category.

Фиг. 8A показывает, что при условиях высокой температуры (85°C) 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 г/л до примерно 300 г/л, с большими скоростями удаления материала, находящимися в прямой зависимости от концентрации ГФА. Фиг. 8B показывает, что для этих диапазонов концентраций лимонной кислоты и ГФА ухудшение качества отделки поверхности является устойчиво самым 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 умеренному ухудшению качества отделки поверхности и даже могут проявлять тенденцию к небольшому повышению качества отделки поверхности. Фиг. 9A и 9B показывают очень похожие результаты при условиях высокой температуры (85°C) и высокой плотности тока (538 А/м2), а фиг. 10A и 10B показывают, что к подобным результатам можно приблизиться даже при несколько более низкой температуре 71°C и при самой умеренной плотности тока 215 А/м2.FIG. 8A shows that under conditions of high temperature (85 ° C) and low current density (10.8 A / m 2 ) a near constant material removal rate can be achieved at all HFA concentrations for citric acid concentrations ranging from about 60 g / L up to about 300 g / l, with high rates of material removal, which are in direct proportion to the concentration of HFA. FIG. 8B shows that for these ranges of citric acid and HFA concentrations, degradation in surface finish is consistently the most moderate, with little or no regard for specific citric acid and HFA concentrations. Citric acid concentrations of 600 g / L and above greatly reduce or even eliminate the material removal capacity of the electrolyte solution, and, except in the case of 60 g / L HFA, moderate deterioration in surface finish and may even tend to slightly improve surface finish. FIG. 9A and 9B show very similar results under the conditions of high temperature (85 ° C) and high current density (538 A / m 2), and FIG. 10A and 10B show that similar results can be approached even at a slightly lower temperature of 71 ° C and at the most moderate current density of 215 A / m 2 .

Исходя из раскрытых здесь результатов испытаний становится ясно, что, регулируя температуру и плотность тока, одну и ту же ванну с водным раствором электролита можно использовать в многостадийном процессе, который включает сначала удаление самого 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 самые умеренные скорости удаления материала при температуре 85°C и плотности тока 53,8 А/м2 (см. фиг. 3D), 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. 7A и 7B) при удалении меньшего количества материала.Based on the test results disclosed here, it becomes clear that by adjusting the temperature and current density, the same bath with an aqueous electrolyte solution can be used in a multi-stage process that involves first removing the most moderate and controlled amount of material at a relatively low current density, and then restoration of the damaged surface by increasing the current density to a high level while maintaining or slightly reducing the temperature. For example, using a solution containing 300 g / l of citric acid and 120 g / l HFA can obtain the most moderate material removal rate at a temperature of 85 ° C and a current density of 53.8 A / m 2 (see. FIG. 3D), when less than 30% deterioration in surface finish and then an improvement in surface finish can be obtained at the same temperature and current density of 1076 A / m 2 (see FIGS. 7A and 7B) with less material removed.

Многочисленные различные сочетания условий многостадийной 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. 8A и 8B видно, что использованием раствора электролита со 120 г/л ГФА при температуре 85°C и плотности тока 10,8 А/м2 может быть достигнуто агрессивное удаление материала с самым умеренным ухудшением качества поверхности при концентрации лимонной кислоты 300 г/л на первом этапе обработки, а затем просто путем повышения концентраNumerous different combinations of multistage processing conditions can be matched by varying the citric acid concentration in addition to temperature and current density due to the strong material removal softening effect that occurs when the citric acid concentration is increased to 600 g / L or more. For example, from FIG. 8A and 8B, it can be seen that using a 120 g / L HFA electrolyte solution at 85 ° C and a current density of 10.8 A / m 2 , aggressive material removal can be achieved with the most moderate surface degradation at a citric acid concentration of 300 g / L at the first stage of processing, and then simply by increasing the concentration

- 20 036890 ции лимонной кислоты до 780 г/л на втором этапе обработки удаление материала может быть фактически прекращено, тогда как качество отделки поверхности значительно улучшается. Подобные результаты могут быть получены с использованием условий высокой температуры, более высокой плотности тока по фиг. 9A и 9B или условий умеренно высокой температуры, умеренной плотности тока по фиг. 10A и 10B.- 20 036890 citric acid up to 780 g / l in the second stage of processing, the removal of material can be practically stopped, while the quality of the surface finish is significantly improved. Similar results can be obtained using the high temperature, higher current density conditions of FIG. 9A and 9B or the moderately high temperature, moderate current density conditions of FIG. 10A and 10B.

Было обнаружено, что очень низкие концентрации гидродифторида аммония являются эффективными как при удалении материала, так и при микрополировке. Как показано на фиг. 1A, скорости удаления материала являются наибольшими при повышенных температурах, поэтому ожидается, что более низкие концентрации гидродифторида аммония могут быть более эффективными при более высоких температурах, таких как 85°C 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 плотности тока 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%.Very low concentrations of ammonium bifluoride have been found to be effective in both material removal and micro-polishing. As shown in FIG. 1A, material removal rates are greatest at elevated temperatures, so lower concentrations of ammonium bifluoride is expected to be more effective at higher temperatures, such as 85 ° C or more. In one exemplary electrolyte solution having both citric acid and ammonium bifluoride concentrations of 2 g / L, material removal and surface finish changes were observed. At a current density of 285 A / m 2 , material removal rates of 0.008 mm / h were recorded, with a corresponding change (deterioration) in surface finish quality by -156%. At 0 A / m 2 , material removal rates of 0.0035 mm / h were recorded, with a corresponding change in surface finish of -187%.

Подобным образом при обработке в водном растворе 2 г/л ГФА и без 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%.Similarly, when treated in an aqueous solution of 2 g / L HFA and without citric acid with an applied current of 271 A / m 2 , material removal rates of 0.004 mm / h were recorded, with a corresponding change (deterioration) in the quality of surface finish by -162%. At 0 A / m 2 , material removal rates of 0.0028 mm / h were recorded with a corresponding change in surface finish of -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°C, 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 повышена 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 удаление объемного 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 г/л 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.While it would be preferable to use as little HFA as possible necessary to be effective, concentrations well above 120 g / L can be used, including concentrations of ammonium bifluoride at levels as high as 240 to 360 g / L, and even concentrations exceeding the saturation concentration in water. The effectiveness of electrolyte solutions at high concentrations of HFA was tested by stepwise addition of HFA to a 179.9 g / L citric acid solution with a temperature fixed at 67 ° C and current densities in the range from 10.8 to 255,000 A / m 2 . Since this solution has a relatively low electrical resistance, it was expected that higher concentrations of HFA would be able to provide higher solution conductivity, especially at higher current density levels. The temperature was also raised above room temperature to lower the electrolyte resistance. Samples of both PM titanium and nickel-based alloy 718 were exposed to electrolyte and, as HFA was added, continued removal of bulk material and micropolishing. HFA was added up to and beyond its saturation point in the electrolyte. The saturation point of HFA (which varies with temperature and pressure) at these parameters was between about 240 g / L and about 360 g / L. The data given in table. 5 indicate that the electrolyte solution was effective both for the removal of bulk metal and for micropolishing at HFA concentrations up to and above saturation concentrations in water.

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 особенно низкое сопротивление. Например, раствор электролита, содержащий примерно 180 г/л лимонной кислоты, в температурном диапазоне примерно 7185°C 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 удаление объемного 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, в частности, при примерно 5000 А/м2.A test was conducted to determine the effectiveness of electrolyte solutions for micropolishing and bulking metal removal at relatively high current densities, including those approaching 255,000 A / m 2 . It is clear from the literature that electrolytes with low resistance values can withstand high current densities. Certain combinations of citric acid concentration and HFA concentration exhibit particularly low resistance. For example, an electrolyte solution containing about 180 g / L citric acid in a temperature range of about 7185 ° C was tested at high current densities. Samples of commercially pure (PM) titanium and nickel-based alloy 718 were exposed to this electrolyte solution with a gradual increase in current density in the range from 10.8 to 255,000 A / m 2 . The data given in table. 5 indicate that bulk material removal and micropolishing were achieved at all investigated current densities in this range, including 255,000 A / m 2 . Compared to the machining of titanium and titanium alloys, higher current densities can be used for machining nickel-based alloys, in particular at about 5000 A / m 2 .

В то время 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°C, прикладывая потенциал 64,7 VDC и плотность тока 53160 А/м2. В 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 VDC и понижения плотности тока до 5067 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.While PM titanium is efficiently processed using relatively low voltages of less than or equal to about 40 V, higher voltages can also be used. In one exemplary test, PM titanium was treated in a bath of an aqueous electrolyte solution containing about 180 g / L citric acid and about 120 g / L HFA at 85.6 ° C, applying a potential of 64.7 VDC and a current density of 53,160 A / m 2 ... Under these conditions, a bulk metal removal rate of 5 mm / h was achieved along with a 37.8% improvement in surface roughness as measured by the profilometer, resulting in a uniform, visually shiny reflective appearance. The electrolyte of the same chemical composition remained effective for PM titanium specimens for removing bulk metal after increasing the voltage to 150 VDC, and lowering the current density up to 5067 A / m 2, but under these conditions, the metal removal rate slowed to about 0.3 mm / h, and the quality of surface finish has slightly deteriorated to a matte appearance.

Для некоторых металлов и сплавов более высокие напряжения могут быть одинаково или даже более эффективными в достижении улучшения объемного удаления материала, качества отделки поверхFor some metals and alloys, higher stresses may be equally or even more effective in achieving improved volumetric material removal, surface finish

- 21 036890 ности или того и другого. В частности, определенные металлы, включая, но не ограничиваясь таковыми, сплавы на основе никеля (такие как Waspaloy и никелевый сплав 718), золото 18 каратов, чистый хром и сплавы Nitinol, 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 никелевого сплава 718 образцы, обработанные в водном растворе электролита, содержащем примерно 180 г/л лимонной кислоты и примерно 120 г/л ГФА, при 86,7°C, с использованием потенциала 150 VDC и плотности тока 4934 А/м2, привели к скорости объемного удаления металла лишь 0,09 мм/ч, но исходя из измерений поверхности пофилометром, равномерному улучшению качества отделки поверхности на 33,8%.- 21 036890 or both. In particular, certain metals, including but not limited to nickel-based alloys (such as Waspaloy and Nickel Alloy 718), 18K gold, pure chromium, and Nitinol alloys, appear to benefit from higher stress machining in terms of faster bulky metal removal and / or better surface finish. In one exemplary experiment at a relatively high voltage for Nickel Alloy 718, samples treated in an aqueous electrolyte solution containing about 180 g / L citric acid and about 120 g / L HFA at 86.7 ° C using 150 VDC potential and density current 4934 A / m 2 , led to a volumetric metal removal rate of only 0.09 mm / h, but based on surface measurements with a filometer, a uniform improvement in surface finish quality by 33.8%.

Таблица 5Table 5

Материал Material ЛК (г/л) LC (g / l) ГФА (г/л) HFA (g / L) Начальная температура (°C) Initial temperature (° C) Конечный потенциал (В) Final potential (V) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Скорость удаления (мм/ ч) Removal rate (mm / h) Δ качества отделки поверхности, % (- хуже, + лучше) Δ surface finish quality,% (- worse, + better) Комментарии Comments Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 20 20 89,4 89.4 64,7 64.7 11,227 11,227 1,20 1.20 62,9% 62.9% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 20 20 85,0 85.0 64,7 64.7 8,027 8.027 1,15 1.15 29,4% 29.4% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 20 20 83,9 83.9 64,7 64.7 7,901 7,901 5,68 5.68 21,2% 21.2% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 60 60 82,8 82.8 64,7 64.7 36,135 36,135 4,24 4.24 26, 6% 26.6% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 60 60 81,7 81,7 64,7 64.7 34,576 34,576 4,34 4.34 47,6% 47.6% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 60 60 79,4 79.4 24,5 24.5 40,219 40,219 6, 12 6, 12 47,2% 47.2% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 120 120 85,0 85.0 64,7 64.7 15,175 15,175 4,16 4.16 -169,8% -169.8% Наиболее глубоко погруженный в раствор конец - блестящий, остальной - «замороженный» The end most deeply immersed in the solution is shiny, the rest is "frozen" Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 120 120 85,0 85.0 64,7 64.7 15,379 15,379 3,44 3.44 -183,9% -183.9% Наиболее глубоко погруженный в раствор конец - блестящий, остальной - «замороженный» The end most deeply immersed in the solution is shiny, the rest is "frozen" Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 120 120 85,6 85.6 64,7 64.7 53,160 53,160 5,00 5.00 37,8% 37.8% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 120 120 90,0 90.0 150 150 5,067 5.067 0,30 0.30 -22,6% -22.6% Матовый внешний вид, небольшое окисление Matte appearance, slight oxidation Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 240 240 71,1 71.1 14,3 14.3 160,330 160,330 21,42 21.42 -33,3% -33.3% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 240 240 70,0 70.0 14,4 14.4 255,733 255,733 22,08 22.08 -103,0% -103.0% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Ti Ti 179,9 179.9 360 360 57,8 57.8 11,4 11.4 146,728 146,728 27,72 27.72 -179,5% -179.5% Однородная, блестящая отделка концентрация ГФА за точкой Uniform, lustrous finish with HFA concentration beyond the point насыщения saturation Ti Ti 179,9 179.9 360 360 66,7 66.7 9,6 9.6 164,876 164,876 24,36 24.36 -191,2% -191.2% Однородная, блестящая отделка концентрация ГФА за точкой Uniform, lustrous finish with HFA concentration beyond the point насыщения saturation Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 360 360 28,3 28.3 0,4 0,4 10,8 10.8 0, 08 0, 08 29,6% 29.6% Однородная, блестящая отделка концентрация ГФА за точкой насыщения Uniform, lustrous finish with HFA concentration beyond saturation point Ti Ti 179,9 179.9 360 360 25,0 25.0 0,3 0.3 53,8 53.8 0, 10 0, 10 7,3% 7.3% Однородная, блестящая отделка концентрация ГФА за точкой Uniform, lustrous finish with HFA concentration beyond the point насыщения saturation Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 360 360 22,2 22.2 0,2 0.2 215 215 0, 11 0, 11 9,3% 9.3% Однородная, блестящая отделка концентрация ГФА за точкой насыщения Uniform, lustrous finish with HFA concentration beyond saturation point Корродированная, Corroded, Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 360 360 20,6 20.6 0,1 0.1 538 538 0, 13 0, 13 -346,9% -346.9% неудовлетворительная отделка концентрация ГФА за точкой unsatisfactory finish HFA concentration beyond the point насыщения saturation

- 22 036890- 22 036890

Ti ТЧ2 Ti PM2 179,9 179.9 360 360 20,6 20.6 0,6 0.6 1,076 1,076 0,16 0.16 -988,6% -988.6% Очень корродированная, неудовлетворительная отделка концентрация ГФА за точкой насыщения Very corroded, unsatisfactory finish HFA concentration beyond saturation point Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 20 20 81,7 81,7 64,7 64.7 68,585 68,585 4,01 4.01 -12,5% -12.5% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 20 20 81,1 81.1 39,9 39.9 79,301 79,301 4,85 4.85 55,0% 55.0% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 20 20 80,6 80.6 36, 3 36, 3 39,828 39,828 4,75 4.75 48,3% 48.3% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 60 60 80,0 80.0 64,7 64.7 42,274 42,274 3,42 3.42 11,1% 11.1% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 60 60 80,0 80.0 64,7 64.7 35,066 35,066 3,69 3.69 -11,1% -11.1% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 60 60 81,7 81,7 14,8 14.8 39,484 39,484 4,86 4.86 -20,0% -20.0% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 120 120 85,0 85.0 64 64 33,945 33.945 3,84 3.84 8,3% 8.3% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 120 120 83,3 83.3 65 65 34,818 34,818 3,96 3.96 13,0% 13.0% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 120 120 82,2 82.2 9,7 9.7 39,984 39,984 6, 08 6, 08 -57,1% -57.1% Однородная, блестящая отделка Uniform, glossy finish Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 120 120 86,7 86.7 150 150 4,934 4.934 0,09 0.09 33,8% 33.8% Однородный матовый внешний вид Uniform matte appearance Никель 718 Nickel 718 179,9 179.9 360 360 67,2 67.2 11,5 11.5 140,005 140,005 12,90 12.90 -16,0% -16.0% Однородная, блестящая отделка концентрация ГФА за точкой насыщения Uniform, lustrous finish with HFA concentration beyond saturation point

Для оценки эффекта накопленного растворенного металла в растворе электролита партию прямоугольных прутков Ti-6Al-4V с размерами 6,6 см на 13,2 см на приблизительно 3,3 м в количестве 21 шт. последовательно обработали в ванне объемом приблизительно 1135 л. Обработка была предназначена продемонстрировать высококонтролируемое удаление металла на типичных видах проката. С 21 прямоугольного прутка материал удалили 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 пруток 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 HF/HNO3, 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.To assess the effect of the accumulated dissolved metal in the electrolyte solution, a batch of Ti-6Al-4V rectangular rods with dimensions of 6.6 cm by 13.2 cm by approximately 3.3 m in an amount of 21 pieces. were subsequently processed in a bath of approximately 1135 liters. The treatment was intended to demonstrate highly controlled metal removal on typical rolled products. A total of 70.9 kg of material was removed from 21 rectangular bars and suspended in an electrolyte solution. The treatment of the first bar was started at 0 g / L of dissolved metal in solution, and the final bar was treated with a dissolved metal content of more than 60 g / L. From start to finish, no deleterious effects on metal surface conditions or metal removal rates were found, and as a result of the increase in dissolved metal in the electrolyte solution, no significant changes in any operating parameters were required. This differs from the results of acid etching of titanium in HF / HNO3, in which the solution becomes much less effective even at a titanium concentration in the solution of 12 g / L. Similarly, electrochemical sizing is hindered by high levels of dissolved metal in the electrolyte solution, since metal particles can clog the gap between the cathode and the anode workpiece and, if the solid is electrically conductive, can even cause a short circuit.

Модуляция трещин и удаление оксидного слоя.Crack modulation and oxide removal.

Раскрытый здесь водный раствор электролита можно использовать для модуляции или скругления дна поверхностных трещин, тем самым устраняя остроконечные концы трещин, которые образуются на переменных глубинах по поверхности металлов и наиболее опасны в семействе реакционноспособных металлов, включая, но не ограничиваясь таковыми, титан и титановые сплавы, сплавы на основе никеля, цирконий и т.п., когда эти металлы охлаждают от повышенных температур в кислородсодержащей атмосфере. Например, такие поверхностные трещины могут возникать при охлаждении из процессов, включающих, но не ограничивающихся таковыми, горячую обработку (например, ковку, прокатку, сверхпластичное формование и т.п.), сварку и термическую обработку. Более того, водный раствор электролита может модулировать эти трещины с относительно малыми потерями в выходе годных. Скругленный или модулированный конец трещины пригоден для последующей горячей обработки металла, поскольку такая трещина способна залечиваться при последующей горячей обработке, тогда как типичная трещина, возникшая при охлаждении металла, если ее полностью не удалить, ползет, и металл разрушается или растрескивается при последующей обработке.The aqueous electrolyte solution disclosed herein can be used to modulate or round the bottom of surface cracks, thereby eliminating pointed crack tips that form at varying depths along the surface of metals and are most hazardous in the family of reactive metals, including, but not limited to, titanium and titanium alloys. nickel-based alloys, zirconium, and the like when these metals are cooled from elevated temperatures in an oxygen-containing atmosphere. For example, such surface cracks can arise during cooling from processes including, but not limited to, hot working (eg, forging, rolling, superplastic forming, etc.), welding, and heat treatment. Moreover, an aqueous electrolyte solution can modulate these cracks with relatively low yield losses. The rounded or modulated end of the crack is suitable for subsequent hot working of the metal, since such a crack is able to heal during subsequent hot working, whereas a typical crack formed during metal cooling, if not completely removed, creeps and the metal breaks or cracks during subsequent processing.

Фиг. 11 иллюстрирует традиционный процесс удаления трещин, который включает механическое удаление, обычно сошлифовыванием или стачиванием на станке полностью равномерного слоя материала, чтобы обнажить дно самой глубокой поверхностной трещины. Как схематически показано, это приводит к значительной потере материала. Напротив, фиг. 12 иллюстрирует процесс модуляции трещины с использованием раствора электролита в сочетании с подачей электрического тока, чтобы расширить трещину и скруглить конец трещины на ее дне таким образом, что трещина не будет распространяться, когда заготовку подвергают дальнейшим операциям горячей обработки или пускают в эксплуатацию.FIG. 11 illustrates a conventional crack removal process that involves mechanical removal, typically by grinding or machine grinding, of a completely uniform layer of material to expose the bottom of the deepest surface crack. As shown schematically, this results in significant material loss. In contrast, FIG. 12 illustrates the process of modulating a crack using an electrolyte solution in combination with the application of an electric current to widen the crack and round the end of the crack at its bottom so that the crack does not propagate when the workpiece is hot worked or put into service.

Соответственно, предпочтительные условия процесса модуляции конца трещины или удаления являются такими, которые дают очень высокие скорости удаления, в то же время сводя к минимуму или исключая наводороживание. Как обсуждается далее ниже, эти условия в основном получаются, когдаAccordingly, the preferred conditions for the fracture tip modulation or removal process are such that very high removal rates are obtained while minimizing or eliminating hydrogen saturation. As discussed further below, these conditions are mainly obtained when

- 23 036890 концентрация карбоновой кислоты (например, лимонной кислоты) низка, концентрация фторид-ионов (например, в форме гидродифторида аммония) высока и температура высока. Хотя эффективное крупномасштабное удаление может быть проведено при всех плотностях мощности, хорошие результаты были достигнуты, когда плотность мощности низка, и мощность циклически изменяют, чтобы иметь как можно больший период ОТКЛЮЧЕНО, насколько допускает процесс, чтобы свести к минимуму содержание водорода, внедряющегося в материал.- 23 036890 the concentration of carboxylic acid (eg citric acid) is low, the concentration of fluoride ions (eg in the form of ammonium bifluoride) is high and the temperature is high. Although efficient large-scale removal can be performed at all power densities, good results have been achieved when the power density is low and the power is cycled to have as much OFF period as the process allows to minimize the amount of hydrogen incorporated into the material.

При проведении обработки в пределах этих технологических параметров способности водного раствора электролита к модуляции трещины обеспечивают значительное общее улучшение выхода металла сравнительно с современными методами обработки, в которых поверхность металла равномерно или локально удаляют механически (сошлифовыванием или стачиванием), пока дно самой глубокой трещины не будет сошлифовано заподлицо с окружающим металлом. В дополнение затраты на обработку и расходные материалы являются значительно более низкими при использовании раствора электролита и раскрытого здесь способа по сравнению с современными методами механического удаления.When processing within these technological parameters, the ability of an aqueous electrolyte solution to modulate the crack provides a significant overall improvement in metal yield compared to modern processing methods, in which the metal surface is uniformly or locally removed mechanically (by grinding or grinding) until the bottom of the deepest crack is ground away flush with the surrounding metal. In addition, processing and consumable costs are significantly lower when using the electrolyte solution and method disclosed herein compared to current mechanical removal methods.

Еще одним значительным преимуществом способа, достижимым с помощью водного раствора электролита, является удаление слоя оксида реакционноспособного металла или в случае титана и титановых сплавов α-оболочки. Подобно оксидным слоям других реакционноспособных металлов αоболочка представляет собой обогащенную кислородом фазу, которая возникает, когда титан и его сплавы подвергаются воздействию нагретого воздуха или кислорода. α-оболочка является хрупкой и склонна создавать серию поверхностных микротрещин, которые будут ухудшать рабочие характеристики, включая прочность, усталостные свойства и коррозионную стойкость металлической детали. Титан и титановые сплавы входят в число реакционноспособных металлов, что означает, что они реагируют с кислородом и образуют хрупкий связный оксидный слой (TiO2 для Ti, ZrO2 для Zr и т.д.) всякий раз, когда их нагревают на воздухе или в окислительной атмосфере при той или более высокой температуре, при которой образуется естественный оксидный слой, которая зависит от конкретных сплава и окислительной атмосферы. Как отмечено выше, оксидный слой или оксидный слой α-оболочки может быть создан при любом нагревании металла до температур, необходимых для ковки в вальцах или прокатки в прокатном стане, в результате сварки или при нагревании для проковки готовой детали или горячего формования детали. α-оболочка является хрупкой и полна микротрещин, которые проникают в объем металла, потенциально вызывая преждевременные разрушения при растяжении или из-за усталости и делая поверхность более восприимчивой к химическому воздействию.Another significant advantage of the process, achieved with an aqueous electrolyte solution, is the removal of the reactive metal oxide layer, or in the case of titanium and titanium alloys, the α-shell. Like the oxide layers of other reactive metals, the α shell is an oxygen-rich phase that occurs when titanium and its alloys are exposed to heated air or oxygen. The α-shell is brittle and tends to create a series of surface microcracks that will degrade performance, including the strength, fatigue, and corrosion resistance of the metal part. Titanium and titanium alloys are reactive metals, which means they react with oxygen and form a brittle cohesive oxide layer (TiO2 for Ti, ZrO2 for Zr, etc.) whenever they are heated in air or in an oxidizing atmosphere at a higher or higher temperature at which the natural oxide layer is formed, which depends on the specific alloy and the oxidizing atmosphere. As noted above, an α-shell oxide layer or oxide layer can be created by any heating of the metal to temperatures required for roll forging or rolling in a rolling mill, by welding, or by heating to forge a finished part or thermoform a part. The α-shell is brittle and full of microcracks that penetrate the bulk of the metal, potentially causing premature fracture due to tension or fatigue and making the surface more susceptible to chemical attack.

Поэтому слой α-оболочки должен быть удален перед любой последующей горячей или холодной обработкой давлением или эксплуатацией готового изделия. Описанные здесь водные растворы электролитов и способы с использованием этих растворов могут удалять α-оболочку до появления незатронутого основного металла. Удаление α-оболочки составляет сложную проблему при обработке титана и титановых сплавов, поскольку α-оболочка исключительно устойчива к воздействию, и традиционный здравый смысл подсказывает, что перед электрохимической обработкой требуется некоторое механическое вмешательство.Therefore, the α-shell layer must be removed prior to any subsequent hot or cold pressure working or operation of the finished product. The aqueous electrolyte solutions and methods described herein using these solutions can remove the α-shell prior to the appearance of an unaffected base metal. Removal of the α-shell is a difficult problem in the processing of titanium and titanium alloys, since the α-shell is extremely resistant to attack, and conventional wisdom dictates that some mechanical intervention is required before electrochemical processing.

Это затруднение ярко проявилось в раннем испытании, в котором титановую α-оболочку сначала обдували дробью и/или слегка шлифовали в качестве предварительной обработки перед электрохимической обработкой. Будучи подвергнутым такой абразивной обработке, остальной оксидный слой наиболее легко удаляется при цикле питания постоянного тока ВКЛЮЧЕНО, с последующей простой обдиркой жесткой щеткой, с последующим циклом ОТКЛЮЧЕНО источника питания постоянного тока, в циклическом процессе, который затем повторяют несколько раз. Следует отметить, что альтернативой обдирке жесткой щеткой была бы система нагнетания большого объема высокого давления. Как только слой α-оболочки удален, скорости удаления материала при электрохимическом травлении повышаются. Однако реализация такого многостадийного технологического цикла является очень дорогостоящей и дает низкий доход.This difficulty was evident in an early trial in which the titanium α-shell was first blasted and / or lightly ground as a pretreatment prior to electrochemical treatment. Once abraded in this manner, the remainder of the oxide layer is most easily removed by an ON cycle, followed by a simple hard brushing, followed by a DC OFF cycle, in a cyclic process that is then repeated several times. It should be noted that an alternative to rough brushing would be a high pressure high volume injection system. Once the α-shell layer is removed, the rates of material removal in electrochemical etching are increased. However, the implementation of such a multi-stage technological cycle is very expensive and low income.

Для преодоления этих затруднений заготовку со слоем оксида или α-оболочки обрабатывают в ванне с водным раствором электролита, обладающим низкими концентрациями карбоновой кислоты (например, лимонной кислоты), высокими концентрациями фторид-ионов (например, гидродифторида аммония), высокими температурами и предпочтительно при низких плотностях мощности. Низкие концентрации лимонной кислоты, высокие концентрации гидродифторида аммония и высокие температуры максимизируют скорости удаления материала, а поскольку скорости удаления относительно нечувствительны к плотности тока, когда мощность подводится циклически, более низкую плотность мощности используют, чтобы обеспечить меньшее проникновение водорода в поверхность материала.To overcome these difficulties, a preform with an oxide or α-shell layer is treated in a bath with an aqueous electrolyte solution having low concentrations of carboxylic acid (for example, citric acid), high concentrations of fluoride ions (for example, ammonium bifluoride), high temperatures, and preferably at low power densities. Low citric acid concentrations, high ammonium bifluoride concentrations and high temperatures maximize material removal rates, and since removal rates are relatively insensitive to current density when power is applied cyclically, lower power density is used to allow less hydrogen permeation into the material surface.

В целом же раскрытые здесь водный раствор электролита и способ с использованием такого раствора позволяют удалять оксидные слои и титановую α-оболочку с поверхности реакционноспособного металла в контролируемом воспроизводимом режиме. Этим они отличаются от современного кислотного травления HF-HNO3, при котором происходит сильно экзотермическая реакция, которая в случае титана использует выделяющийся титан в качестве катализатора в реакции, тем самым обусловливая непрерывные изменения концентрации кислоты и скоростей реакции, затрудняя воспроизводимость и делая почтиIn general, the aqueous electrolyte solution disclosed herein and the method using such a solution make it possible to remove oxide layers and a titanium α-shell from the surface of a reactive metal in a controlled, reproducible manner. This is in contrast to the modern acid etching of HF-HNO3, in which a highly exothermic reaction occurs, which in the case of titanium uses the released titanium as a catalyst in the reaction, thereby causing continuous changes in acid concentration and reaction rates, making reproducibility difficult and almost

- 24 036890 невозможным точное удаление поверхностного металла. Более того, раскрытые водный раствор электролита и способ не привносят вредный водород в объем металла. Действительно, раскрытый способ может быть осуществлен таким образом, чтобы удалять водород из объема металла. Напротив, современный способ по самой своей природе вводит вредный водород в объем металла, делая необходимыми дополнительные дорогостоящие стадии дегазации для удаления водорода.- 24 036890 impossible to accurately remove surface metal. Moreover, the disclosed aqueous electrolyte solution and method do not introduce harmful hydrogen into the bulk of the metal. Indeed, the disclosed method can be carried out in such a way as to remove hydrogen from the bulk of the metal. In contrast, the modern process by its very nature introduces harmful hydrogen into the bulk of the metal, making additional costly degassing steps necessary to remove the hydrogen.

Водный раствор электролита является экологически безопасным и не создает опасных отходов, тогда как в современном способе используются угрожающие окружающей среде и опасные фтористоводородная кислота (HF) и азотная кислота (HNO3), которые исключительно трудны в обращении и которые могут быть применены только в строго регламентированных программах. В результате этого процессы с использованием такого водного раствора электролита могут осуществляться без привлечения значительного оборудования обработки воздуха и не требуют ношения оператором спецодежды для защиты от опасных химикатов, как это необходимо при использовании современного процесса на основе HF-HNO3.The aqueous electrolyte solution is environmentally friendly and does not create hazardous waste, while the modern method uses the environmentally threatening and hazardous hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO3), which are extremely difficult to handle and which can only be used in strictly regulated programs ... As a result, processes using such an aqueous electrolyte solution can be performed without the involvement of significant air handling equipment and does not require the operator to wear protective clothing to protect against hazardous chemicals as is required with a modern HF-HNO3 based process.

Хотя для модуляции трещин и удаления α-оболочки поверхностная отделка не особенно важна и улучшение поверхностной отделки не составляет необходимости ввиду дальнейших стадий обработки, которые будут проведены впоследствии, все же желательно не наносить серьезных повреждений поверхности материала или не вызывать точечную коррозию или прочие глубокие дефекты в материале.Although the surface finish is not particularly important for modulating cracks and removing the α-shell, and improving the surface finish is not necessary due to subsequent processing steps to be carried out, it is still desirable not to seriously damage the surface of the material or cause pitting or other deep defects in material.

На фиг. 3D, 4E-4J, 7A, 8A, 9A и 10A можно видеть, что наибольшие скорости удаления материала получены максимизацией концентрации ГФА и температуры (т.е. при концентрации ГФА 120 г/л и температуре 85°C, как показано на графиках), в то же время с поддерживанием концентрации лимонной кислоты на уровне или ниже 300 г/л. Кроме того, как подчеркивается на некоторых из фигур, в том числе на фиг. 4E-4G, поскольку лимонная кислота склонна смягчать воздействие фторид-ионов на поверхность материала, можно видеть, что скорость удаления материала проявляет тенденцию к резкому повышению по мере приближения концентрации лимонной кислоты к 0 г/л. Однако в условиях почти нулевой концентрации лимонной кислоты фиг. 4H, 7B, 8B, 9B и 10B показывают, что может происходить точечная коррозия поверхности и серьезное ухудшение отделки поверхности.FIG. 3D, 4E-4J, 7A, 8A, 9A and 10A, it can be seen that the fastest material removal rates are obtained by maximizing the HFA concentration and temperature (i.e. at 120 g / L HFA concentration and 85 ° C temperature as shown in the graphs) while maintaining the citric acid concentration at or below 300 g / L. In addition, as emphasized in some of the figures, including FIG. 4E-4G, since citric acid tends to mitigate the effect of fluoride ions on the surface of the material, it can be seen that the material removal rate tends to increase dramatically as the citric acid concentration approaches 0 g / L. However, under near zero citric acid conditions, FIG. 4H, 7B, 8B, 9B, and 10B indicate that surface pitting and severe deterioration in surface finish can occur.

Поэтому при применении водного раствора электролита для модуляции трещин, где предпочтительно избегать серьезного повреждения поверхности, следует использовать, по меньшей мере, небольшое количество лимонной кислоты, например 1 г/л или 10 г/л, для смягчения наиболее серьезных эффектов воздействия фторид-ионов. Однако при применении водного раствора электролита для удаления αоболочки, где серьезное повреждение поверхности было бы не особенно вредным, может быть допустимо как можно более агрессивное воздействие фторид-ионов без проявления серьезной точечной коррозии, поэтому концентрация лимонной кислоты может быть снижена почти до нулевой.Therefore, when using an aqueous electrolyte solution for modulating cracks, where it is preferable to avoid serious damage to the surface, at least a small amount of citric acid, for example 1 g / L or 10 g / L, should be used to mitigate the most severe effects of fluoride ions. However, when using an aqueous electrolyte solution to remove the α-shell, where serious surface damage would not be particularly harmful, fluoride ions can be as aggressive as possible without severe pitting, so the citric acid concentration can be reduced to near zero.

Как в ситуации с модуляцией трещин, так и в ситуации с удалением α-оболочки, желательно избегать введения водорода в материал с тем, чтобы предотвратить охрупчивание. Поскольку, как видно, в частности, на фиг. 1A-1C, 2A-2B и 4E-4G, скорости удаления материала относительно нечувствительны к плотности тока, и поскольку более высокие плотности тока склонны вызывать внедрение водорода в материал, предпочтительно работать при самых низких эффективных плотностях тока.In both the crack modulation situation and the α-shell removal situation, it is desirable to avoid introducing hydrogen into the material in order to prevent embrittlement. Since, as seen in particular in FIG. 1A-1C, 2A-2B, and 4E-4G, material removal rates are relatively insensitive to current density, and since higher current densities tend to cause hydrogen to be incorporated into the material, it is preferable to operate at the lowest effective current densities.

Хотя описание приведено в связи с примерными вариантами воплощения, специалистам в данной области техники будет 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.While the description has been given in connection with exemplary embodiments, those skilled in the art will appreciate that not specifically described additions, deletions, modifications, and substitutions may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims, and that the invention is not limited to the specific embodiments disclosed.

Claims (3)

1. Способ удаления оксида металла с поверхности подложки заготовки из цветного металла, включающий стадии, на которых подвергают поверхность воздействию ванны с водным раствором электролита, включающим лимонную кислоту с концентрацией от примерно 1 до примерно 180 г/л и гидродифторид аммония с концентрацией от примерно 1 до примерно 120 г/л и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты;1. A method of removing a metal oxide from a substrate surface of a non-ferrous metal preform, comprising the steps of exposing the surface to a bath with an aqueous electrolyte solution containing citric acid with a concentration of about 1 to about 180 g / l and ammonium bifluoride with a concentration of about 1 up to about 120 g / L and having no more than about 3.35 g / L of strong acid; регулируют температуру ванны так, чтобы она была больше температуры замерзания ванны и меньше или равной примерно 85°C;adjusting the temperature of the bath so that it is greater than the freezing point of the bath and less than or equal to about 85 ° C; подключают заготовку к аноду источника питания постоянного тока и погружают катод источника питания постоянного тока в ванну и пропускают через ванну ток с плотностью, меньшей или равной примерно 255000 А/м2.connect the workpiece to the anode of the DC power supply and immerse the cathode of the DC power supply in the bath and pass a current with a density less than or equal to about 255,000 A / m 2 through the bath. 2. Способ по п.1, причем цветной металл выбран из титана, никеля и их сплавов.2. A method according to claim 1, wherein the non-ferrous metal is selected from titanium, nickel and their alloys. 3. Способ удаления α-оболочки с поверхности подложки заготовки из титана или титанового сплава, включающий стадии, на которых подвергают поверхность воздействию ванны с водным раствором электролита, включающим лимонную кислоту с концентрацией от примерно 1 до примерно 180 г/л и гидродифторид аммония с концентрацией от примерно 1 до примерно 120 г/л и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной ки3. A method for removing the α-shell from the surface of a substrate of a titanium or titanium alloy workpiece, comprising the steps of exposing the surface to a bath with an aqueous electrolyte solution containing citric acid with a concentration of about 1 to about 180 g / l and ammonium bifluoride with a concentration from about 1 to about 120 g / L and having no more than about 3.35 g / L strong ki - 25 036890 слоты;- 25 036890 slots; регулируют температуру ванны так, чтобы она была больше температуры замерзания ванны и меньше или равной примерно 85 °C;adjusting the bath temperature to be greater than the freezing point of the bath and less than or equal to about 85 ° C; подключают заготовку к аноду источника питания постоянного тока и погружают катод источника питания постоянного тока в ванну и пропускают через ванну ток с плотностью меньше или равной примерно 5000 А/м2.connect the workpiece to the anode of the DC power supply and immerse the cathode of the DC power supply into the bath and pass a current with a density less than or equal to about 5000 A / m 2 through the bath.
EA201501129A 2010-11-22 2010-11-22 Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification EA036890B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2010/057687 WO2012071030A1 (en) 2010-11-22 2010-11-22 Electrolyte solution and electrochemical surface modification methods

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EA201501129A2 EA201501129A2 (en) 2016-04-29
EA201501129A3 EA201501129A3 (en) 2016-08-31
EA036890B1 true EA036890B1 (en) 2021-01-12

Family

ID=46063307

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201390753A EA024812B1 (en) 2010-11-22 2010-11-22 Electrolyte solution and electrochemical surface modification methods
EA201501129A EA036890B1 (en) 2010-11-22 2010-11-22 Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201390753A EA024812B1 (en) 2010-11-22 2010-11-22 Electrolyte solution and electrochemical surface modification methods

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20120125787A1 (en)
JP (1) JP5913349B2 (en)
KR (3) KR20130126644A (en)
EA (2) EA024812B1 (en)
RU (2) RU2561549C2 (en)
UA (1) UA108138C2 (en)
WO (1) WO2012071030A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3269848B1 (en) * 2016-07-13 2019-09-11 Airbus Defence and Space GmbH A method for the surface finishing of metals and alloys
KR102410936B1 (en) 2017-04-04 2022-06-20 현대자동차주식회사 Apparatus and mathod for controlling motor of a vehicle
EP3640372A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-22 Hirtenberger Engineered Surfaces GmbH Method for removing metallic support structures on a metal component manufactured using an additive process
IT202100025232A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-01 T A G Srl METHOD OF REMOVING A CERAMIC THERMAL BARRIER COATING

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4220509A (en) * 1979-07-30 1980-09-02 Karyazin Pavel P Electrolyte for electrochemical polishing of articles made of titanium and titanium alloys
US5417819A (en) * 1994-01-21 1995-05-23 Aluminum Company Of America Method for desmutting aluminum alloys having a highly reflective surface
EP1911862A2 (en) * 2006-10-09 2008-04-16 Poligrat Gmbh Electropolishing method for niobium and tantalum
RU2373306C2 (en) * 2007-06-25 2009-11-20 ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" Method of multistage electrolyte-plasma polishing of products made of titanium and titanium alloys

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU876808A1 (en) * 1979-11-29 1981-10-30 Харьковский Государственный Педагогический Институт Им.Г.С.Сковороды Solution for electrochemical polishing of niobium articles
SU1059937A1 (en) * 1982-05-11 1986-02-07 Организация П/Я В-2108 Method of processing molybdenum surface
RU1225282C (en) * 1983-11-21 1995-10-20 Московский электроламповый завод Solution for electrochemical etching of molybdenum and its alloys
SU1236018A1 (en) * 1984-08-09 1986-06-07 Харьковский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.В.И.Ленина Solution for electrochemical treatment of titanium and its alloys
SU1236081A1 (en) * 1984-12-17 1986-06-07 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им.В.В.Куйбышева Method of producing the heating board of forms
JPS63195300A (en) * 1987-02-09 1988-08-12 Mitsubishi Metal Corp Electrolytic solution for electropolishing zirconium and zirconium alloy
WO1990000476A1 (en) * 1988-07-12 1990-01-25 The Regents Of The University Of California Planarized interconnect etchback
RU2046158C1 (en) * 1990-08-17 1995-10-20 Акимов Евгений Николаевич Method for anodic treatment of billets made from alloy and high-alloy steel
US5567300A (en) * 1994-09-02 1996-10-22 Ibm Corporation Electrochemical metal removal technique for planarization of surfaces
FR2795433B1 (en) * 1999-06-25 2001-08-31 Org Europeene De Rech BATH COMPOSITION FOR ELECTROLYTIC POLISHING OF TITANIUM, AND METHOD OF USING SAME
JP3484525B2 (en) * 2001-07-06 2004-01-06 株式会社ケミカル山本 Stainless steel surface cleaning and passivation treatment method
RU2227818C1 (en) * 2002-11-28 2004-04-27 Костромской государственный технологический университет Method of electrochemical polishing of silver and silver alloys by pulse current
DE10259934B3 (en) * 2002-12-20 2004-10-14 H.C. Starck Gmbh Process for the production of molded parts from niobium or tantalum by electrochemical etching and molded parts obtainable in this way
KR20040059132A (en) * 2002-12-28 2004-07-05 주식회사 포스코 Electroplating Steel Sheet Having Superior Corrosion Resistance And Weldability And Plating Solution Thereof
KR100680255B1 (en) * 2003-11-24 2007-02-09 신홍섭 The coating method of magnesium-alloy for the protection of environment
DE502005002702D1 (en) * 2004-09-25 2008-03-13 Chemetall Gmbh PROCESS FOR REMOVING LASER ZUNDER
KR20070006061A (en) * 2005-07-07 2007-01-11 한국아이디켐주식회사 Metal cleaner
JP2007231413A (en) * 2006-02-06 2007-09-13 Chiaki Taguchi Electrolytic solution to be used for electrolytic polishing method for stainless steel
JP2009108405A (en) * 2007-10-10 2009-05-21 Ebara Corp Electrolytic polishing method and apparatus of substrate
KR100976787B1 (en) * 2008-04-25 2010-08-18 남동화학(주) Zinc plated steel having iron flash plating film thereon and composition of bath of iron flash plating and method for manufacturing the zinc plated steel

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4220509A (en) * 1979-07-30 1980-09-02 Karyazin Pavel P Electrolyte for electrochemical polishing of articles made of titanium and titanium alloys
US5417819A (en) * 1994-01-21 1995-05-23 Aluminum Company Of America Method for desmutting aluminum alloys having a highly reflective surface
EP1911862A2 (en) * 2006-10-09 2008-04-16 Poligrat Gmbh Electropolishing method for niobium and tantalum
RU2373306C2 (en) * 2007-06-25 2009-11-20 ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" Method of multistage electrolyte-plasma polishing of products made of titanium and titanium alloys

Also Published As

Publication number Publication date
EA201501129A2 (en) 2016-04-29
WO2012071030A1 (en) 2012-05-31
KR20170043668A (en) 2017-04-21
RU2631575C2 (en) 2017-09-25
EA024812B1 (en) 2016-10-31
JP2013543060A (en) 2013-11-28
RU2015126375A (en) 2017-01-12
KR20170138575A (en) 2017-12-15
EA201501129A3 (en) 2016-08-31
JP5913349B2 (en) 2016-04-27
KR20130126644A (en) 2013-11-20
UA108138C2 (en) 2015-03-25
US20120125787A1 (en) 2012-05-24
RU2561549C2 (en) 2015-08-27
EA201390753A1 (en) 2014-03-31
RU2013128610A (en) 2014-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8357287B2 (en) Electrolyte solution and electropolishing methods
Xu et al. Electrochemical machining of high-temperature titanium alloy Ti60
EP3359712B1 (en) Smoothing the surface finish of rough metal articles
RU2631575C2 (en) Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification
US20170051428A1 (en) Electrolyte solution and electrochemical surface modification methods
JP6219991B2 (en) Electrolyte solution and electrochemical surface modification method
EP3488030B1 (en) Method for polishing conductive metal surfaces
IL127079A (en) Method for obtaining well defined edge radii by electropolishing

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment