EA047732B1 - METHOD OF ELECTROLYTIC-PLASMA POLISHING OF THE SURFACE OF PRODUCTS MADE OF TITANIUM AND NICKEL-TITANIUM ALLOYS - Google Patents
METHOD OF ELECTROLYTIC-PLASMA POLISHING OF THE SURFACE OF PRODUCTS MADE OF TITANIUM AND NICKEL-TITANIUM ALLOYS Download PDFInfo
- Publication number
- EA047732B1 EA047732B1 EA202491199 EA047732B1 EA 047732 B1 EA047732 B1 EA 047732B1 EA 202491199 EA202491199 EA 202491199 EA 047732 B1 EA047732 B1 EA 047732B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- electrolyte
- titanium
- product
- electrolytic
- nickel
- Prior art date
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims description 19
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 18
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims description 18
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 title claims description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 15
- HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni] Chemical compound [Ti].[Ni] HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 12
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 48
- 150000001414 amino alcohols Chemical class 0.000 claims description 11
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 4
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 4
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 4
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 3
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- MIMUSZHMZBJBPO-UHFFFAOYSA-N 6-methoxy-8-nitroquinoline Chemical compound N1=CC=CC2=CC(OC)=CC([N+]([O-])=O)=C21 MIMUSZHMZBJBPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010007269 Carcinogenicity Diseases 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine hydrochloride Chemical compound Cl.ON WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N Methanesulfonic acid Chemical compound CS(O)(=O)=O AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 231100000260 carcinogenicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000007670 carcinogenicity Effects 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 fluorine ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical compound [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AVXURJPOCDRRFD-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine Chemical compound ON AVXURJPOCDRRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010380 TiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229940127554 medical product Drugs 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229940098779 methanesulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки материалов, в частности к электролитно-плазменной обработке, и может быть применено для полирования, удаления заусенцев, скругления острых кромок, очистки поверхности изделий из титановых сплавов и из сверхупругих никель-титановых сплавов с эффектом памяти формы. Наиболее перспективной областью применения заявляемого изобретения является производство изделий медицинского назначения, функционирование которых предполагает реализацию эффекта памяти формы.The invention relates to the field of electrophysical and electrochemical processing of materials, in particular to electrolytic-plasma processing, and can be used for polishing, removing burrs, rounding off sharp edges, cleaning the surface of products made of titanium alloys and superelastic nickel-titanium alloys with a shape memory effect. The most promising area of application of the claimed invention is the production of medical products, the operation of which involves the implementation of a shape memory effect.
Известно приспособление для электрохимического полирования, состав электролита для электрохимического полирования стентов из никель-титанового сплава и способ использования электролита в сочетании с приспособлением, предусматривающие, что электролит содержит: метанол -70-95%; серную кислоту - 5-15%; соляную кислоту - 1-6% [1].A device for electrochemical polishing, an electrolyte composition for electrochemical polishing of stents made of nickel-titanium alloy and a method for using the electrolyte in combination with the device are known, providing that the electrolyte contains: methanol - 70-95%; sulfuric acid - 5-15%; hydrochloric acid - 1-6% [1].
Недостатком данного способа является использование токсичного и легковоспламеняющегося метанола.The disadvantage of this method is the use of toxic and flammable methanol.
Известны состав электролита и метод электрохимического полирования никель-титановых сплавов и других металлических материалов, включая вольфрамовые, ниобиевые и танталовые сплавы, предусматривающие, что электролит включает метансульфоновую кислоту (25%) и бутанол (75%) [2].The composition of the electrolyte and the method of electrochemical polishing of nickel-titanium alloys and other metallic materials, including tungsten, niobium and tantalum alloys, are known, which provide that the electrolyte includes methanesulfonic acid (25%) and butanol (75%) [2].
Недостаток данного метода заключается в использовании легковоспламеняющегося и вызывающего коррозию электролита.The disadvantage of this method is the use of a flammable and corrosive electrolyte.
Кроме того, известен электролит для электрохимического полирования поверхностей изделий из металлов, содержащий серную кислоту (20,0-60,0%), бифторид аммония (4,0-8,5%) и, как минимум, одну гидроксикарбоновую кислоту (40,0-80,0%) [3].In addition, an electrolyte for electrochemical polishing of metal product surfaces is known, containing sulfuric acid (20.0-60.0%), ammonium bifluoride (4.0-8.5%) and at least one hydroxycarboxylic acid (40.0-80.0%) [3].
Недостатком указанного состава электролита является его высокая агрессивность и использование токсичного бифторида аммония.The disadvantage of the specified electrolyte composition is its high aggressiveness and the use of toxic ammonium bifluoride.
Также известен способ полирования деталей из титановых сплавов, предусматривающий, что к обрабатываемой детали прикладывают электрический потенциал от 250 до 320 В, причем в качестве электролита используют водный раствор с содержанием от 3,0 до 7,0% гидроксиламина солянокислого чистого, чистого для анализа или технически чистого и содержанием от 0,7 до 0,8% NaF или KF в качестве фторсодержащего соединения, а полирование ведут при температуре от 70 до 90°C [4].A method for polishing parts made of titanium alloys is also known, which involves applying an electric potential of 250 to 320 V to the part being processed, and using as an electrolyte an aqueous solution containing 3.0 to 7.0% pure hydroxylamine hydrochloride, pure for analysis or technically pure, and containing 0.7 to 0.8% NaF or KF as a fluorine-containing compound, and polishing is carried out at a temperature of 70 to 90°C [4].
Недостатком приведенного способа является высокая токсичность, канцерогенность, взрыво- и пожароопасность, что обусловлено наличием в составе электролита гидроксиламина. Кроме того, данный способ не позволяет получать качественную полированную поверхность деталей из-за невысокой стабильности в процессе обработки.The disadvantage of this method is its high toxicity, carcinogenicity, explosion and fire hazard, which is due to the presence of hydroxylamine in the electrolyte. In addition, this method does not allow obtaining a high-quality polished surface of parts due to low stability during processing.
Известен способ электролитно-плазменного полирования, согласно которому обрабатывают деталь из титанового сплава с содержанием ванадия от 3,5 до 6,0%. К детали прикладывают электрический потенциал от 340 В до 360 В, а обработку выполняют в электролите в виде водного раствора с содержанием 30-50 г/л KF-2H2O и 2-5 г/л CrO3 при температуре от 75 до 85°C в течение не менее 1,5 мин [5].A method of electrolytic-plasma polishing is known, according to which a part made of titanium alloy with a vanadium content of 3.5 to 6.0% is processed. An electric potential of 340 V to 360 V is applied to the part, and the processing is carried out in an electrolyte in the form of an aqueous solution containing 30-50 g/l KF-2H2O and 2-5 g/l CrO3 at a temperature of 75 to 85°C for at least 1.5 min [5].
Недостатком указанного способа является наличие в электролите токсичного и канцерогенного оксида хрома (VI).The disadvantage of this method is the presence of toxic and carcinogenic chromium (VI) oxide in the electrolyte.
Известен электролит, используемый для электролитно-плазменного полирования изделий из титана и его сплавов, состоящий из водного раствора фтористого аммония (1,0-5,0%) и фтористого калия (0,55,0%) [6].An electrolyte used for electrolytic-plasma polishing of titanium and its alloy products is known, consisting of an aqueous solution of ammonium fluoride (1.0-5.0%) and potassium fluoride (0.5-5.0%) [6].
Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбрано в качестве прототипа. Однако качественное электролитно-плазменное полирование с применением такого электролита может быть достигнуто только для технически чистого титана BT1. В результате обработки титановых сплавов, содержащих такие легирующие элементы, как алюминий, ванадий и молибден, на поверхности образуются дефекты. Также недостатком данного технического решения является наличие в составе электролита токсичных компонентов. Кроме того, указанный состав электролита не позволяет выполнить качественное электролитно-плазменное полирование изделий из никель-титановых сплавов, в особенности изделий малого сечения и жесткости, что проявляется в формировании на обрабатываемой поверхности рыхлого оксидного слоя, и чрезмерном разогреве изделия, что вызывает фазовое превращение материала с последующим необратимым изменением формы изделия.This technical solution is the closest in technical essence to the claimed invention and is selected as a prototype. However, high-quality electrolytic-plasma polishing using such an electrolyte can only be achieved for technically pure titanium BT1. As a result of processing titanium alloys containing such alloying elements as aluminum, vanadium and molybdenum, defects are formed on the surface. Another disadvantage of this technical solution is the presence of toxic components in the electrolyte. In addition, the specified composition of the electrolyte does not allow for high-quality electrolytic-plasma polishing of products made of nickel-titanium alloys, especially products of small cross-section and rigidity, which is manifested in the formation of a loose oxide layer on the treated surface and excessive heating of the product, which causes a phase transformation of the material with a subsequent irreversible change in the shape of the product.
Таким образом, в настоящий момент основным недостатком существующих методов полирования поверхности изделий из титановых и никель-титановых сплавов является использование опасных компонентов для приготовления электролитов. При этом в отношении электролитно-плазменного метода полирования с применением водных растворов отсутствуют составы электролитов и режимов обработки никель-титановых сплавов.Thus, at present, the main disadvantage of existing methods of polishing the surface of products made of titanium and nickel-titanium alloys is the use of hazardous components for the preparation of electrolytes. At the same time, with regard to the electrolyte-plasma polishing method using aqueous solutions, there are no electrolyte compositions and processing modes for nickel-titanium alloys.
Задачей заявляемого изобретения является повышение безопасности реализации способа для производственного персонала и оборудования, а также обеспечение качества обрабатываемой поверхности. Поставленная задача достигается за счет применения электролита на основе водного раствора с низкой концентрацией составляющих компонентов, а также снижения параметров шероховатости поверхности за счет установления параметров времени обработки изделия, температуры электролита и подаваемого на изделие напряжения.The objective of the claimed invention is to increase the safety of the method implementation for production personnel and equipment, as well as to ensure the quality of the surface being processed. The stated objective is achieved by using an electrolyte based on an aqueous solution with a low concentration of constituent components, as well as by reducing the surface roughness parameters by setting the parameters of the product processing time, the electrolyte temperature, and the voltage supplied to the product.
- 1 047732- 1 047732
Для решения поставленной задачи предлагается способ электролитно-плазменного полирования поверхности изделий из титановых и никель-титановых сплавов, при котором к обрабатываемому изделию прикладывают положительное по отношению к электролиту напряжение и погружают обрабатываемое изделие в электролит, при этом прикладываемое к обрабатываемому изделию напряжение составляет 200-450 В, обрабатываемое изделие помещается в электролит на 1-3 мин, при этом температура электролита составляет 80-95°C, а электролит содержит аммония фторид, аминоспирт и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:To solve the set problem, a method of electrolytic-plasma polishing of the surface of products made of titanium and nickel-titanium alloys is proposed, in which a positive voltage with respect to the electrolyte is applied to the workpiece and the workpiece is immersed in the electrolyte, while the voltage applied to the workpiece is 200-450 V, the workpiece is placed in the electrolyte for 1-3 minutes, while the electrolyte temperature is 80-95 °C, and the electrolyte contains ammonium fluoride, amino alcohol and water in the following ratio of components, wt. %:
аммония фторид: 3,0-6,0%;ammonium fluoride: 3.0-6.0%;
аминоспирт: 0,5-1,5%;amino alcohol: 0.5-1.5%;
вода: остальное.water: the rest.
При этом предусматривается частный случай реализации способа, при котором электролит предварительно прорабатывают анодом из титана BT1 с количеством электричества 0,1-0,5 А-ч/л.In this case, a special case of implementing the method is envisaged, in which the electrolyte is pre-treated with an anode made of BT1 titanium with an amount of electricity of 0.1-0.5 A-h/l.
Возможна реализация способа, при которой обрабатываемое изделие изготовлено из титана BT1 или титановых сплавов OT4 или BT6.It is possible to implement a method in which the workpiece is made of BT1 titanium or OT4 or BT6 titanium alloys.
Также возможен частный случай реализации способа, при котором обрабатываемое изделие имеет исходную шероховатость поверхности не более 0,7 мкм.It is also possible to implement a special case of the method in which the workpiece has an initial surface roughness of no more than 0.7 microns.
Кроме того, предусматривается реализация способа, при которой в качестве аминоспирта используется триэтаноламин.In addition, it is envisaged to implement a method in which triethanolamine is used as an amino alcohol.
Реализация способа электролитно-плазменного полирования поверхности изделий из титановых и никель-титановых сплавов поясняется следующими изображениями.The implementation of the method of electrolytic-plasma polishing of the surface of products made of titanium and nickel-titanium alloys is explained by the following images.
Фиг. 1 - внешний вид поверхности до и после электролитно-плазменного полирования.Fig. 1 - appearance of the surface before and after electrolytic plasma polishing.
Фиг. 2 - влияние продолжительности полирования на шероховатость поверхности.Fig. 2 - the influence of polishing duration on surface roughness.
Фиг. 3 - состояние поверхности до и после электролитно-плазменного полирования.Fig. 3 - surface condition before and after electrolytic plasma polishing.
Фиг. 4 - влияние продолжительности полирования на потенциал питтингообразования поверхности.Fig. 4 - The effect of polishing duration on the pitting potential of the surface.
Способ электролитно-плазменного полирования поверхности изделий из титановых и никельтитановых сплавов реализуется следующим образом.The method of electrolytic-plasma polishing of the surface of products made of titanium and nickel-titanium alloys is implemented as follows.
Изделие, выполненное из титанового или никель-титанового сплава, фиксируется и к нему подается напряжение 200-450 В, которое является положительным по отношению к электролиту. Затем данное изделие погружают в электролит таким образом, чтобы элементы изделия не выступали над поверхностью электролита. При этом предусматривается, что данное изделие может быть изготовлено из титана BT1 или титанового сплава OT4 или BT6. Кроме того, данное изделие может иметь исходную шероховатость поверхности не более 0,7 мкм.An article made of titanium or nickel-titanium alloy is fixed and a voltage of 200-450 V, which is positive with respect to the electrolyte, is applied to it. The article is then immersed in the electrolyte so that the elements of the article do not protrude above the surface of the electrolyte. It is envisaged that the article may be made of BT1 titanium or OT4 or BT6 titanium alloy. In addition, the article may have an initial surface roughness of no more than 0.7 μm.
Подача на изделие напряжения в диапазоне 200-450 В позволяет исключить формирование на поверхности изделия из титана оксидного слоя серого или белого оксидного слоя, а для изделия из никельтитанового сплава черного оксидного слоя, и разогрева, вызывающего фазовое превращение материала и, как следствие, необратимое изменение формы изделия. При этом также не возникает прерывание сплошности формируемой вокруг обрабатываемого изделия парогазовой оболочки.Supplying the product with voltage in the range of 200-450 V allows to exclude the formation of a grey or white oxide layer on the surface of the titanium product, and a black oxide layer for the nickel-titanium alloy product, and heating, causing a phase transformation of the material and, as a consequence, an irreversible change in the shape of the product. In this case, there is also no interruption of the continuity of the vapor-gas shell formed around the workpiece.
Электролит, в который погружают изделие, содержит аммония фторид, аминоспирт и воду при следующем соотношении компонентов: аммония фторид: 3,0-6,0%; аминоспирт: 0,5-1,5%; вода: остальное.The electrolyte in which the product is immersed contains ammonium fluoride, amino alcohol and water in the following ratio of components: ammonium fluoride: 3.0-6.0%; amino alcohol: 0.5-1.5%; water: the rest.
Аммония фторид, являющийся основным компонентом электролита, обеспечивает его необходимую электропроводность и активные свойства за счет содержания ионов фтора. Концентрация аммония фторида на уровне 3-5% позволяет сформировать стабильную парогазовую оболочку вокруг обрабатываемого изделия. При этом не происходит излишнего нагрева изделия и окисления острых кромок изделия с последующим необратимым изменением свойств материала, также не происходит формирования дефектов обработки поверхности в виде пор.Ammonium fluoride, which is the main component of the electrolyte, provides its necessary electrical conductivity and active properties due to the content of fluorine ions. The concentration of ammonium fluoride at the level of 3-5% allows to form a stable vapor-gas shell around the workpiece. At the same time, there is no excessive heating of the product and oxidation of the sharp edges of the product with subsequent irreversible change in the properties of the material, and there is no formation of surface treatment defects in the form of pores.
Аминоспирт с концентрацией 0,5-1,5% в составе электролита обеспечивает формирование глянцевой поверхности, а также отсутствие окислов и пор. При этом не происходит формирования светлой или темной оксидной пленки. Предусматривается, что в качестве аминоспирта может использоваться триэтаноламин.Amino alcohol with a concentration of 0.5-1.5% in the electrolyte ensures the formation of a glossy surface, as well as the absence of oxides and pores. In this case, there is no formation of a light or dark oxide film. It is envisaged that triethanolamine can be used as an amino alcohol.
Таким образом, низкая концентрация компонентов, входящих в состав электролита, исключает его легковоспламеняемость, токсичность и канцерогенность, что обеспечивает безопасность его применения.Thus, the low concentration of components included in the electrolyte eliminates its flammability, toxicity and carcinogenicity, which ensures the safety of its use.
Кроме того, в целях исключения формирования на поверхности изделия светлого или темного оксидного слоя при погружении изделия в свежеприготовленный электролит целесообразным является предварительная проработка электролита анодом из титана BT1 с количеством электричества 0,1-0,5 А-ч/л. Это позволяет обеспечить полирующий эффект за счет накопления в электролите ионов титана.In addition, in order to prevent the formation of a light or dark oxide layer on the surface of the product when immersing the product in a freshly prepared electrolyte, it is advisable to pre-treat the electrolyte with a BT1 titanium anode with an electric charge of 0.1-0.5 A-h/l. This ensures a polishing effect due to the accumulation of titanium ions in the electrolyte.
Также электролит, в который погружают изделие, должен иметь температуру в диапазоне 80-95°C, что позволяет обеспечить стабильность парогазовой оболочки, относительно низкую плотность тока и, как следствие, исключает чрезмерный съем металла. В результате возможным является выполнение обработки изделий малого сечения и жесткости.Also, the electrolyte in which the product is immersed must have a temperature in the range of 80-95°C, which ensures the stability of the vapor-gas shell, a relatively low current density and, as a result, eliminates excessive metal removal. As a result, it is possible to process products of small cross-section and rigidity.
После погружения изделие, находящееся под напряжением 200-450 В, выдерживают в электролите в течение от 1 до 3 мин. Под воздействием напряжения вокруг погруженного в электролит изделия возAfter immersion, the product, which is under a voltage of 200-450 V, is kept in the electrolyte for 1 to 3 minutes. Under the influence of voltage, a voltage rises around the product immersed in the electrolyte.
- 2 047732 никает устойчивая парогазовая оболочка и по всей обрабатываемой поверхности происходят импульсные электрические разряды. К возникновению эффекта полирования приводит совместное воздействие на поверхность детали химически активной среды и электрических разрядов через парогазовую оболочку, приводящих к растворению микронеровностей. Возникновение электрических разрядов наблюдается преимущественно на вершинах микровыступов, а формирование микропрофиля, происходит за счет их сглаживания. В результате обеспечивается требуемое качество поверхности без формирования рельефа с проявлением микроструктуры.- 2 047732 a stable vapor-gas shell is formed and pulsed electrical discharges occur over the entire surface being processed. The polishing effect is caused by the combined effect of a chemically active medium on the surface of the part and electrical discharges through the vapor-gas shell, which lead to the dissolution of microroughnesses. The occurrence of electrical discharges is observed mainly at the tops of microprotrusions, and the formation of a microprofile occurs due to their smoothing. As a result, the required surface quality is ensured without the formation of a relief with the manifestation of a microstructure.
Далее изделие извлекают из электролита и прекращают подачу на него напряжения.Next, the product is removed from the electrolyte and the voltage supply to it is stopped.
В результате применения способа электролитно-плазменного полирования поверхности изделий из титановых и никель-титановых сплавов происходит изменение шероховатости поверхности обрабатываемого изделия с 0,7 до 0,06 мкм.As a result of using the method of electrolytic-plasma polishing of the surface of products made of titanium and nickel-titanium alloys, the surface roughness of the processed product changes from 0.7 to 0.06 µm.
Примером практической реализации предлагаемого изобретения является электролитно-плазменное полирование стент-элементов, изготовленных из никель-титанового сплава в соответствии со стандартом ASTM F2063. Заготовки стент-элементов получали из трубы методом лазерной резки. После лазерной резки выполнялась термическая обработка. Площадь обрабатываемой поверхности изделия составляла 3,2 см2.An example of practical implementation of the proposed invention is electrolytic-plasma polishing of stent elements made of nickel-titanium alloy in accordance with the ASTM F2063 standard. Stent element blanks were obtained from a pipe by laser cutting. After laser cutting, heat treatment was performed. The area of the processed surface of the product was 3.2 cm 2 .
Используемый для обработки указанного изделия электролит содержал аммония фторид 4,0%, аминоспирт (триэтаноламин) 1,0%, вода - остальное. Температура электролита составляла 92°C. Обработка стент-элементов выполнялась при напряжении 320 В с различной временной продолжительностью.The electrolyte used for processing the specified product contained ammonium fluoride 4.0%, amino alcohol (triethanolamine) 1.0%, and water - the rest. The electrolyte temperature was 92°C. The processing of stent elements was performed at a voltage of 320 V with different time durations.
Внешний вид поверхности обрабатываемого изделия до и после электролитно-плазменного полирования представлен на фиг. 1. На поверхностях исходного образца присутствуют риски, полученные в процессе шлифования при производстве заготовки, грат, образованный при лазерной резке, а также механические загрязнения. В результате электролитно-плазменного полирования произошла очистка поверхности, сглаживание микрорельефа, удаление заусенцев, притупление острых кромок. Существенное изменение микрорельефа было достигнуто после обработки продолжительностью 3 мин.The appearance of the surface of the workpiece before and after electrolytic-plasma polishing is shown in Fig. 1. The surfaces of the original sample contain scratches obtained during grinding during the production of the workpiece, burrs formed during laser cutting, and mechanical impurities. As a result of electrolytic-plasma polishing, the surface was cleaned, the microrelief was smoothed, burrs were removed, and sharp edges were blunted. A significant change in the microrelief was achieved after processing for 3 minutes.
Наиболее интенсивное сглаживание микронеровностей наблюдалось в начальной стадии процесса обработки поверхности при продолжительности до 1 мин. При дальнейшей обработке интенсивность сглаживания значительно снижалась. В результате обработки продолжительностью 5-7 мин были достигнуты предельные значения среднего арифметического отклонения профиля (Ra). Влияние продолжительности полирования на шероховатость поверхности обрабатываемого изделия приведено на фиг. 2.The most intensive smoothing of microroughnesses was observed at the initial stage of the surface treatment process with a duration of up to 1 min. During further treatment, the intensity of smoothing decreased significantly. As a result of treatment with a duration of 5-7 min, the limiting values of the average arithmetic deviation of the profile (Ra) were achieved. The effect of polishing duration on the surface roughness of the workpiece is shown in Fig. 2.
Изображения, демонстрирующие состояние поверхности обрабатываемого изделия до и после электролитно-плазменного полирования, представлены на фиг. 3. На поверхности исходных образцов присутствуют питтинги, образованные в результате предварительного химического травления, а также включения в виде интерметаллидных фаз TiNi2Ox и TiC. В результате обработки продолжительностью 1 мин был удален поверхностный слой, содержащий питтинги, образованные в процессе предварительного химического травления, но интерметаллидные включения проявлялись в большей степени, чем на исходной поверхности. Дальнейшая обработка в течение 3 мин приводила к тому, что интерметаллидные включения начинали вытравливаться из структуры сплава, а на их месте оставались освободившиеся поры. В результате обработки продолжительностью 5-7 мин количество интерметаллидных включений существенно уменьшалось, а количество пор, соответственно, увеличивалось. При этом формировалась характерная для электрохимического травления рельефная поверхность с проявлением микроструктуры.The images demonstrating the state of the surface of the workpiece before and after electrolytic-plasma polishing are shown in Fig. 3. The surface of the original samples contains pits formed as a result of preliminary chemical etching, as well as inclusions in the form of intermetallic phases TiNi 2 O x and TiC. As a result of processing lasting 1 min, the surface layer containing pits formed during preliminary chemical etching was removed, but the intermetallic inclusions were more pronounced than on the original surface. Further processing for 3 min led to the fact that the intermetallic inclusions began to be etched from the alloy structure, and the released pores remained in their place. As a result of processing lasting 5-7 min, the number of intermetallic inclusions significantly decreased, and the number of pores, accordingly, increased. In this case, a relief surface with the manifestation of the microstructure characteristic of electrochemical etching was formed.
Диаграмма, характеризующая влияние продолжительности полирования на потенциал питтингообразования поверхности обрабатываемого изделия представлена на фиг. 4. Средние значения потенциала питтингообразования (Epitt) образцов обрабатываемого изделия после электролитно-плазменного полирования с различной продолжительностью составляли от 318 до 523 мВ. Среднее значение потенциала питтингообразования исходного образца после термообработки составила 348 мВ. Наибольшие значения потенциала питтингообразования были достигнуты при обработке продолжительностью до 3 мин. Обработка более 5 мин приводила к значительному уменьшению потенциала питтингообразования. Таким образом, обработка продолжительностью до 3 мин приводит к увеличению коррозионной стойкости обработанной поверхности.The diagram characterizing the effect of polishing duration on the pitting potential of the workpiece surface is shown in Fig. 4. The average values of the pitting potential (Epitt) of the workpiece samples after electrolytic-plasma polishing with different durations ranged from 318 to 523 mV. The average value of the pitting potential of the initial sample after heat treatment was 348 mV. The highest values of the pitting potential were achieved with treatment lasting up to 3 min. Treatment for more than 5 min led to a significant decrease in the pitting potential. Thus, treatment lasting up to 3 min leads to an increase in the corrosion resistance of the treated surface.
Химический анализ показал, что электролитно-плазменное полирование не привело к изменению состава поверхностного слоя. При этом повышение коррозионной стойкости связано не с изменением соотношения компонентов сплава, а с очисткой поверхности, повышением ее однородности, сглаживанием микропрофиля.Chemical analysis showed that electrolytic plasma polishing did not change the composition of the surface layer. At the same time, the increase in corrosion resistance is associated not with a change in the ratio of alloy components, but with cleaning the surface, increasing its homogeneity, and smoothing the microprofile.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет обеспечить снижение параметров шероховатости поверхности изделий из титановых и никель-титановых сплавов, а также за счет применения водного раствора с низкой концентрацией достигается безопасность реализации способа для людей и оборудования.Thus, the claimed invention allows for a reduction in the surface roughness parameters of products made from titanium and nickel-titanium alloys, and also, due to the use of an aqueous solution with a low concentration, the safety of the method for people and equipment is achieved.
Источники информации.Sources of information.
1. Международная заявка PCT/US2001 /004078 - аналог.1. International application PCT/US2001/004078 - analogue.
2. Международная заявка PCT/EP2014/075710 - аналог.2. International application PCT/EP2014/075710 is an analogue.
3. Международная заявка PCT/EP2004/004600 - аналог.3. International application PCT/EP2004/004600 is an analogue.
- 3 047732- 3 047732
4. Патент Российской Федерации на изобретение №2552203 - аналог.4. Patent of the Russian Federation for invention No. 2552203 - analogue.
5. Патент Российской Федерации на изобретение №2495967 - аналог.5. Patent of the Russian Federation for invention No. 2495967 - analogue.
6. Патент Республики Беларусь на изобретение №7570 - прототип.6. Patent of the Republic of Belarus for invention No. 7570 - prototype.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA047732B1 true EA047732B1 (en) | 2024-08-30 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2373306C2 (en) | Method of multistage electrolyte-plasma polishing of products made of titanium and titanium alloys | |
| JP5973351B2 (en) | Electrolyte solution and electropolishing method | |
| JP2013533381A (en) | Strongly passivated metal electrolysis system and processing method | |
| JPH03501753A (en) | Electrochemical processing method for articles made of conductive materials | |
| Mohan et al. | Electropolishing of stainless steel—a review | |
| JP2008223139A (en) | Electropolishing process for titanium | |
| JPH11193498A (en) | Cathodic-protection coating of magnesium or its alloy and its production | |
| JPS6156320B2 (en) | ||
| RU2552203C2 (en) | Method of grinding parts made from titanium alloys | |
| DE10207632A1 (en) | Plasma polishing of objects made of titanium or titanium alloys comprises applying a voltage to the object positioned in a warm aqueous electrolyte solution, followed by processing using plasma polishing | |
| JP2008095192A (en) | Electropolishing process for niobium and tantalum | |
| Chatterjee | Science and industry of electropolishing | |
| FR2838754A1 (en) | Method of anodizing aluminum alloy part, e.g. aviation component, involves dipping part into bath comprising sulfuric acid, applying voltage to dipped part, and maintaining part in bath until coating of desired thickness has been obtained | |
| Spica et al. | Evolution of model roughness on quasi-pure aluminum during plasma electrolytic polishing | |
| US4563257A (en) | Method of electrolytically polishing a workpiece comprised of a nickel-, cobalt-, or iron-based alloy | |
| EA047732B1 (en) | METHOD OF ELECTROLYTIC-PLASMA POLISHING OF THE SURFACE OF PRODUCTS MADE OF TITANIUM AND NICKEL-TITANIUM ALLOYS | |
| US20080047837A1 (en) | Method for anodizing aluminum-copper alloy | |
| RU2706263C1 (en) | Method of electrolytic-plasma polishing of articles from titanium and iron-chromium-nickel alloys | |
| Pira et al. | Plasma Electrolytic Polishing as a promising treatment replacement of electropolishing in the copper and Niobium substrate preparation for SRF | |
| RU2467098C1 (en) | Method of plasma-electrolytic removal of coatings from titanium nitrides or those of compounds of titanium with metals | |
| RU2495966C1 (en) | Method of grinding parts made from titanium alloys | |
| JPH08144089A (en) | Vacuum chamber member made of aluminum or aluminum alloy | |
| RU2566139C2 (en) | Method for electrolyte-plasma removal of polymer coatings from surface of part from alloyed steels | |
| Irving | Electropolishing stainless steel implants | |
| Stulov et al. | Electropolishing of niobium coatings on spherical shape samples |