FI88408C - Foerfarande foer slipning och/eller polering av metallfoeremaol - Google Patents

Description

1 88408

Menetelmä metalliesineiden hiomiseksi ja/tai kiillottamiseksi - Förfarande för slipning och/eller pole-ring av metallföremäl 5

Pyörivällä viimeistelylaitteistolla käsitetään pyörivä ja/tai värähtelevä yksikkö, kuten kello, rumpu ja täry-laitteisto, spiratroni, keskipakohiomalaite jne. Tällaista laitetta käytetään erilaisten esineiden massapin-10 takäsittelyyn.

Näiden käsittelyjen apuna (yleensä hionta ja kiillotus) käytetään yleensä siruja ja seoksia.

15 Termillä siru käsitetään paloja, hiukkasia, lohkareita mitä erilaisimmista aineista kuten lasista, basaltista, marmorista, muovista, keraamisesta aineesta, joilla on hankaava, hiova tai kiillottava vaikutus pyörittämällä tai täryttämällä käsiteltävään pintaan. Sidottuja hio-20 misaineita, kuten alundumia, piikarbidia, kvartsia jne.

käytetään usein sidotussa muodossa posliinirakeina, keraamisina monitahokkaina, muovikartioina, palloina jne.

Termi seos tarkoittaa pyöröviimeistelyprosessiin lisät-;./25 täviä lisäaineita (joko kiinteitä aineita tai nesteitä) , ·’ ' jotka todella tehostavat ja/tai kiihdyttävät käsittelyä, '·1- kuten esim. hiomista ja kiillotusta, kemiallisen ja/tai :.'i fysikaaliskemiallisen vaikutuksensa ansiosta käsiteltä- : vän aineen pintaan.

: V :30

Metalliesineet ovat esim. kone- ja työkaluosia, ruuvi-avaimia, koriste-esineitä y.m., jotka on tehty esimer-kiksi metallilejeeringistä.

• • · • · · · 2 88408

Hienojakoinen jauhemainen aine on jauhemainen aine, jonka hiukkasten koot vaihtelevat parin pn sisällä.

5 Kemikaaleja (liuoksina tai muuten) on käytetty aikojen alusta sileiden metallipintojen aikaansaamiseksi. Kirjallisuudesta löytyy lukemattomia kemiallisia yhdisteitä syövyttämistä, etsaamista, painekiillottamista jne. varten. Elektrolyyttisessä kiillotuksessa (väräh-10 televää tai värähtelemätöntä) tasavirtaa kohdistetaan samanaikaisesti kemiallisen reaktion kanssa, jolloin aikaansaadaan kiiltävä metallipinta.

Kaikissa näissä menetelmissä liukenee esineistä suh-15 teellisen suuri määrä metallia liuokseen.

Pyöröviimeistelyroenetelmissä metallihukka on aika paljon pienempi. Niissä yhdistyy sirujen hiova vaikutus heikompitehoiseen yhdisteeseen kuin mitä käytetään syövyttämi-20 seen, etsaamiseen tai painekiiliottamiseen.

Pintakäsittelyssä usein käytettävä pyöröviimeistely- laitteisto on spiratroni.

25 Spiratroni on iso kulhon tapainen, jossa on pyöreästi nouseva pohja, joka saatetaan pyörivään ja värähtälevään liikkeeseen ja tällöin kulhossa olevat sirut kehittävät värähtelevän, pyörivän liikkeen ja kohdistavat hankaa-vaa, hiovaa ja kiillottavaa työstöä käsiteltäviin raetal-30 liesineisiin.

Tavanomaisissa menetelmissä tällaiset käsittelyt ovat erittäin aikaavieviä ja kestävät usein peräti 10-24 tuntia.

35 3 88408 Tästä syystä on erittäin tärkeätä, että käsittelyn kestoa lyhennetään tai täryhiomisprosessia nopeutetaan kemiallisin (tai fysikaalisin) keinoin. Tätä aluetta on 5 tutkittu hyvin paljon.

Vibratory Finishing with chemical accelerators -julkaisun (Safranek & Miller) mukaan bisulfaatit ja bikro-maatit lyhentävät hiomisjaksoa huomattavasti. US-paten-10 tin 3,979,858 mukaan ovat orgaanisten happojen vesi-liuokset, joiden pH on noin 1,5 aikaasäästäviä. US-patentissa 2,298,418 käytetään fosfaatteja, US-patentti 3,932,243 esittää fosfaattiestereitä yhdisteeksi hio-mis/kiillottusprosessin nopeuttamiseksi. Parhaat tulok-15 set on saavutettu US-patentissa 4,491,500, jossa käytetään oksaalihappoa polyfosfaatin kanssa hapettavassa ympäristössä (esim. H2O2), jolloin saavutetaan 25 - 80 % säästö hiomisajassa. US-patentissa 4,491,500 painotetaan, että kemialliset reaktiot metallipinnan ja hapet-20 tavan ympäristön yhteisvaikutuksesta syntyy konversio-kerros, joka voidaan helposti hangata pois.

Esillä olevan keksinnön kohteena on aikaansaada parannettu menetelmä metalliesineiden hiomiseksi ja/tai 25 kiillottamiseksi.

Esillä olevassa tapauksessa tutkimustyössä lähdettiin toisesta näkökulmasta.

30 Jos metalliin kohdistetaan väliaine, joka tuottaa vetyä . . in status nascendi mainitun metallin pinnalle, voi tästä olla seurauksena, että metalli imee vedyn itseensä. Tämä heikentää olennaisesti metallipinnan lujuutta.

35 Tällaisen pinnallisen vetyhaurauden aikaansaaminen . edesauttaa hiomisprosessin keston lyhentämistä.

4 88408 Tähän vaikuttavat kemialliset ja fysikaaliset reaktiot ovat äärimmäisen monimutkaisia: 5 1. Vetyhaurauden luominen ajan funktiona on tärkeä parametri; monet tekijät vaikuttavat nopeuteen, jolla pintavetyhauraus aikaansaadaan, esim: 2. Värähteleevien sirujen amplitudi ja taajuus ja/tai 10 pyöröhiomislaitteiston pyörimisnopeus ja mittasuhteet.

3. Yhdisteen kemiallinen koostumus; konsentraatio, prosessilämpötila jne. ovat olennaisen tärkeitä vedyn kehittymisen kannalta in status nascendi ja sen iraeyty- 15 miseen.

Kaikki nämä tekijät ja lisäksi jauhettavan aineen laatu ja koostumus vaikuttavat vetyhaurausasteeseen.

20 Rajapintailmiöt sirujen, väliaineen ja metallipinnan välillä, kuten esim. mikroelementit, kontaktipotentiaa-lit, redoxpotentiaalit, ylijännite, paikalliset elastiset tai plastiset epämuodostumat pinnassa ym. ovat erittäin tärkeitä huomioonotettavia tekijöitä.

25

Pitäen lähtökohtana keksinnöllistä ajatusta suoritettiin useita kokeita.

a. Laitteistot.....ja apuvälineet 30

Esillä olevassa tutkimuksessa käytettiin 50 1 spiratro-nia, johon oli panostettu 50 kg siruja, jotka olivat keraamisesti sidottua korundijauhetta. Hiomiskokeet suoritettiin karaistua terästä olevilla esineillä, 35 joilla oli martensiittinen rakenne.

5 88408

Hiomistuloksia seurattiin Surtronic 10 karkeusmittaril-la.

5 Jäännöskarkeus (RR) mitattiin ja tämän perusteella laskettiin jäännöskarkeus prosentuaalisesti (%RR), eli metallipinnan karkeus hiomistestin jälkeen laskettuna prosentteina kyseisen metallipinnan karkeudesta ennen hiomista. Tästä pääteltiin, että mitä alhaisempi %RR-10 arvo sitä parempi hiomistulos.

b_. Kuyiot

Seuraavassa esitettävien testien tulokset on esitetty kaavioissa.

15

Kuvio 1 esittää jäännöskarkeuden (%RR) prosenttimäärän oksaalihappokonsentraation funktiona. Eri testit suoritettiin kaikki yhtä pitkän ajanjakson aikana.

Kuvio 2 esittää jäännöskarkeuden prosenttimäärän 4% 20 oksaalihappoa käytettäessä vallinneen lämpötilan funk tiona.

Kuvio 3 esittää jäännöskarkeuden prosenttimäärän sinkki jauhekonsentraation funktiona.

Kuvio 4 esittää jäännöskarkeuden prosenttimäärän useam-25 man yhdisteen hiomisjakson funktiona.

c. Happojen käyttäminen hiomisiaksoa lyhentävinä yhdis teinä 30 Edelleen kehittäen Semenek et ai:in työtä tehtiin kokeita, joissa yhdisteenä käytettiin oksaalihapon vesiliuoksia (oksaalihappo on metallinkäsittelyssä eniten käytetty orgaaninen happo, koska se on väkevä happo ja hyvin pienellä todennäköisyydellä aiheuttaa korroosio-ongel-. ·. 35 mia).

6 88408 Lämpötilan ja oksaalihappokonsentraation vaikutusta hiomis- ja kiillotustulokseen mitattiin. Oksaalihappokonsentraation vaikutusta selvittävät tulokset on 5 kaikki sisällytetty kaavioon I. %RR-arvo pienenee kun happokonsentraatiota lisätään. On kuitenkin yllättäen huomattu, että käyrässä on laskukohta konsentraation ollessa n. 4,5 painoprosenttia oksaalihappoa.

10 Tästä voidaan päätellä, että näissä olosuhteissa saavutetaan paras hiomistulos alhaisemmissa happokonsentraa-tioissa kun liuos on n. 4,5 painoprosenttia oksaalihappoa.

15 Vastaavia tuloksia saavutettiin muilla Semenek et ai:in mainitsemilla hapoilla. Erityisesti sitruunahappo on erinomainen vaihtoehto.

Lämpötilan vaikutusta hiomisprosessiin esittävät koe-20 tulokset on yhdistetty kaavioon II.

Kaaviosta ilmenee, että lämpötila on tärkeä tekijä hiomisprosessissa (vähennystä noin 1 %RR/°C). Pistesyö-pymisen (ja muiden korroosiovahinkojen) esiintyminen 25 määrittää lämpötilanousujen rajat. Lämpötilarajoitukset vaihtelevat eri metallityyppien ja/tai lejeerinkien myötä ja voidaan parhaiten määrittää empiirisesti mille tahansa valitulle olosuhteelle.

30 d. Metallijauheiden vaikutus

Esillä olevassa tutkimuksessa happoväliaineen vähentävää vaikutusta nopeutettiin lisäämällä metallijauhe.

35 Millä tahansa happovällaineella (pH 7) on pelkistävä vaikutus suspendoitaessa metalli jauhetta mainittuun 7 83408 väliaineesen, jos metallin hapetuspotentiaali on positiivinen (ja jos hapettavia aineita ei ole läsnä). Jos suspendoidun metallijauheen hapetuspotentiaali lisäksi 5 on korkeampi kuin käsiteltävän metallipinnan ovat positiiviset kontaktipotentiaalit tärkeä tekijä halutun pintavetyhaurauden aikaansaamiseksi.

Monet kokeet ovat osoittaneet, että sirkonium- ja sink-10 kijauhe (joiden hapetuspotentiaalit ovat l,5V ja 0,8V) terästä (hapetuspotentiaali n. 0,4V) hiottaessa tuottivat %RR-arvoja, jotka ovat paljon alhaisempia kuin molybdeenilla, tinalla ja volfrämillä (hapetuspotentiaalit 0,2V, 0,14V ja 0,1V) saavutetut.

15 Nämä tulokset käyvät mitä ilmeisimmin yhteen yllä esitetyn hypoteesin kanssa.

Näissä kokeissa jatkettiin niitä olosuhteita, jotka 20 vallitsivat oksaalihappokonsentraation ja lämpötilan jälkeen (b) siten, että lisättiin erittäin hienojakoista sinkkiä (Zincoli 600 ja 620). Kokeeseen valittiin sinkkijauhe, koska sillä on tarkoitukseen sopiva hapetuspotentiaali, sitä on helposti saatavissa ja se on 25 halpaa, mutta muilla metalleilla, joilla on hiovattavaa metallia korkeampi hapetuspotentiaali, kuten sirkonium ja alumiini, saavutetaan samantyyppiset tulokset.

Tämän sinkkijauheen konsentraation vaikutusta hiomis-30 prosessiin optimaalisessa oksaalihappoväliaineessa testattiin (oksaalihappokonsentraatio 4,5 %, lämpötila 35°C).

Tulokset on yhdistetty kuviossa 3.

35 s 88408 Tämän kaavion perusteella aikaansaadaan käyttämällä yhdistettä, joka on orgaaninen happo tai orgaanisten happojen seos tai orgaanisten happojen liuos metalliesi-5 neiden hiomiseen ja/tai kiillottukseen soveltuvassa konsentraatiossa ja hienojakoisen metallin tai lejee-ringin, jolla on nollaa suurempi hapetuspotentiaali läsnäollessa hiomis/kiillotusympäristössä, selvästi parempi hiomis- ja/tai kiillotustulos, joka on vetyhau-10 rauden ansiota.

On yllättävää huomata, että samoin kuin oksaalihapon konsentraatiota esittävässä käyrässä, myös tässä käyrässä esiintyy jyrkkä laskukohta. Voidaan päätellä, 15 että n. 0,25 painoprosentissa sinkki jauhetta ovat hio mis- ja kiillotustulokset optimaaliset karkaistujen teräsesineiden kohdalla.

On itsestään selvää, että hienojakoinen metalli jauhe 20 voidaan lisätä hiomisväliaineeseen jollain muulla taval la, esim: a. Metallijauhe on voitu sisällyttää riittävissä määrissä käytettäviin siruihin siten, että molemminpuolisessa hankauksessa kyseinen metalli, esim. sinkki, 25 sirkonium, alumiini vapautuu hienojakoisena ja nopeuttaa haluttua vetyhaurautta.

b. Metalli, esim. sinkki, sirkonium, alumiini voidaan lisätä hiomisprosessiin riittävän suurissa määrin sel- 30 laisenaan tai lejeerinkinä esim. pellettien muodossa. Esineiden ja sirujen välisessä molemminpuolisessa hankauksessa kyseinen metalli, esim. sinkki, sirkoni, alumiini hankautuu irti ja osallistuu haurauttamispro-sessiin hiomispölynä.

e. Hiukkaskoon vaikutus 35 9 88408

Hiomiskokeista, joissa käytettiin sinkkijauhetta ilmeni, että metallin hiukkaskoko on olennaisen tärkeä. Parhaat tulokset saavutettiin erittäin hienojakoisella 5 metalli jauheella (sinkki), jonka hiukkaskoko oli 0,1-10 μιη. Syy tähän on luultavasti erittäin pienten hiukkaskoko jen kasvava kemiallinen reaktiokyky, mikä käy hyvin ilmi nikkelikarbonyylistä saadun nikkelin tapauksessa, joka on niin hienojakoista, että siitä tulee 10 itsestään syttyvää joutuessaan ilman kanssa kosketuksiin.

Kaaviossa IV verrataan esillä olevien hiomistulosten edullisimpien yhdistelmien tuloksia US-patentissa 15 4,491,500 taulukossa II esitettyihin tuloksiin. Samoin kuin esillä olevassa keksinnössä on US-patentin 4,491,500 tulosten kohteena kovametalliesineiden hiominen 35 - 40°C:ssa spiratronissa. Mainitussa US-patentissa käytettiin yhdisteenä polyfosfaattia, oksaalihappoa 20 ja vetyperoksidia hapettavan ympäristön aikaansaamisek- ; ‘ si.

Kaaviosta käy ilmi, että esillä olevalla metallia (sinkkiä) sisältävällä yhdisteellä saavutetaan paremmat 25 hiomistulokset pelkistävässä ympäristössä kuin US-paten tin 4,491,500 mukaisella hapettavalla yhdisteellä.

Kuten aikaisemmin todettiin aloitettiin tutkimukset siitä hypoteesista, että hiomis- ja kiillotusprosessia 30 voidaan kiihdyttää nopeuttamalla vetyhaurauden kehitty mistä käsiteltävien esineiden pinnassa.

Kyseinen vetyhauraus (fysikaalinen tekijä) on ilmeisesti suurin parannustekijä, eli karkean metallipinnan ! 35 hankauskyvyn nopeutuminen. US-patentissa 4,491,500 1» 88408 esitetty hapettavasti synnytetty kemiallinen muutos-kerros on toissijainen.

5 Hiomis- ja kiillotusprosessin kiihdytys voidaan aikaansaada pelkistävässä ympäristössä.

Claims (5)

11 88408

1. Menetelmä metalliesineiden hiomiseksi ja/tai kiillottamiseksi pyöröviimeistelylaitteistossa, jossa (a) sopiva määrä esineitä, joiden metallipintakarkeus ylit-5 tää viimeistelyyn vaadittavan karkeuden, jonka aritmeettinen keskiarvo yleensä on yli 5 μιη, syötetään pyörövii-meistelylaitteistoon ja pyöritetään jonkin aikaa yhdessä (b) riittävän määrän siruja kanssa, jotka soveltuvat käsiteltävien metalliesineiden hiomiseen ja/tai kiillot -10 tamiseen ja (c) yhdisteen kanssa, joka edistää hiomista ja/tai kiillottamista ja käsittää yhden tai useamman orgaanisen hapon, tunnettu siitä, että yhdiste on orgaaninen happo tai seos orgaanisia happoja tai liuos orgaanisia happoja konsentraationa, joka soveltuu 15 metalliesineiden hiomiseen ja/tai kiillottamiseen, ja että hiomisympäristö myös käsittää hienojakoisen metallin tai lejeeringin, jonka hiukkaskoko on joitakin μπι ja jonka hapetuspotentiaali on suurempi kuin sillä metallilla tai metallilejeeringillä, josta hiottavat tai 20 kiillotettavat esineet on valmistettu, jolloin kosketus-potentiaali katodisesti stimuloi halutun vetyhaurauden syntymistä.

... 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - I.. 25 n e t t u siitä, että orgaaninen happo on oksaalihappo '*_*/ ja/tai sitruunahappo, jonka konsentraatio on 0,5-50,0 %, '·’·* edullisesti 3-6 % nestelitraa kohti.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene-30 telmä, tunnettu siitä, että erittäin hienojakoinen metalli on sinkkiä, jonka hiukkaskoko on 0,01-400 μιη, edullisesti 0,5-20,0 /im. _·

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene- • "·' 35 telmä, tunnettu siitä, että hienojakoinen metal li ja/tai lejeerinki, erityisesti sinkkijauhe, sisältyy ; yhdisteesen ja/tai siruihin konsentraationa 0,05-9,5 %, ....: edullisesti 0,1-0,8 % litraa kohti yhdistettä ja/tai 12 88408 että sirut käsittävät niin suuren määrän metallia ja/tai lejeerinkiä, erityisesti sinkkiä, että käsittelyn aikana n. 0,05-9,5 %/litra, edullisesti 0,1-0,8 %/litra metallia tai lejeerinkiä, erityisesti sinkkiä, päätyy väliai-5 neeseen.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että erittäin hienojakoista metallijauhetta saadaan riittävä määrä hankauk-10 sesta, jonka kohteena on metallia tai metallilejeerinkiä olevat lisätyt karheammat kappaleet.