JP2005206928A - チタン又はチタン合金の電解研磨方法とその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 チタン又はチタン合金の電解研磨方法において、電解処理液として、炭素数2〜4のいずれかのアルコール及び金属塩化物を含有する液を採用し、電解研磨条件として、3〜500A/dm2の電流密度及び5〜70℃の電解処理液温度を採用し、振動条件として、10〜1000回/分の振動数、0.1〜100mmの振動ストローク及び0.1〜100Nの振動吸引力を採用し、前記電解処理液中でチタン又はチタン合金製の被処理材を振動させる。
【選択図】 図3
Description
また、特許文献2には「チタン電解研磨用浴組成物およびその使用方法」として、硫酸、フッ化水素酸、酢酸を含む浴組成物が開示されている。
さらに、特許文献3には、「チタン又はチタン合金の電解研磨法」として、還元剤を添加混合した電解処理液を使用して、プラス及びマイナス電流を交互に流すパルス電解法により、チタン又はチタン合金に平滑で光沢のたる電解研磨面を生成させる電解研磨法が開示されている。
上記構成のチタン又はチタン合金の電解研磨方法において、炭素数2〜4のアルコールは、被処理材であるチタン又はチタン合金の表面に発生する陽極酸化皮膜の発生を抑制する作用を有し、金属塩化物はアルコール中へのチタンの溶解を促進して電気伝導度を増加させる作用を有する。
また、電解研磨は振動を与えながら実施されるが、この振動によって被処理材の表面に形成される粘性液体膜が均一に構成されるように制御されるという作用を有する。
上記構成のチタン又はチタン合金の電解研磨装置においては、陽極の端部に設けられた導体部に被処理材を接続して、その陽極を振動発生部によって振動させることによって、被処理材に振動を加えるという作用を有する。
上記構成のチタン又はチタン合金の電解研磨装置においては、振動条件を可変として電解処理液条件や被処理材の形状などによって変動する最適な電解研磨条件を選択することを可能とする作用を有する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係るチタン又はチタン合金の電解研磨装置の概念図である。図1において、電解研磨装置1は、電解処理液2を貯留する電解槽3を備えている。この電解槽3の上方には、電解槽3内への異物混入を防止するとともに電解処理液2が電解研磨作業中に飛び散ることのないように蓋16が配置され、さらに、この蓋16には、振動発生装置5を保持するための2本の保持アーム4,17が設けられている。
振動発生装置5からは、振動伝導アーム19が延設されており、この振動伝導アーム19の下端は電解槽3内の電解処理液2に浸漬され、その下端部には電気伝導性を備えたクリップ形状の接続用アーム18が設けられている。この接続用アーム18に被処理材15が接続され、振動発生装置5から振動伝導アーム19を介して振動が伝達され、被処理材15は電解研磨作業中に振動する。この振動は、電解研磨作業中に継続的に与えられる。この振動を与えることなく、電解研磨によって被処理材15の表面に形成される酸化物の粘性液体膜をそのまま放置した場合にはこの粘性液体膜が被処理材15の表面に固着する。固着した粘性液体膜は、非常に安定しており絶縁の働きをして通電不良を生じさせて電解研磨が進行しなくなってしまう。
そこで、この粘性液体膜が固着する前に、振動によって均一面を構成するように適正に剥離させながら鏡面を得るのである。
なお、被処理材15を振動させることなく、電解処理液2を電解槽3内で流動させることも考えられるが、被処理材15の周辺に3次元的で均一な流動を形成させることが困難であることから被処理材15自身を振動させることが望ましい。
また、電解槽3内には、電解処理液2を攪拌するための回転子(攪拌用)9が設けられ、電解槽3の下には、この回転子9を駆動するための回転子駆動装置10が配置されている。
電解槽3は電解研磨中の温度を一定に保持するために水12を張った恒温槽11内に設置される。
この電気化学的反応が起こっている状態において被処理材15に振動を与えることで、被処理材15のチタンおよびチタン合金中の金属元素は、電解処理液2中でその表面に形成される酸化物の液体粘膜層の厚みをコントロールしながら電解処理液2中に溶解するため、鏡面をもつ仕上げ面が得られる。
振動条件のうち、振動数とは、単位時間内に振動する回数をいい、また吸引力とは被処理材15が上下あるいは左右に振動する際に、その被処理材15表面における振動加速度に係る量であり、被処理材15の表面に形成される酸化物の液体粘膜層を剥がす駆動力となるものである。さらに、振動のストロークとは、振動の振幅をいい、この長さが長いほど液体粘膜層が剥がれやすくなる。吸引力が瞬発的に液体粘膜層にほころびを作り剥離の引き金を作るイニシエータとして働くのに対して、ストロークは剥離を増長させるプロモータのように働くのである。
第2の実施形態では、被処理材15の振動を、変速カム22及びノッキング治具23により、所望回転数において所望の振動を実現するようにしたものである。そのため、振動伝導アーム19には電気配線13と吸引力を変更できるように重り29を設置できる構造となっている。重り29は、その軽重によって重力を変更することができるので、電解処理液2中での振動の加速度を変えることができるのである。また、振動伝導アーム19はその上端部を振動棒固定治具21によって保持されている。
また、本実施の形態においては、電解槽3内の温度分布を均一にする方法として、電解槽3内に水流板26を設けて、この水流板26にパイプ25を介してポンプ24を接続して電解処理液2を循環させている。温度変化を最小限に抑えるため、温度調整機器27を設置し、電解槽内3へ循環コイル28を浸漬させている。
第1の実施形態と比較して、温度調節器27および循環コイル28を電解槽3内に設置し、循環ポンプ24及びパイプ23および水流板26を設置したことにより、電解槽3の大きさや形状を簡単に変更でき、被処理材15の大きさに対応可能な工業的な装置となっている。作用効果は、上述した第1の実施形態と同様である。
チタン又はチタン合金の電解研磨方法には大きく2つの工程があり、ステップS−1として、電解処理液の調製工程があり、ステップS−2として電解研磨工程がある。本実施の形態に係るチタン又はチタン合金の電解研磨法において、電解処理液としては、炭素数2〜4のアルコール及び金属塩化物を含有することを特徴としている。
また、ステップS−2の電解研磨工程における電解研磨条件としては、電流密度を3〜500A/dm2 、電解処理液温度を5〜70℃とすることを特徴としている。さらに、電解研磨工程における振動条件としては、振動数を10〜1000回/分、振動のストロークを0.1〜100mm、さらに振動の吸引力を0.1〜100Nであることを特徴としている。
本実施の形態に係るチタン又はチタン合金の電解研磨方法においては、予め電解処理液を調製しておき、電解槽にチタン又はチタン合金を陽極として設置し、また、陰極を設置しておく。
その後、電解処理液を電解槽に導入して前述の電解研磨条件と振動条件を満たしながら電解研磨を行うものである。
本実施の形態は、被処理材を振動あるいは揺動することを特徴とする電解研磨法に係わるものである。
エチルアルコール600ml、イソプロピルアルコール400ml、塩化アルミニウム100g、塩化亜鉛300gを添加して電解研磨処理液を調合し、試験サンプルとして50mm×50mm×1mmt(tは厚みを意味する。)のチタン合金板を使用し、脱脂により清浄化した後電解研磨の試験を行った。
被処理材振動条件:60回/分、ストローク:2mm、吸引力:10Nとして、液温を70℃に保ちつつ対極としてステンレス板を用い、被処理物のチタン合金板を陽極として500A/dm2の電流密度で直流にて2分間電解研磨を行った。
尚、電解研磨時の電圧は約20Vから約40Vの範囲で変動した。
電解研磨終了後チタン合金板表面の陽極酸化被膜をアセトン浸漬して溶解してから水洗乾燥し、表面の光沢及びJISに準じた表面粗さを測定した。
ここで、表1中のRa、RyとはJISによって定められる工業製品の表面粗さを表すパラメータであり、Raは算術平均粗さを意味し、Ryは最大高さを意味する。
被処理材振動条件として振動数を30回/分、振動のストロークを10mm、振動の吸引力を20Nとして、液温を50℃に保ちつつ対極としてステンレス板を用い、被処理物を陽極としてサンプル1については半分をサンプル2について全面に20A/dm2の電流密度で直流にて30分間電解研磨を行った。
尚、電解研磨時の電圧は約20Vから約80Vの範囲で変動した。電解研磨終了後被処理材の陽極酸化被膜をアセトンに、浸漬して溶解してから水洗乾燥し、表面の光沢及びレーザー顕微鏡にて表面粗さを測定した。
被処理材振動条件の内、振動数としては5、50、100、500,800、1500回/分、振動のストロークとして8mm、吸引力として50Nを採用して、液温を50℃に保ちつつ対極として白金板を用い、被処理物のチタン合金板を陽極として50A/dm2の電流密度で直流にて10分間電解研磨を行った。
尚、電解研磨時の電圧は約10Vから約100Vの範囲で変動した。電解研磨終了後チタン合金板表面の陽極酸化被膜をアセトン浸漬して溶解してから水洗乾燥し、表面の光沢を測定した。
振動装置を用いないで行った場合は、長時間の研磨を行った割には、外観光沢の優れたチタン合金板が得られなかった。
Claims (3)
- チタン又はチタン合金の電解研磨方法において、電解処理液として、炭素数2〜4のいずれかのアルコール及び金属塩化物を含有する液を採用し、電解研磨条件として、3〜500A/dm2の電流密度及び5〜70℃の電解処理液温度を採用し、振動条件として、10〜1000回/分の振動数、0.1〜100mmの振動ストローク及び0.1〜100Nの振動吸引力を採用し、前記電解処理液中でチタン又はチタン合金製の被処理材を振動させることを特徴とするチタン又はチタン合金の電解研磨方法。
- 電解処理液を導入する電解槽と、この電解槽に浸漬される陰極電極と陽極電極と、この陰極電極と陽極電極に接続される電源と、前記陽極電極の電解槽内部側の端部に被処理材を接続する導体部と、前記陽極電極の他の端部に接続される振動発生部とを有することを特徴とするチタン又はチタン合金の電解研磨装置。
- 前記振動発生部は、振動数、振動ストローク及び振動吸引力の少なくともいずれか1つを可変とするコントローラを有することを特徴とする請求項2に記載のチタン又はチタン合金の電解研磨装置。
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