JP4592683B2

JP4592683B2 - 金属表面を電気化学的に研磨するための電解質

Info

Publication number: JP4592683B2
Application number: JP2006505339A
Authority: JP
Inventors: ピースリンゲル−シュヴァイゲルジーグフリート; アベディアンラズミック; ベーメオラフ
Original assignee: ポリグラト−ホールディングゲーエムベーハー
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-04-30
Also published as: EP1625246A2; EP1625246B1; WO2004100283A3; WO2004100283A2; US20070029209A1; US7807039B2; PL1625246T3; ATE339534T1; DE502004001497D1; ES2271882T3; CA2525138A1; JP2006526071A; DE10320909A1; DK1625246T3

Description

本発明は、チタン、チタン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタル、及びタンタル合金から成るワークピースを電気化学的に研磨するための電解質と、電気化学的に研磨する方法に関する。

金属表面を電気化学的に研磨すること、又は輝かせることは、小さい金属物品及び大きい金属物品の処理に関する業界において幅広く用いられている。装置の構築、車両の構築、航空機の構築、又は医療技術の分野においてチタン及びチタン合金を使用することが非常に増えていることから、電解研磨することによってこれらの材料の表面を加工することは、ますます重要になってきている。電解研磨において、研磨される物品は、適切な支持要素から吊り下がっているか、又はバスケットもしくはそれと同種のものの中に配置されており、該物品は電解質内、すなわち研磨槽内に下ろされ、特定の研磨時間が経過した後、その中から引き上げられる。槽の液が研磨した表面から流れた後、電解質を除去するために物品を水槽内に浸積する。

今日の先行技術においては、過塩素酸／無水酢酸の混合物、又はフッ化水素酸／硫酸／酢酸もしくはフッ化水素酸／硫酸／無水酢酸もしくは硫酸／フッ化水素酸／リン酸／エチレングリコールの混合物のいずれかを含む電解質（特許文献１）をチタン及びチタン合金の処理に使用している。

仏国特許発明第２７９５４３３号明細書

これらの電解質は純水なチタン及び特定の選別されたチタン合金において満足な電解研磨の結果を達成することができるが、仏国特許発明第２７９５４３３号明細書記載の電解質は、記憶合金としてますます重要となってきているニチノールなどのチタン−ニッケル合金を電解研磨し、表面の品質を充分なものとするのに適していない。これらの２種類の電解質の使用は、工業規模での使用を妨げるいくつかの不利益を有する。

過塩素酸／無水酢酸の混合物から成る電解質は、昔から知られており、良好な電解研磨の結果を与えているが、爆発関連の危険性が高いため、その使用が非常に限られた制限を受ける。さらに、酢酸を含む電解質の使用は、かなりの臭いの不快感を伴い、それに対応するように作業場において複雑な空気抽出と、複雑な排気処理を必要とする。仏国特許発明第２７９５４３３号明細書に記載されている電解質は、フッ化水素酸をかなりの濃度で含有し、フッ化水素酸の毒性と腐食性のため、かなりの安全性及び健康上のリスクを伴い、電解研磨処理の間に電解質からかなりの量のガスの状態のフッ化水素酸が逃げる。そのような電解質を有する電解研磨ユニットの操作には、複雑な安全措置が必要である。さらに、電解研磨処理を安定した状態に保つために、排気によってフッ化水素酸を失った分を通常は補充しなければならない。

上記電解質内で電解研磨するワークピースの接触物は、同種の材料又は純粋なチタン材料のいずれかから構成されなければならない。接触材料は、均等に攻撃され、一様に置換されなければならない。これらの金属の価値に鑑みて、このことは、かなりのコスト要因となり、このことによって、電解質の消耗が早くなる。さらに、それ故に、電流分布を定め、それをもって、個々のワークピースと接触材料のそれぞれの消耗の割合を明確に定めることができない。このことは、電解研磨処理の精度が高い要求を満足する必要がある更なる不確定要因となる。また、電解研磨の間、ワークピースは、例えば、末端によって堅固にそれぞれ接触していなければならず、ドラム又はバスケット内でバラ物として緩く処理することができない。例えば、ネジなどの小さい質量の部品の場合、接触ラックを手動で備え付ける必要があるために、このことによって、かなりのコストが増加する。

本発明の目的は、チタン、ニッケル−チタン合金（ニチノール）を含めたチタン合金、ニオブ、ニオブ−ジルコニウム合金を含めたニオブ合金、及びタンタル及びタンタル合金を電解研磨するのに適した電解質を提供することにある。さらに、本発明は、当該金属に対し、容易にかつ安全に実施可能な電解研磨処理方法を提供することを目的とするものである。

上記目的は、本発明に従い、請求項１記載の電気化学的な研磨剤と請求項９（出願時請求項６）記載の方法によって達成される。

本発明による電解質は、硫酸と、フッ化水素アンモニウムと、少なくとも１種のヒドロキシカルボン酸との混合物から成る。

本発明による電解質の利点は、該電解質が爆発性でも、可燃性でもないことである。さらに、前記電解質は、電解研磨処理の間にフッ化水素としてガスの状態で逃げることができるフッ化水素酸を過度に含んでおらず、臭いの不快感を全く生じさせない。好都合なことに、幅広い範囲の金属を本発明による電解質で電解研磨することができる。これら金属としては、チタン、ニッケル−チタン合金を含めたチタン合金、ニオブ、ニオブ−ジルコニウム合金を含めたニオブ合金、タンタル及びタンタル合金が挙げられる。とりわけ、本発明による電解質は、55％のニッケルを含む高強度のニッケル−チタン合金であるニチノールを電解研磨するのに適している。

電解研磨する材料に応じて、電解研磨結果を、特定の濃度範囲内で３成分の混合比率を変化させることによって最適化することができる。

使用するヒドロキシカルボン酸は、好ましくはヒドロキシル化したC₁〜C₆のカルボキシル酸である。ヒドロキシカルボン酸は、本発明による電解質中に、10〜80体積％、好ましくは20〜60体積％の濃度で含まれていてもよい。好ましいヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸及びヒドロキシプロピオン酸が挙げられる。ヒドロキシカルボン酸は、好ましくは60〜80％の溶液として供給される。異なるヒドロキシカルボン酸の組み合わせを使用することも可能である。

本発明による電解質は、硫酸を、90〜20体積％、好ましくは80〜40体積％の濃度で含有していてもよい。96％硫酸を使用するのが好ましい。

フッ化水素アンモニウムを、本発明による電解質に、10〜150g/リットル、好ましくは40〜85g/リットルの濃度で使用することができる。

本発明による電解質を使用することによって、対応する金属を効率的に、かつきれいに電解研磨することができる。

本発明は、また、本発明による電解質を使用する、チタン、チタン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタル及びタンタル合金から成るワークピースを電気化学的に研磨する方法に関する。

本発明による方法の利点は、該方法の適用パラメーター（application parameter）が幅広い範囲内で変動することができ、それによって、処理の制御が著しく容易となることである。一方、先行技術では、適用パラメーターは、限られた制限の範囲内にとどめる必要があった。本発明による方法は、好ましくは、例えばニチノールなどのニッケル−チタン合金、又はニオブ−ジルコニウム合金から成るワークピースを研磨するのに用いられる。

0℃〜40℃の温度、10V〜35VのDC電圧、及び0.5〜10A/dm²の電流密度で前記方法を実施することができる。

本発明の更なる利点は、電解研磨される材料を接触材料として用いることができるのみならず、調達するのが安く、電解研磨処理によって攻撃されないアルミニウムも使用することができることである。したがって、電解研磨されるワークピースへの電流密度を明確に定めることができ、それ故に、狭い許容範囲内に消耗を制御することができる。本発明による方法の更なる利点は、動作が自由自在な大量の部品をアルミドラム又はバスケット内でバラ物として経済的に処理できることである。

本発明を下記の実施例を参照してさらに詳細に説明する。

純粋なチタンから成るワークピースを、以下の組成：
グリコール酸（70%）： 20体積％
硫酸（96％）： 80体積％
フッ化水素アンモニウム： 75g/l
から成る電解質内で、1A/dm²の電流密度で、20分の処理時間で電解研磨した。結果は、良好に平坦化した微少な粗さを有する非常に輝いている表面を示した。

TiAl₆V₄、ニチノール及びニオブから成るワークピースを、以下の組成：
グリコール酸（70%）： 60体積％
硫酸（96％）： 40体積％
フッ化水素アンモニウム： 50g/l
から成る電解質内で、20℃〜30℃の温度、1.5〜5A/dm²の電流密度で電解研磨した。全体で30分に渡る電解研磨時間が経過した後、総ての材料が、非常に輝いている表面と、良好な平滑性を示した。

Claims

チタン、チタン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタルまたはタンタル合金からなるワークピースの電気化学的な研磨剤であって、硫酸、フッ化水素アンモニウムおよび少なくとも１種のヒドロキシカルボン酸を含有することを特徴とする研磨剤。
使用するヒドロキシカルボン酸はグリコール酸またはヒドロキシプロピオン酸であることを特徴とする請求項１に記載の研磨剤。
ヒドロキシカルボン酸が１０〜８０容量％の濃度で含有されることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨剤。
ヒドロキシカルボン酸が２０〜６０容量％の濃度で含有されることを特徴とする請求項３に記載の研磨剤。
硫酸（９６％）が９０〜２０容量％の濃度で含有されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨剤。
硫酸（９６％）が８０〜４０容量％の濃度で含有されることを特徴とする請求項５に記載の研磨剤。
フッ化水素アンモニウムが１０〜１５０ｇ毎リットルの濃度で含有されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨剤。
フッ化水素アンモニウムが４０〜８５ｇ毎リットルの濃度で含有されることを特徴とする請求項７に記載の研磨剤。
請求項１〜８項のいずれか１項に記載の研磨剤を使用することを特徴とする、チタン、チタン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタルまたはタンタル合金からなるワークピースを電気化学的に研磨するための方法。
ニッケル−チタン合金またはニオブ−ジルコニウム合金を使用することを特徴とする請求項９に記載の方法。
ニッケル−チタン合金がニチノールであることを特徴とする請求項１０記載の方法。
ワークピースと接触する接触材料としてアルミニウムを使用することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
０℃〜４０℃の温度、１０Ｖ〜３５ＶのＤＣ電圧および０．５〜１０Ａ／ｄｍ ^２の電流密度で実施されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。