RU2023751C1 - Liquid for chemical polishing of niobium - Google Patents

Liquid for chemical polishing of niobium Download PDF

Info

Publication number
RU2023751C1
RU2023751C1 SU5017802A RU2023751C1 RU 2023751 C1 RU2023751 C1 RU 2023751C1 SU 5017802 A SU5017802 A SU 5017802A RU 2023751 C1 RU2023751 C1 RU 2023751C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
niobium
solution
liquid
chemical polishing
polishing
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Федоренко
Татьяна Аркадиевна Цыганкова
Светлана Эйвазовна Джафарова
Original Assignee
Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе
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 Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе filed Critical Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе
Priority to SU5017802 priority Critical patent/RU2023751C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2023751C1 publication Critical patent/RU2023751C1/en

Links

Images

Landscapes

  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

FIELD: chemical working of metals. SUBSTANCE: liquid for chemical polishing of niobium has, wt.-%: hydrofluoric acid (40%) 5.6-6.2; sulfuric acid (98% ) 56.3-46.9; nitric acid (69%) 25.2-25.7; carbamide 0.5-1.5, and water 20.8-21.3. EFFECT: enhanced quality of liquid. 4 tbl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к химической обработке металлов, в частности к полированию ниобия, и может найти применение в химической полировке различных частей ускорителей элементарных частиц с целью придания зеркальности их поверхности. The invention relates to the chemical treatment of metals, in particular to the polishing of niobium, and can find application in the chemical polishing of various parts of particle accelerators in order to impart a mirror surface.

Известны электролиты для химического полирования ниобиевых поверхностей, основой которых является фтористоводородная кислота HF в сочетании с другими кислотами, например с молочной и концентрированной серной кислотой [1] или азотной кислотой [2]. Недостатком этих электролитов является незначительный съем металла с поверхности обрабатываемого изделия. Electrolytes are known for chemical polishing of niobium surfaces, the basis of which is hydrofluoric acid HF in combination with other acids, for example, with lactic and concentrated sulfuric acid [1] or nitric acid [2]. The disadvantage of these electrolytes is a slight removal of metal from the surface of the workpiece.

В качестве прототипа выбран электролит, состоящий из смеси плавиковой, серной, азотной кислот и воды [3]. Недостатком при его использовании является необходимость строгого поддержания технологических режимов, что на практике довольно сложно. Полирование рекомендуется проводить при температуре от 40 до 70оС. При температуре до и выше 70оС происходит повышенная потеря летучих компонентов, вследствие чего ухудшаются полирующие свойства самого электролита, и следовательно, происходят неравномерный съем металла и травление. Кроме того скорость съема деформированных поверхностей незначительна.As a prototype of the selected electrolyte, consisting of a mixture of hydrofluoric, sulfuric, nitric acids and water [3]. The disadvantage of its use is the need for strict maintenance of technological modes, which in practice is quite difficult. Polishing is recommended at a temperature of from 40 to 70 C. At a temperature up to and above 70 ° C causes increased loss of volatile components, thereby deteriorating polishing properties of the electrolyte, and therefore is not uniform metal removal, and etching. In addition, the removal rate of deformed surfaces is negligible.

Целью изобретения является увеличение скорости съема деформированного слоя и улучшение качества полирования за счет повышения стабильности раствора. The aim of the invention is to increase the removal rate of the deformed layer and improve the quality of polishing by increasing the stability of the solution.

Цель достигается тем, что раствор, содержащий плавиковую, серную, азотную кислоты и воду, дополнительно содержит карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.%: HF (40%) 5,6-6,2 H2SO4 (98%) 46,3-46,9 HNO3 (69%) 25,2-25,7 Карбамид 0,5-1,5 Вода 20,8-21,3
Заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна", поскольку в электролите прототипа отсутствует один из компонентов - карбамид.
The goal is achieved in that the solution containing hydrofluoric, sulfuric, nitric acid and water additionally contains urea in the following ratio of components, wt.%: HF (40%) 5.6-6.2 H 2 SO 4 (98%) 46 3-46.9 HNO 3 (69%) 25.2-25.7 Urea 0.5-1.5 Water 20.8-21.3
The claimed technical solution meets the criterion of "Novelty", since the prototype electrolyte is missing one of the components - urea.

В водный раствор плавиковой и азотной кислот вводится карбамид, а затем небольшими порциями прибавляется серная кислота, после чего раствор термостатируется. Эксперименты проводили в темостатируемой тефлоновой ячейке при периодическом подъеме полируемого образца. Периодичность подъема 15 с. Время полного цикла 15 мин. Контроль за съемом металла вели по замерам линейных размеров и потере массы. Расчет потери массы производили по формуле
Δh =

Figure 00000001
, где Δ h - изменение толщины удаляемого металла с поверхности, см;
S - площадь поверхности металла, см2;
Δ m - изменение массы металла, г;
d - плотность ниобия 8,57 г/см3.Urea is introduced into an aqueous solution of hydrofluoric and nitric acids, and then sulfuric acid is added in small portions, after which the solution is thermostated. The experiments were carried out in a temperature-controlled teflon cell with periodic rise of the polished sample. Lifting frequency 15 s. Full cycle time 15 min. The metal removal was controlled by measuring linear dimensions and weight loss. The calculation of the mass loss was carried out according to the formula
Δh =
Figure 00000001
where Δ h is the change in the thickness of the removed metal from the surface, cm;
S is the surface area of the metal, cm 2 ;
Δ m is the change in mass of the metal, g;
d is the density of niobium 8.57 g / cm 3 .

Во всех случаях в качестве образцов для полирования использованы ниобиевые пластины (прокат) S=14 см2. Химическое полирование проведено в следующих растворах при температуре 40, 50, 60 и 70оС.In all cases, niobium plates (rolled) S = 14 cm 2 were used as samples for polishing. Chemical polishing carried out in the following solutions at 40, 50, 60 and 70 ° C.

Раствор N 1 (прототип) содержит компоненты: ≈ 5,9 мас.% HF, ≈ 25,5 мас. % HNO3, ≈ 47,3 мас.% H2SO4 и ≈ 21,3 мас.% H2O.Solution N 1 (prototype) contains components: ≈ 5.9 wt.% HF, ≈ 25.5 wt. % HNO 3 , ≈ 47.3 wt.% H 2 SO 4 and ≈ 21.3 wt.% H 2 O.

Раствор N 2 содержит компоненты, мас.%: HF (40%) 5,9; H2SO4 (98%) 46,9; HNO3 (69%) 25,5; карбамид 0,5 и вода 21,2.Solution N 2 contains components, wt.%: HF (40%) 5.9; H 2 SO 4 (98%) 46.9; HNO 3 (69%) 25.5; urea 0.5 and water 21.2.

Раствор N 3 содержит компоненты, мас.%: HF (40%) 5,9; H2SO4 (98%) 46,6; HNO3 (69%) 25,5; карбамид 1,0 и вода 21,0.Solution No. 3 contains components, wt.%: HF (40%) 5.9; H 2 SO 4 (98%) 46.6; HNO 3 (69%) 25.5; urea 1.0 and water 21.0.

Раствор N 4 содержит компоненты, мас.%: HF (40%) 5,9; H2SO4 (98%) 46,3; HNO3 (69%) 25,5; карбамид 1,5 и вода 20,8.Solution No. 4 contains components, wt.%: HF (40%) 5.9; H 2 SO 4 (98%) 46.3; HNO 3 (69%) 25.5; carbamide 1.5 and water 20.8.

Изобретение иллюстрируется несколькими примерами, представленными в табл. 1-4, где приведены результаты полировки ниобиевых пластин. The invention is illustrated by several examples presented in table. 1-4, which shows the results of polishing niobium wafers.

П р и м е р 1. Раствор N 1 (прототип) объемом 100 мл термостатирован при температурах (40±0,5)оС, (50±0,6)оС, (60±0,8)оС и (70±1,0)оС, затем в него помещены пластины для химической обработки в течение 15, 30, 45, 60 и 75 мин. Растворение ниобия в зависимости от температуры электролита происходит практически линейно (табл. 1). При изменении температуры от 40 до 70оС растворимость увеличилась в 1,3-1,75 раза. Шероховатость поверхности достигнута Ra=0,38-0,22.EXAMPLE EXAMPLE 1. A solution of N 1 (prototype) 100 ml thermostated at a temperature (40 ± 0,5) C, (50 ± 0,6) C, (60 ± 0,8) and C (70 ± 1.0) о С, then plates for chemical treatment were placed in it for 15, 30, 45, 60 and 75 minutes. The dissolution of niobium depending on the temperature of the electrolyte occurs almost linearly (table. 1). With temperature variation from 40 to 70 ° C increased solubility in 1,3-1,75 times. The surface roughness achieved R a = 0.38-0.22.

П р и м е р 2. Раствор N 2 испытан при тех же условиях, что и раствор N 1. В растворе N 2 по отношению к прототипу (раствор N 1) растворимость увеличилась при 40оС в 1,5 раза, при 50оС в 1,7 раза, при 60оС в 1,7 и при 70оС в 1,3 раза. Шероховатость поверхности достигнута Ra=0,35-0,29.PRI me R 2. Solution N 2 tested under the same conditions as solution N 1. In solution N 2 in relation to the prototype (solution N 1), the solubility increased at 40 about 1.5 times, at 50 about 1.7 times, at 60 about 1.7 and at 70 about 1.3 times. The surface roughness achieved R a = 0.35-0.29.

П р и м е р 3. Раствор N 3, условия испытаний те же. По отношению к прототипу растворимость ниобия увеличилась при 40оС в 1,2 раза, при 50оС в 1,9 раза, при 60оС в 2,09 раза и при 70оС в 3,2 раза. Шероховатость поверхности достигнута Ra=0,28-0,20.PRI me R 3. Solution N 3, the test conditions are the same. With respect to the prototype niobium increased solubility at 40 ° C by 1.2 times at 50 ° C by 1.9 times at 60 ° C and 2.09 times at 70 ° C in 3.2 times. The surface roughness achieved R a = 0.28-0.20.

П р и м е р 4. Раствор N 4, условия испытаний те же. По отношению к прототипу растворимость ниобия увеличилась при 40оС в 1,5 раза, при 50оС в 1,8 раза, при 60оС в 1,6 раза и при 70оС в 1,3 раза. Шероховатость поверхности достигнута Ra=0,35-0,28.PRI me R 4. Solution N 4, the test conditions are the same. With respect to the prototype niobium increased solubility at 40 ° C by 1.5 times at 50 ° C by 1.8 times at 60 ° C and 1.6 times at 70 ° C in 1.3 times. The surface roughness achieved R a = 0.35-0.28.

На фиг. 1-4 показаны графики протекания процесса полирования для соответствующих температур и количественного содержания карбамида. In FIG. 1-4 are graphs of the progress of the polishing process for the corresponding temperatures and quantitative content of urea.

Предлагаемый раствор прост в приготовлении и позволяет осуществлять химическое полирование с уменьшением шероховатости поверхности ниобия. Добавляемый компонент-карбамид доступен. Съем металла по сравнению с прототипом увеличивается в 3,2 раза. Преимуществом предлагаемого электролита является то, что химическое полирование следует проводить в растворе N 3 при температурах 50-55оС вместо 70оС, тем самым снизить токсичность газовой среды из-за понижения летучести компонентов.The proposed solution is easy to prepare and allows chemical polishing to reduce the surface roughness of niobium. An added urea component is available. The removal of metal compared with the prototype increases by 3.2 times. Advantageously, the electrolyte is that the chemical polishing must be carried out in a 3 N solution, at temperatures of 50-55 ° C instead of 70 C, thereby reducing the toxicity of the gas medium due to lower volatility components.

Claims (1)

РАСТОВР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ НИОБИЯ, содержащий плавиковую, серную и азотную кислоты и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Плавиковая кислота (40%) 5,6 - 6,2
Серная кислота (98%) 46,3 - 46,9
Азотная кислота (69%) 25,2 - 25,7
Карбамид 0,5 - 1,5
Вода 20,8 - 21,3
A solution for the chemical polishing of niobium, containing hydrofluoric, sulfuric and nitric acids and water, characterized in that it additionally contains urea in the following ratio, wt.%:
Hydrofluoric acid (40%) 5.6 - 6.2
Sulfuric acid (98%) 46.3 - 46.9
Nitric acid (69%) 25.2 - 25.7
Urea 0.5 - 1.5
Water 20.8 - 21.3
SU5017802 1991-12-23 1991-12-23 Liquid for chemical polishing of niobium RU2023751C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5017802 RU2023751C1 (en) 1991-12-23 1991-12-23 Liquid for chemical polishing of niobium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5017802 RU2023751C1 (en) 1991-12-23 1991-12-23 Liquid for chemical polishing of niobium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2023751C1 true RU2023751C1 (en) 1994-11-30

Family

ID=21592181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5017802 RU2023751C1 (en) 1991-12-23 1991-12-23 Liquid for chemical polishing of niobium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2023751C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103498185A (en) * 2013-09-03 2014-01-08 湖北实美科技有限公司 Low-temperature polishing solution
CN111487268B (en) * 2020-04-27 2023-07-21 宁波江丰电子材料股份有限公司 Surface treatment method for tantalum material EBSD sample

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Pagetti Y., Talbot Y. Quelgues Proprietes electrochimigue du niobium/Rev. phus appl. 1970 V - 5, N 3, P.365-369. *
2. Green W.V. An unstable chemical polishing reagent/y.Zees - Common Metals, 1965, V.9, N2, P.155-156. *
3. Патент ФРГ N 3032666, кл. C 23F 3/00, опублик. 1982. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103498185A (en) * 2013-09-03 2014-01-08 湖北实美科技有限公司 Low-temperature polishing solution
CN111487268B (en) * 2020-04-27 2023-07-21 宁波江丰电子材料股份有限公司 Surface treatment method for tantalum material EBSD sample

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5496485A (en) Etching compositions
US4314876A (en) Titanium etching solution
US4238244A (en) Method of removing deposits from surfaces with a gas agitated cleaning liquid
JPH11241191A (en) Passivation of stainless steel in organic sulfonic acid medium
US4116755A (en) Chem-milling of titanium and refractory metals
RU2023751C1 (en) Liquid for chemical polishing of niobium
RU2086700C1 (en) Solution and method of chemical polishing of stainless steel surfaces
US3933982A (en) Method of stabilizing acid aqueous solutions of hydrogen peroxide
US2678875A (en) Chemical brightening of aluminum
US4256602A (en) Fluoroborate complex composition and method for cleaning aluminum at low temperatures
Abd-El-Nabey et al. The acid corrosion of aluminium in water-organic solvent mixtures
GB1349423A (en) Desmutting etched aluminium-base alloys
SU722865A1 (en) Pickling solution
JPS594512B2 (en) Method for removing calcium oxalate scale
JPH03111600A (en) Electropolishing bath for ni-ti alloy
US5068051A (en) Cleaning solvent
JPS58110682A (en) Pickling method for stainless steel with suppressed generation of nox
SU852970A1 (en) Aqueous solution for cleaning carbon steels from skin
JPH0515799B2 (en)
JP3109646B2 (en) Chemical dissolution solution and treatment method for iron or iron alloy
RU1793007C (en) Solution for scale removal from carbon steel surface
KR20180085520A (en) Composition for Chemical Polishing and Gloss of Titanium and Titanium Alloy Product
US3329619A (en) Pickling ferrous metal
SU1255660A1 (en) Composition for pickling aluminium alloys
Baraka et al. Thermometric Study of the Dissolution of Tin in Acid Solutions