RU2169215C2

RU2169215C2 - Metallic part treatment method

Info

Publication number: RU2169215C2
Authority: RU
Inventors: В.А. Зорин; Т.С. Тихонова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Институт прикладной физики"
Priority date: 1988-02-24
Filing date: 1988-02-24
Publication date: 2001-06-20

Abstract

FIELD: electrochemical cleaning of parts of aluminum alloys. SUBSTANCE: method provides removal of high temperature burnings formed at process of isothermic forging of parts. Method comprises steps of cleaning and simultaneously passivating surface of parts in (3-7)% solution of sodium hexametaphosphate at 18-60 C and electric current density (1-20)A/sq.dm. EFFECT: lowered time period for cleaning parts, enhanced quality of cleaned part surface. 3 dwg, 2 tbl _

Description

Изобретение относится к электрохимической очистке деталей из алюминиевых сплавов от высокотемпературных пригаров, образующихся в процессе изготовления деталей методом изотермической штамповки. Непосредственной областью применения способа является очистка корпусных деталей ракетных двигателей. The invention relates to the electrochemical cleaning of parts from aluminum alloys from high-temperature burns formed in the manufacturing process of parts by isothermal stamping. The immediate field of application of the method is the cleaning of body parts of rocket engines.

Одним из перспективных методов изготовления корпусных деталей ракетных двигателей является метод изотермической штамповки, позволяющий получать точные сложные профили, в частности профиль сопла ракетного двигателя. Однако недостатком этого способа является образование высокотемпературных пригаров на поверхностях сопла, не позволяющих получать качественные теплозащитные покрытия, защищающие сопло во время работы двигателя. Поэтому к способу очистки от пригаров предъявляются следующие требования:
- полное удаление пригаров до однородного состояния поверхности;
- чистота поверхности не ниже 1,25;
- отсутствие растравов и коррозионных пятен на поверхности металла;
- обеспечение времени межоперационного хранения не менее месяца, что связано с технологическим процессом изготовления в различных цехах предприятия либо на различных предприятиях;
- возможность применения при очистке деталей массового производства.One of the promising methods for manufacturing the hull parts of rocket engines is the isothermal stamping method, which allows to obtain accurate complex profiles, in particular the nozzle profile of a rocket engine. However, the disadvantage of this method is the formation of high-temperature burns on the surfaces of the nozzle, which do not allow to obtain high-quality heat-protective coatings that protect the nozzle during engine operation. Therefore, the following requirements are imposed on the method of cleaning from burns:
- complete removal of burns to a uniform surface condition;
- surface cleanliness not lower than 1.25;
- the absence of rasters and corrosion spots on the surface of the metal;
- ensuring interoperational storage time of at least a month, which is associated with the manufacturing process in various shops of the enterprise or at various enterprises;
- the possibility of application when cleaning parts of mass production.

Известны механические способы очистки механических поверхностей путем воздействия абразивными частицами, например способ пескоструиния (см. Справочник технолога, машиностроителя N 1. Москва, Машиностроение, 1986, стр. 128). Known mechanical methods of cleaning mechanical surfaces by exposure to abrasive particles, for example, the method of sandblasting (see the Handbook of a technologist, mechanical engineer N 1. Moscow, Engineering, 1986, p. 128).

Метод позволяет осуществлять обработку деталей массового производства, легко поддается автоматизации, способен надежно удалять, пригары, не требует сложного технологического оборудования. Однако основным недостатком метода пескоструиния является снижение класса чистоты поверхности до R_z80 - R_z40, что не позволяет использовать его при очистке соплоблоков ракетных двигателей.The method allows the processing of parts of mass production, is easily amenable to automation, is able to reliably remove burns, does not require sophisticated technological equipment. However, the main disadvantage of the sandblasting method is the reduction of the surface cleanliness class to R _z 80 - R _z 40, which does not allow it to be used when cleaning nozzle blocks of rocket engines.

Известен способ химической очистки, например травление в растворах кислот и щелочей (см. Инженерная гальванотехника в приборостроении. Москва, Машиностроение, 1977, стр. 78). A known method of chemical cleaning, for example, etching in solutions of acids and alkalis (see Engineering galvanotechnology in instrumentation. Moscow, Mechanical Engineering, 1977, p. 78).

Однако, поскольку высокотемпературные пригары не являются продуктами окисления металла соплоблока, а представляют собой спеченную графитосмазочную смесь, которая не взаимодействует с травящей средой, а следовательно, не могут быть очищены даже при длительном воздействии. However, since high-temperature burns are not products of oxidation of the metal of the nozzle block, they are a sintered graphite-lubricant mixture that does not interact with the etching medium and, therefore, cannot be cleaned even after prolonged exposure.

Наиболее близким к заявляемому является способ электрохимической очистки металлических поверхностей по а.с. 586206, МКИ C 25 F 1/00, заключающийся в предварительном разрыхлении загрязнения в растворе щелочи при температуре 130-140^oC в течение одного часа с промывкой в горячей воде, с последующей электрохимической очисткой в растворе сложного щелочного состава при температуре 70-90^oC, анодной плотности тока 5-15 А/дм² в течение 0,5-2 часов.Closest to the claimed is a method of electrochemical cleaning of metal surfaces by and.with. 586206, MKI C 25 F 1/00, which consists in preliminary loosening the contamination in an alkali solution at a temperature of 130-140 ^o C for one hour with washing in hot water, followed by electrochemical cleaning in a solution of a complex alkaline composition at a temperature of 70-90 ^o C, anode current density of 5-15 A / dm ² for 0.5-2 hours.

В отличие от химической очистки данный способ позволяет частично удалять пригары. Однако, благодаря длительному воздействию щелочных растворов в процессе разрыхления и анодной обработки и в связи с разной толщиной пригаров на одной и той же поверхности, происходит неравномерное растравливание металла, что приводит к растравам поверхности, ухудшению чистоты. Кроме того, затекание агрессивной жидкости в процессе обработки в труднодоступные места деталей, например пазы, проточки, засверловки, не обеспечивается промывкой в воде, что может способствовать дальнейшей коррозии металла во время хранения. Следует также отметить, что после окончательной обработки известным способом необходимо в кратчайшие сроки нанесение последующих покрытий, так как поверхность металла не защищена, что не допускает длительного межоперационного хранения. Unlike chemical cleaning, this method allows partial removal of burns. However, due to the prolonged exposure to alkaline solutions during loosening and anode processing and due to the different thickness of the burns on the same surface, uneven metal pickling occurs, which leads to surface tearing and deterioration of cleanliness. In addition, the flow of aggressive liquid during processing in hard-to-reach places of parts, such as grooves, grooves, and reaming, is not provided by washing in water, which can contribute to further corrosion of the metal during storage. It should also be noted that after final processing in a known manner, it is necessary to apply subsequent coatings as soon as possible, since the metal surface is not protected, which does not allow long interoperational storage.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, повышение качества и снижение времени очистки. The aim of the present invention is to remedy these disadvantages, namely, improving quality and reducing cleaning time.

Указанная цель в способе очистки деталей из алюминиевых сплавов от высокотемпературных пригаров, включающим анодную очистку деталей в электролите, достигается тем, что обработку проводят в водном растворе, содержащем 3-7 гексаметафосфате натрия при температуре раствора 18-60^oC, плотности тока 1-20 А/дм².The specified goal in the method of cleaning parts from aluminum alloys from high-temperature burns, including anode cleaning of parts in an electrolyte, is achieved by processing in an aqueous solution containing 3-7 sodium hexametaphosphate at a solution temperature of 18-60 ^o C, current density 1-20 A / dm ² .

Выполнение указанных режимов позволяет обеспечить непрерывный процесс удаления пригаров и образования на их месте окисной пленки. The implementation of these modes allows for a continuous process of removing burns and the formation of an oxide film in their place.

Зависимость степени очистки от концентрации гексаметафосфата натрия в воде поясняется таблицей 1. The dependence of the degree of purification on the concentration of sodium hexametaphosphate in water is illustrated in Table 1.

Из таблицы видно, что оптимальной концентрацией является концентрация 3-7%, которая обеспечивает 100% очистку. При уменьшении концентрации резко возрастает время, а при увеличении концентрации, при сохранении времени очистки, увеличивается расход материала. The table shows that the optimal concentration is a concentration of 3-7%, which provides 100% purification. With a decrease in concentration, time sharply increases, and with an increase in concentration, while maintaining the cleaning time, the material consumption increases.

Температурный режим очистки выбран из следующих соображений:
- при температуре раствора меньше 18^oC процесс не идет;
- при температуре раствора выше 60^oC снижается степень очистки и необходима дополнительная мощность на охлаждение электролита.The temperature regime of cleaning is selected from the following considerations:
- when the temperature of the solution is less than 18 ^o C the process does not go;
- at a solution temperature above 60 ^o C the degree of purification is reduced and additional power is needed to cool the electrolyte.

Плотность тока определена из условия скорости и качества очистки при постоянной температуре 40^oC (см. табл. 2).The current density is determined from the conditions of speed and quality of cleaning at a constant temperature of 40 ^o C (see table. 2).

Из таблицы следует, что процесс очистки работоспособен с сохранением качества поверхности деталей, при плотностях тока 1-20 А/дм², при больших плотностях тока наблюдаются вырывы металла и образование дендритов.From the table it follows that the cleaning process is workable while maintaining the surface quality of parts, at current densities of 1-20 A / dm ² , at high current densities, metal breakouts and the formation of dendrites are observed.

Применение заявляемого способа очистки от высокотемпературных пригаров не имеет аналогов среди известных электрохимических процессов очистки, что соответствует критерию "существенные отличия". The use of the proposed method of cleaning high-temperature burns has no analogues among the known electrochemical cleaning processes, which meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена схема опытной установки, реализующей заявляемый способ. In FIG. 1 presents a diagram of a pilot plant that implements the inventive method.

На фиг. 2 приведена зависимость степени очистки от температуры электролита. In FIG. Figure 2 shows the dependence of the degree of purification on the temperature of the electrolyte.

На фиг. 3 приведена фотография образцов деталей ракетного двигателя с разной степенью очистки:
а) 70% очищенной поверхности;
б) 90% очищенной поверхности;
в) 95% очищенной поверхности;
г) 100% очищенной поверхности.In FIG. Figure 3 shows a photograph of samples of parts of a rocket engine with different degrees of purification:
a) 70% of the cleaned surface;
b) 90% of the cleaned surface;
c) 95% of the cleaned surface;
d) 100% cleaned surface.

Блок схемы установки (фиг. 1) состоит из ванны 1 с охлаждающей рубашкой 2, электролитом 3, очищаемой детали 4, источника питания 5. The installation circuit block (Fig. 1) consists of a bath 1 with a cooling jacket 2, electrolyte 3, a cleaned part 4, a power source 5.

Устройство работает следующим образом. Поверхность детали 4 с пригарами погружается в электролит 3. К детали подводится положительный вывод от источника питания 5, а отрицательный вывод подводится к ванне 1. С подачей напряжения от источника питания между деталью (анодом) и ванной (катодом) начинается электрохимический процесс. Так как высокотемпературные пригары представляют собой диэлектрик, между деталью и электролитом возникает разность потенциалов, равная напряжению источника питания. В том месте, где диэлектрическая пленка наименьшей толщины, происходит локальный пробой с разрушением пригара, сопровождающийся выделением большого количества энергии и свечением. При этом место пробоя покрывается окисной пленкой, являющейся диэлектриком, с электрической прочностью выше напряжения пробоя. Методом последовательных локальных пробоев происходит очистка всей поверхности детали и покрытие ее защитной окисной пленкой. На фиг. 3 приведена фотография деталей с различной степенью очистки, полученной на различных стадиях процесса очистки. The device operates as follows. The surface of part 4 with burns is immersed in electrolyte 3. A positive lead from the power source 5 is supplied to the part, and a negative lead is supplied to the bath 1. With the voltage from the power supply between the part (anode) and the bath (cathode), an electrochemical process begins. Since high-temperature burns are dielectric, a potential difference arises between the part and the electrolyte, equal to the voltage of the power source. In the place where the dielectric film is of the smallest thickness, local breakdown occurs with the destruction of the burn, accompanied by the release of a large amount of energy and glow. In this case, the breakdown site is covered by an oxide film, which is a dielectric, with an electric strength higher than the breakdown voltage. The method of successive local breakdowns cleans the entire surface of the part and covers it with a protective oxide film. In FIG. Figure 3 shows a photograph of parts with varying degrees of purification obtained at various stages of the cleaning process.

Заявленный способ был опробован при очистке опытных партий корпусов реактивных двигателей от высокотемпературных пригаров на предприятии п/я А-1342. Изготовлена опытная установка для очистки одной детали. Установка выполнена на базе источника постоянного тока до 150 А и напряжения до 500 В. Рабочая ванна выполнена из нержавеющей стали объемом 300 литров. Для охлаждения рабочая ванна помещена в ванну большего размера и омывается холодной проточной водой. Регулируя скорость проточной воды, стабилизируют рабочую температуру электролита. Для крепления детали в ванне предусмотрено устройство крепления, к которому подводится напряжение. В установке предусмотрена непрерывная очистка электролита от твердых взвешенных частиц и загрязнений. The claimed method was tested during the cleaning of pilot batches of jet engine casings from high-temperature burn-offs at the plant of post box A-1342. A pilot plant for cleaning one part was manufactured. The installation is based on a direct current source up to 150 A and voltage up to 500 V. The working bath is made of stainless steel with a volume of 300 liters. For cooling, the working bath is placed in a larger bath and washed with cold running water. By adjusting the speed of running water, stabilize the working temperature of the electrolyte. For fixing the part in the bath, a mounting device is provided, to which voltage is applied. The installation provides for continuous cleaning of the electrolyte from suspended solids and contaminants.

Заявляемый способ в отличие от прототипа позволяет полностью очищать поверхность детали от высокотемпературных пригаров, при этом время полной обработки детали снижается с 1-3 часов до 7-25 минут. Это значительно снижает трудоемкость изготовления, энергозатраты, не требует применения очистных сооружений (так как электролит в отличие от щелочного, применяемого в прототипе, представляет собой нейтральный раствор). The inventive method, unlike the prototype, allows you to completely clean the surface of the part from high-temperature burns, while the time of complete processing of the part is reduced from 1-3 hours to 7-25 minutes. This significantly reduces the complexity of manufacturing, energy consumption, does not require the use of treatment facilities (since the electrolyte, in contrast to the alkaline used in the prototype, is a neutral solution).

Кроме того, очищенные детали не требуют дополнительных промывок, а имеющаяся на их поверхности пленка способствует защите при межоперационном хранении. In addition, the cleaned parts do not require additional rinses, and the film on their surface contributes to protection during interoperational storage.

Claims

A method of processing metal parts, mainly from aluminum alloys, including cleaning with simultaneous passivation of the surface in a solution of phosphoric acid salt, characterized in that, in order to increase the efficiency of cleaning from burns and accelerate the process, a 3 - 7% solution is taken as a solution of phosphoric acid salt sodium hexametaphosphate and the process is conducted at 18-60 ° C and a current density of 1-20 A / dm ² .