RU2271905C1 - Process for electrochemically treating titanium and its alloys - Google Patents
Process for electrochemically treating titanium and its alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2271905C1 RU2271905C1 RU2004116931/02A RU2004116931A RU2271905C1 RU 2271905 C1 RU2271905 C1 RU 2271905C1 RU 2004116931/02 A RU2004116931/02 A RU 2004116931/02A RU 2004116931 A RU2004116931 A RU 2004116931A RU 2271905 C1 RU2271905 C1 RU 2271905C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode potential
- current
- potential
- electrode
- pulses
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области прецизионной электрохимической обработки (ЭХО) металлов и сплавов импульсным током и может быть использовано для получения сложнофасонных поверхностей деталей машин с высокой производительностью, точностью и качеством обработки, в частности при размерной электрохимической обработке деталей из легкопассивирующихся материалов, например титана и титановых сплавов.The invention relates to the field of precision electrochemical processing (ECM) of metals and alloys by pulsed current and can be used to obtain complex shaped surfaces of machine parts with high performance, accuracy and quality of processing, in particular for dimensional electrochemical processing of parts from easily passivated materials, for example titanium and titanium alloys .
Известен способ электрохимической обработки титана и титановых сплавов в электролите на основе однокомпонентного водного раствора нейтральной соли с использованием анодных импульсов, которые имеют длительность от 1 до 50 мс и частоту 5 до 500 Гц. Обработку осуществляют на межэлектродных зазорах 0,25 мм и более (Патент США №6402931 В1, М. Кл7, B 23 H 9/02, 2002).A known method for the electrochemical treatment of titanium and titanium alloys in an electrolyte based on a one-component aqueous solution of a neutral salt using anode pulses that have a duration of 1 to 50 ms and a frequency of 5 to 500 Hz. The processing is carried out on interelectrode gaps of 0.25 mm or more (US Patent No. 6402931 B1, M. Cl 7 , B 23 H 9/02, 2002).
Недостатком данного способа является то, что при обработке титана и титановых сплавов с использованием низкочастотных импульсов технологического тока с длительностью импульсов от 1 мс и более не удается исключить возникновения дефектов типа питтинга и точечных растравов на поверхностях заготовки, не подлежащих обработке, кроме того, использование больших зазоров для прокачки электролита через межэлектродный промежуток (МЭП), не позволяет исключить такой дефект, как струйность на обрабатываемой торцевой поверхности при размерной ЭХО.The disadvantage of this method is that when processing titanium and titanium alloys using low-frequency pulses of a technological current with a pulse duration of 1 ms or more, it is not possible to exclude the occurrence of defects such as pitting and point rasters on the surfaces of the workpiece that are not to be processed, in addition, the use of large the gaps for pumping the electrolyte through the interelectrode gap (MEP), does not allow to exclude such a defect as streaming on the treated end surface with a dimensional ECHO.
Известен также способ электрохимической обработки титановых сплавов с использованием анодных активирующих импульсов длительностью около 20 мс, когда обработку ведут на зазорах 0,1 мм и более (Давыдов А.Д., Клепиков Р.П., Мороз И.И. Электрохимическая обработка титановых сплавов с применением анодных активирующих импульсов - Электронная обработка материалов. 1980, №6. с.8-10).There is also a method for the electrochemical treatment of titanium alloys using anode activating pulses lasting about 20 ms, when the processing is carried out at 0.1 mm or more gaps (Davydov A.D., Klepikov R.P., Moroz I.I. Electrochemical processing of titanium alloys with the use of anode activating pulses - Electronic processing of materials. 1980, No. 6. S. 8-10).
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает достаточного повышения точности и качества электрохимической обработки титановых сплавов, так как подача относительно длинных анодных активирующих импульсов (20 мс) на больших МЭЗ (0,1-0,2 мм) также приводит к образованию дефектов типа точечных растравов (питтинга) на участках обрабатываемой заготовки, находящихся под действием малых токов рассеяния и не обеспечивается высокое качество обрабатываемой поверхности. Кроме того, при осуществлении известных способов используют электролиты сложного состава и высокой концентрации, процентное содержание и заданное соотношение которых в процессе эксплуатации поддерживать практически сложно.The disadvantage of this method is that it does not provide a sufficient increase in the accuracy and quality of the electrochemical treatment of titanium alloys, since the supply of relatively long anode activating pulses (20 ms) to large MEZs (0.1-0.2 mm) also leads to the formation of defects type of dot rasters (pitting) on the sections of the workpiece under the influence of small scattering currents and high quality of the processed surface is not ensured. In addition, when carrying out the known methods, electrolytes of complex composition and high concentration are used, the percentage and a predetermined ratio of which are practically difficult to maintain during operation.
Известен способ электрохимической обработки титановых сплавов в электролитах на основе однокомпонентных водных растворов нейтральных солей с применением анодных активирующих регулируемых высокочастотных прямоугольных импульсов тока, подаваемых пакетами, которые синхронизируют с моментом максимального сближения колеблющегося электрода-инструмента с электродом-заготовкой, и ведут обработку на малых рабочих межэлектродных зазорах (Патент РФ №2188102, М. Кл.7 В 23 Н 3/00, Бюл. №24, 2002).A known method for the electrochemical treatment of titanium alloys in electrolytes based on single-component aqueous solutions of neutral salts using anodic activating regulated high-frequency rectangular current pulses supplied by packets that synchronize with the moment of closest approach of the oscillating tool electrode to the workpiece electrode and process it on small working interelectrode clearances (RF Patent No. 2188102, M. Cl. 7 In 23
Это техническое решение, как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому эффекту, принято нами в качестве прототипа.This technical solution, as the closest in technical essence and the achieved effect, was adopted by us as a prototype.
Основными недостатками данного способа являются следующие:The main disadvantages of this method are the following:
- определение оптимальной частоты следования импульсов, при которой обеспечивается высокое качество поверхности (в частности устранение питтинга), производится с периодическими остановками процесса для контроля качества поверхности (это приводит к снижению производительности);- determination of the optimal pulse repetition rate, at which a high surface quality is ensured (in particular, elimination of pitting), is made with periodic process stops to control the surface quality (this leads to a decrease in productivity);
- в условиях обработки поверхностей переменной площади, либо при изменяющихся тепловом или гидродинамическом режимах, для которых характерно существенное изменения условий анодного растворения, оптимальная частота следования импульсов также должна изменяться. Для этого необходимо ее оперативно определять и изменять. Рассматриваемый способ-прототип такой возможности не имеет.- under conditions of processing surfaces of variable area, or under changing thermal or hydrodynamic conditions, which are characterized by significant changes in the conditions of anodic dissolution, the optimal pulse repetition rate should also change. For this, it is necessary to quickly determine and change it. The prototype method under consideration has no such possibility.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества поверхности при электрохимической обработке, исключение дефектов типа питтинга и точечных растравов за счет ведения процесса ЭХО в оптимальных условиях.The task to be solved by the claimed invention is aimed at improving the quality of the surface during electrochemical processing, eliminating defects such as pitting and spot rasters due to the ECHO process under optimal conditions.
Поставленная задача достигается способом электрохимической обработки титана и титановых сплавов в электролитах на основе однокомпонентных водных растворов нейтральных солей с применением анодных активирующих регулируемых высокочастотных прямоугольных импульсов тока, подаваемых пакетами, которые синхронизируют с моментом максимального сближения колеблющегося электрода-инструмента с электродом-заготовкой, и ведут обработку на малых рабочих межэлектродных зазорах, в котором, в отличие от прототипа в процессе обработки, измеряют электродные потенциалы в конце каждого импульса текущего i-го пакета после отключения тока, фиксируют установившееся значение электродного потенциала, в каждом следующем пакете изменяют параметр импульсов, например, период Ti следования импульсов на некоторую величину ΔTi до достижения установившимся электродным потенциалом своего минимального значения, и далее ведут процесс электрохимической обработки, регулируя период следования импульсов, таким образом, чтобы удержать величину установившегося электродного потенциала в области минимального значения. В качестве электродного потенциала можно измерять анодный потенциал или суммарное значение анодного и катодного потенциалов. В качестве установившегося значения электродного потенциала может быть принят электродный потенциал, измеренный в момент окончания последнего импульса в пакете. Знак величины изменения периода ΔTi следования импульсов в каждом последующем пакете можно определять по знаку отношенияThe problem is achieved by the method of electrochemical processing of titanium and titanium alloys in electrolytes based on one-component aqueous solutions of neutral salts using anodic activating regulated high-frequency rectangular current pulses supplied by packets that synchronize with the moment of the closest approach of the oscillating electrode-tool with the workpiece electrode and process on small working interelectrode gaps, in which, unlike the prototype during processing, measure electronic The electrode potentials at the end of each pulse of the current i-th packet after turning off the current, fix the steady-state value of the electrode potential, in each next packet change the parameter of the pulses, for example, the pulse repetition period T i by a certain value ΔT i until the steady-state electrode potential reaches its minimum value, and then they conduct the process of electrochemical processing, regulating the pulse repetition period, so as to maintain the value of the steady-state electrode potential in the min region The maximum value. As the electrode potential, it is possible to measure the anode potential or the total value of the anode and cathode potentials. As the steady-state value of the electrode potential, the electrode potential measured at the end of the last pulse in the packet can be taken. The sign of the magnitude of the period change ΔT i following the pulses in each subsequent packet can be determined by the sign of the ratio
где Ti, φi, * - период следования импульсов и установившееся значение потенциала в текущем i-м пакете.where T i , φ i, * is the pulse repetition period and the steady-state value of the potential in the current i-th packet.
Величину электродного потенциала в области минимальных значений можно поддерживать за счет изменения длительности импульсов в пакете.The value of the electrode potential in the region of minimum values can be maintained by changing the pulse duration in the packet.
С целью повышения достоверности измерений электродных потенциалов отключение тока осуществляют за время не более 10-8 с и для исключения искажений, вызванных переходным процессом, возникающим в измерительном контуре после выключения тока, кривую спада потенциала обрабатывают цифровым фильтром, и определяют электродный потенциал путем экстраполяции экспоненциальной кривой, характеризующей изменение потенциала после выключения тока, до пересечения с прямой, проходящей через точки начала и конца отключения тока.In order to increase the reliability of measurements of electrode potentials, the current is switched off in a period of not more than 10 -8 s and to eliminate distortions caused by the transient process that occurs in the measuring circuit after turning off the current, the potential decay curve is processed with a digital filter and the electrode potential is determined by extrapolating the exponential curve , characterizing the change in potential after turning off the current, before crossing with a straight line passing through the points of the beginning and end of the current shutdown.
Ведение процесса при поддержании минимального значения установившегося электродного потенциала, измеренного после выключения тока, с осуществлением регулирования параметров импульсов, например периода их следования в пакете, позволяет обеспечивать высокое качество поверхности при электрохимической обработке титана и его сплавов при изготовлении сложнофасонных полостей.Conducting the process while maintaining the minimum value of the steady-state electrode potential, measured after turning off the current, by adjusting the parameters of the pulses, for example, the period of their repetition in the packet, allows for high surface quality during the electrochemical treatment of titanium and its alloys in the manufacture of composite cavities.
Совокупность предложенных признаков является новой и неочевидной и обуславливает соответствие предложенного изобретения критерию "изобретательский уровень".The totality of the proposed features is new and non-obvious and determines the compliance of the proposed invention with the criterion of "inventive step".
Предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, подтверждающими возможность его осуществления, на которых:The invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, confirming the possibility of its implementation, on which:
фиг.1 изображает осциллограмму изменения анодного потенциала в момент быстрого (10-8 с) выключения тока (сигнал инвертирован);figure 1 depicts a waveform changes in the anode potential at the time of rapid (10 -8 s) turning off the current (the signal is inverted);
фиг.2 изображает согласно изобретению схему определения зависимости установившегося анодного потенциала φар от периода Т следования импульсов с использованием метода быстрого разрыва цепи тока;figure 2 depicts, according to the invention, a diagram for determining the dependence of the steady-state anode potential φ ar on the pulse repetition period T using the method of fast breaking the current circuit;
фиг.3 изображает согласно изобретению зависимости установившегося анодного потенциала φар сплава TI-AL-V от периода Т следования импульсов в 15% растворе NaNO3 при плотности тока 50 А/см2 для различных длительностей импульсов tи.figure 3 depicts, according to the invention, the dependence of the steady-state anode potential φ ar of the TI-AL-V alloy on the pulse repetition period T in a 15% NaNO 3 solution at a current density of 50 A / cm 2 for various pulse durations t and.
Физическая сущность предлагаемого способа ЭХО заключается в следующем.The physical nature of the proposed method of ECHO is as follows.
Как известно, электрохимическая обработка титана и его сплавов имеет целый ряд проблем, связанных с повышением качества обработанной поверхности (устранение питтинга, наводораживания, снижение шероховатости поверхности).As is known, the electrochemical treatment of titanium and its alloys has a number of problems associated with improving the quality of the processed surface (eliminating pitting, hydrogen disturbance, and reducing surface roughness).
Возможными путями решения указанных проблем являются, во-первых, использование импульсов тока микросекундной длительности, при которых время установления электродных потенциалов соизмеримо с длительностью импульса, во-вторых, изменение длительности паузы между импульсами с целью обеспечения оптимального физико-химического состояния обрабатываемой поверхности перед подачей последующего импульса тока. При электрохимической обработке титана и его сплавов это имеет решающее значение, т.к. для них характерна склонность к пассивации и сложная нестационарная стехиометрия многослойных поверхностных пленок, существенно различающихся своими свойствами.Possible solutions to these problems are, firstly, the use of current pulses of microsecond duration, in which the time of establishment of the electrode potentials is commensurate with the pulse duration, and secondly, the change in the duration of the pause between pulses in order to ensure the optimal physicochemical state of the treated surface before applying the subsequent current pulse. In the electrochemical treatment of titanium and its alloys, this is crucial, because they are characterized by a tendency to passivation and complex non-stationary stoichiometry of multilayer surface films that differ significantly in their properties.
Комплексным и доступным для оперативного контроля параметром, характеризующим физико-химическое состояние поверхности, является электродный потенциал обрабатываемой поверхности. В основу методики измерения электродных потенциалов был положен принцип фиксации электродного потенциала в момент «быстрого» (<10-8 с) отключения тока, протекающего через электрохимическую ячейку, т.е. измерение потенциала в момент отсутствия омической составляющей (вносящей существенную погрешность при высоких плотностях тока), но при сохранении (т.к. время тока отключения чрезвычайно мало) истинного значения измеряемой величины. Для исключения искажений вызванных переходным процессом, возникающим в измерительном контуре после выключения тока, кривую спада электродного потенциала обрабатывают цифровым фильтром, и определяют электродный (анодный) потенциал φa (фиг.1) путем экстраполяции экспоненциальной кривой (кривая "а" на фиг.1), характеризующей изменение потенциала после выключения тока, до пересечения с прямой (прямая "б" на фиг.1), проходящей через точки начала и конца отключения тока.The complex and accessible for operational control parameter characterizing the physicochemical state of the surface is the electrode potential of the surface being treated. The methodology for measuring electrode potentials was based on the principle of fixing the electrode potential at the instant of “quick” (<10 -8 s) disconnection of the current flowing through the electrochemical cell, i.e. potential measurement at the moment of absence of the ohmic component (introducing a significant error at high current densities), but while maintaining (since the trip current time is extremely small) the true value of the measured value. To eliminate distortions caused by the transient process that occurs in the measuring circuit after turning off the current, the decay curve of the electrode potential is processed with a digital filter and the electrode (anode) potential φ a is determined (Fig. 1) by extrapolating the exponential curve (curve "a" in Fig. 1 ), characterizing the change in potential after turning off the current, before crossing the straight line (line "b" in Fig. 1) passing through the points of the beginning and end of the current disconnection.
Учитывая тот факт, что процесс импульсного анодного растворения титановых сплавов существенно зависит от предшествующего физико-химического состояния поверхности, а до момента достижения потенциала активации на поверхности происходит рост окисной пленки, анодные потенциалы следует измерять при воздействии последовательности импульсов, подаваемых с различным периодом.Considering the fact that the process of pulsed anodic dissolution of titanium alloys substantially depends on the previous physicochemical state of the surface, and until the activation potential reaches the surface, an oxide film grows, the anodic potentials should be measured under the influence of a sequence of pulses applied with different periods.
Для получения зависимостей анодного потенциала от периода следования импульсов на электрохимическую ячейку подавалась последовательность импульсов постоянной плотности и длительности с определенным периодом (фиг.2). После каждого импульса измерялось значение потенциала. При наступлении установившегося режима, когда потенциал переставал меняться, фиксировалось значение потенциала φap. В каждом следующем эксперименте изменялся период следования импульсов Т. Далее значения потенциалов переводились в водородную шкалу потенциалов, и строилась зависимость установившегося электродного потенциала φap, от периода T: φap(T)|t=const (см. фиг.2).To obtain the dependences of the anode potential on the pulse repetition period, a sequence of pulses of constant density and duration with a certain period was applied to the electrochemical cell (Fig. 2). After each pulse, the potential value was measured. At the onset of the steady state, when the potential ceased to change, the value of the potential φ ap was fixed. In each subsequent experiment, the pulse repetition period T changed. Next, the potential values were transferred to the hydrogen potential scale, and the dependence of the steady-state electrode potential φ ap on the period T: φ ap (T) | t = const (see figure 2).
Титан имеет высокую химическую активность и легко пассивируется в различных средах. Для процесса анодного растворения титана характерно явление анодно-анионной активации. До достижения потенциала активации на поверхности титанового анода происходит рост окисной пленки сложной стехиометрии. После отключения тока в пленке продолжают протекать физико-химические процессы, изменяющие ее свойства. Далее (при достаточной напряженности электрического поля) происходит пробой пленки на участках с наименьшей прочностью с образованием питтингов. Питтинги увеличиваются в размере, сливаются (соединяются) и растворение начинается по всей обрабатываемой поверхности. Однако возможна ситуация, когда в течение короткого импульса тока пробой пленки может не наступить.Titanium has a high chemical activity and is easily passivated in various environments. The anodic dissolution of titanium is characterized by the phenomenon of anodic-anionic activation. Until the activation potential is reached, an oxide film of complex stoichiometry grows on the surface of the titanium anode. After turning off the current, physicochemical processes that change its properties continue to occur in the film. Further (with sufficient electric field strength), the film breaks down in areas with the lowest strength with the formation of pits. Pits increase in size, merge (connect) and dissolution begins along the entire surface to be treated. However, a situation is possible where, during a short current pulse, a breakdown of the film may not occur.
После отключения тока наружный слой оксида обогащается катионами металла в высшей степени окисления, т.е. проводимость пленки может измениться. Судя по фиг.3, существует период T следования импульсов (при определенной амплитудной плотности тока и длительности импульса), при котором происходит такое изменение стехиометрии окислов, образующих поверхностную пленку, в результате которого пленка оказывается менее прочной. И поэтому при подаче последующего импульса питтинги быстрее развиваются и сливаются. Причем на участках поверхности, удаленных от электрода-инструмента, пленка образуется более прочная и за время импульса не успевает разрушиться.After turning off the current, the outer oxide layer is enriched in metal cations in the highest oxidation state, i.e. film conductivity may change. Judging by figure 3, there is a pulse repetition period T (at a certain amplitude current density and pulse duration) at which such a change in the stoichiometry of the oxides forming the surface film occurs, as a result of which the film is less durable. And therefore, when a subsequent impulse is applied, pitts develop and merge faster. Moreover, on surface areas remote from the electrode-tool, the film is formed more durable and does not have time to collapse during the pulse.
Таким образом, за счет применения микросекундных импульсов тока с определенными параметрами, обеспечивающими условия нестационарного развития конкурирующих процессов генерации и разрушения пленки, повышается качество обработанной поверхности.Thus, through the use of microsecond current pulses with certain parameters that provide the conditions for the unsteady development of competing processes of film generation and destruction, the quality of the processed surface is improved.
Зависимости анодного потенциала сплава TI-AL-V от периода Т следования импульсов (см. фиг.3) имеют экстремум (минимум). При уменьшении периода следования импульсов значение анодного потенциала вначале уменьшается, достигая минимального значения, и далее увеличивается. Данное явление может быть связано с изменением свойств пленки при изменении параметров импульсов. Следовательно, создавая и контролируя условия нестационарного развития конкурирующих процессов генерации и растворения малорастворимых продуктов реакции, можно управлять процессом электрохимического растворения титана и его сплавов.The dependences of the anode potential of the TI-AL-V alloy on the pulse repetition period T (see Fig. 3) have an extremum (minimum). With a decrease in the pulse repetition period, the value of the anode potential first decreases, reaching a minimum value, and then increases. This phenomenon may be associated with a change in the properties of the film when changing the parameters of the pulses. Therefore, by creating and controlling the conditions for the unsteady development of competing processes of generation and dissolution of poorly soluble reaction products, one can control the process of electrochemical dissolution of titanium and its alloys.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
После включения станка, источника питания и насоса для подачи электролита в МЭП выставляют рабочий зазор и под давлением электролита на входе МЭП (50 кПа и более) производят электрохимическую обработку с подачей на МЭП пакета высокочастотных импульсов напряжения (тока). Обработку осуществляют с использованием колеблющегося электрода. Включают вибратор станка, который приводит в колебательное движение электрод-инструмент в пределах 1...100 Гц с амплитудой колебания 0,1-0,2 мм, и выставляют начальное значение минимального межэлектродного зазора, например, в пределах 0,01...0,05 мм. При этом источник питания выдает пакеты импульсов с частотой, равной частоте колебания электрода-инструмента. Пакеты импульсов синхронизируют с моментом максимального сближения электродов, т.е. с моментом достижения межэлектродного зазора величиной 0,01...0,03 мм.After turning on the machine, the power source and the pump for supplying the electrolyte to the MEP, the working gap is set and under the pressure of the electrolyte at the MEP input (50 kPa or more), electrochemical processing is performed with a packet of high-frequency voltage (current) pulses supplied to the MEP. Processing is carried out using an oscillating electrode. The vibrator of the machine is turned on, which drives the electrode tool within the range of 1 ... 100 Hz with an amplitude of 0.1-0.2 mm, and the initial value of the minimum interelectrode gap is set, for example, within 0.01 ... 0.05 mm. In this case, the power source generates pulse packets with a frequency equal to the oscillation frequency of the electrode-tool. The pulse packets are synchronized with the moment of maximum approximation of the electrodes, i.e. with the moment of reaching the interelectrode gap of 0.01 ... 0.03 mm.
Период следования импульсов тока в пачке ступенчато изменяют от одного периода колебаний вибратора к другому и, контролируя величину установившегося электродного потенциала φap, добиваются достижения минимального ее значения.The repetition period of the current pulses in the packet is stepwise changed from one oscillation period of the vibrator to another, and by controlling the value of the steady-state electrode potential φ ap , they achieve its minimum value.
Эксперименты проводились по обработке титанового сплава ВТ-6 в однокомпонентных электролитах в 5...9%-ном в водном растворе азотнокислого натрия и в 3...5%-ном растворе хлорида натрия. Частота подачи пакетов, синхронизированных с частотой колебания электрода-инструмента, равнялась 50 Гц. Длительность пакета изменялась от 200 мкс до 3 мс, а фаза подачи пакета относительно момента максимального сближения электродов регулировалась таким образом, что в момент максимального сближения электродов часть пакета импульсов не выходила за пределы этого момента в зависимости от условий обработки (величины давления электролита на входе МЭП, схемы прокачки электролита - центральная, боковая или в ванне без прокачки, и глубины обработки). Длительности импульсов в пакете и паузы между ними регулировались от 1 до 50 мкс. Скорость падения плотности тока по заднему фронту импульсов, подаваемых как от источника тока, так и от источника напряжения, имела 108A/см2·с. Высокие значения скорости выключения импульсов тока исключают практически пассивацию обрабатываемой торцевой поверхности, что обеспечивает высокую скорость анодного растворения титана и титановых сплавов.The experiments were carried out on the treatment of VT-6 titanium alloy in one-component electrolytes in 5 ... 9% in an aqueous solution of sodium nitrate and in a 3 ... 5% solution of sodium chloride. The frequency of supply of packets synchronized with the oscillation frequency of the electrode-tool was 50 Hz. The duration of the packet varied from 200 μs to 3 ms, and the phase of supply of the packet relative to the moment of maximum approximation of the electrodes was controlled so that at the moment of maximum approximation of the electrodes, part of the pulse packet did not go beyond this moment depending on the processing conditions (electrolyte pressure at the MEP input , electrolyte pumping circuits - central, lateral or in a bath without pumping, and processing depth). The pulse durations in the packet and the pauses between them were regulated from 1 to 50 μs. The rate of decrease in current density along the trailing edge of the pulses supplied both from the current source and from the voltage source had 10 8 A / cm 2 · s. High values of the shutdown speed of current pulses exclude practically passivation of the machined end surface, which ensures a high rate of anodic dissolution of titanium and titanium alloys.
В этих условиях при оптимальном периоде следования импульсов электрохимической обработки на поверхности вокруг обрабатываемой полости отсутствовали дефекты типа питтинга, точечных растравов и растравливаний по границам зерен на боковой поверхности обрабатываемой полости. Скорость обработки увеличилась относительно прототипа в 1,З раза. Шероховатость обработанной торцевой поверхности находилась в пределах Ra=0,2-0,4 мкм. Эти положительные эффекты можно объяснить тем, что при предложенном способе обработки удается ввести большее количество электричества для анодного растворения обрабатываемой поверхности при малых значениях межэлектродного зазора (30 мкм и менее) даже в условиях использования однокомпонентных электролитов малой концентрации на основе водных растворов нейтральных солей (3...9%). Это обеспечивается повышением надежности обработки на малых межэлектродных зазорах из-за наличия контроля по форме каждого импульса тока (напряжения) в пакете и информации об анодно-анионной активации обрабатываемой поверхности, а также при помощи наличия информации о возникновении ситуации, вызывающей возникновение короткого замыкания электродов, что позволяет производить обработку без разрушения рабочей поверхности электрода-инструмента и обрабатываемой поверхности, не допуская возникновения короткого замыкания между электродами при ЭХО на предельно малых межэлектродных зазорах (в пределах 10 мкм), а также локализовать процесс формообразования при минимальных значениях межэлектродных зазоров. Все это приводит к существенному повышению производительности и качества обработки без снижения точности формообразования. На оптимальных режимах геометрические размеры и форма электрода-инструмента копируются на обрабатываемой заготовке с погрешностью не более 0,01...0,05 мм. Under these conditions, with the optimal pulse repetition period of the electrochemical processing pulses on the surface around the cavity being treated, there were no defects such as pitting, dotting and etching along grain boundaries on the lateral surface of the treated cavity. The processing speed increased relative to the prototype in 1, 3 times. The roughness of the treated end surface was in the range Ra = 0.2-0.4 μm. These positive effects can be explained by the fact that with the proposed processing method it is possible to introduce a greater amount of electricity for anodic dissolution of the treated surface at small interelectrode gap values (30 μm or less) even when using low-concentration one-component electrolytes based on aqueous solutions of neutral salts (3. ..9%). This is achieved by increasing the reliability of processing at small interelectrode gaps due to the presence of control in the shape of each current pulse (voltage) in the packet and information about the anodic-anionic activation of the treated surface, as well as by the availability of information about the occurrence of a situation that causes the occurrence of a short circuit of the electrodes, which allows processing without destroying the working surface of the electrode-tool and the surface being treated, avoiding the occurrence of a short circuit between the electrode during ECHO at extremely small interelectrode gaps (within 10 μm), as well as to localize the formation process with minimal interelectrode gaps. All this leads to a significant increase in productivity and processing quality without compromising the accuracy of shaping. At optimal conditions, the geometric dimensions and shape of the electrode-tool are copied on the workpiece with an error of not more than 0.01 ... 0.05 mm.
Пример конкретной реализацииConcrete implementation example
Предлагаемый способ электрохимической обработки реализован на модернизированном копировально-прошивочном станке модели ЕСМ-1500. Обрабатываемый материал - титановый сплав марки ВТ-6. Электрод-инструмент - сталь 40Х13. Площадь обработки - 1 см2. Прокачка электролита - центральная. Состав электролита - 8% NaNO3. В процессе обработки высокочастотные (~80 КГц) импульсы напряжения длительностью 8 мкс и паузой между ними 4,2 мкс на МЭП подавали пакетами с частотой 50 Гц длительностью 1 мс. Амплитуда импульсов напряжения в пакете равнялось 25 В. Середину пакета высокочастотных импульсов напряжения синхронизировали с моментом максимального сближения электродов. Частота колебания электродов равнялась 50 Гц. Амплитуда колебания электрода - 0,1 мм. Начальный межэлектродный зазор - 0,02 мм.The proposed method of electrochemical processing is implemented on a modernized copy-stitching machine model ECM-1500. The processed material is VT-6 grade titanium alloy. The electrode tool is steel 40X13. The processing area is 1 cm 2 . Electrolyte pumping is central. The electrolyte composition is 8% NaNO 3 . During processing, high-frequency (~ 80 KHz) voltage pulses with a duration of 8 μs and a pause between them of 4.2 μs were fed to the MEP in packets of 50 Hz with a duration of 1 ms. The amplitude of the voltage pulses in the packet was 25 V. The middle of the packet of high-frequency voltage pulses was synchronized with the moment of maximum approximation of the electrodes. The oscillation frequency of the electrodes was 50 Hz. The oscillation amplitude of the electrode is 0.1 mm. The initial interelectrode gap is 0.02 mm.
Процесс вели в условиях удержания установившегося электродного потенциала в области минимального значения. За счет регулирования периода следования импульсов обеспечивали высокое качество обработки поверхности. Шероховатость обработанной торцевой поверхности находится в пределах Ra=0,2-0,4 мкм. Погрешность копирования профиля электрода-инструмента на обработанной поверхности не превышает 0,02 мм. В окрестности обработанной полости и на боковой поверхности дефекты типа питтингов и точечных растравов отсутствуют.The process was conducted under conditions of holding the steady-state electrode potential in the region of the minimum value. By controlling the pulse repetition period, a high quality surface treatment was ensured. The roughness of the treated end surface is in the range Ra = 0.2-0.4 microns. The error in copying the profile of the electrode-tool on the treated surface does not exceed 0.02 mm. In the vicinity of the treated cavity and on the lateral surface, defects such as pitting and point rasters are absent.
Таким образом, предложенный способ электрохимической обработки позволяет существенно улучшить качество поверхности в результате оперативного контролируемого ведения процесса в оптимальных условиях.Thus, the proposed method of electrochemical processing can significantly improve the quality of the surface as a result of the operational controlled process in optimal conditions.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004116931/02A RU2271905C1 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Process for electrochemically treating titanium and its alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004116931/02A RU2271905C1 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Process for electrochemically treating titanium and its alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004116931A RU2004116931A (en) | 2006-01-10 |
| RU2271905C1 true RU2271905C1 (en) | 2006-03-20 |
Family
ID=35871378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004116931/02A RU2271905C1 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Process for electrochemically treating titanium and its alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2271905C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450897C2 (en) * | 2010-08-11 | 2012-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Есм" | Method of electrochemical processing of materials |
| RU2465992C2 (en) * | 2010-12-02 | 2012-11-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Есм" | Method of pulsed electromachining |
| WO2013089577A1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Есм" | Method for the electrochemical machining of materials |
| RU2564773C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Dimensional electrochemical treatment method of parts from titanium and titanium alloys |
-
2004
- 2004-06-04 RU RU2004116931/02A patent/RU2271905C1/en active IP Right Revival
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450897C2 (en) * | 2010-08-11 | 2012-05-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Есм" | Method of electrochemical processing of materials |
| RU2465992C2 (en) * | 2010-12-02 | 2012-11-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Есм" | Method of pulsed electromachining |
| WO2013089577A1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Есм" | Method for the electrochemical machining of materials |
| RU2564773C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Dimensional electrochemical treatment method of parts from titanium and titanium alloys |
| EA030498B1 (en) * | 2014-05-05 | 2018-08-31 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method for electrochemical treatment of titanium and titanium alloys |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004116931A (en) | 2006-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fang et al. | Improvement of hole exit accuracy in electrochemical drilling by applying a potential difference between an auxiliary electrode and the anode | |
| US5833835A (en) | Method and apparatus for electrochemical machining by bipolar current pulses | |
| Shin et al. | Analysis of the side gap resulting from micro electrochemical machining with a tungsten wire and ultrashort voltage pulses | |
| US6231748B1 (en) | Method of and arrangement for electrochemical machining | |
| JP2003531020A (en) | How to control electrochemical processing | |
| RU2465991C2 (en) | Method of pulsed electromachining | |
| Sun et al. | MREF-ECM process for hard passive materials surface finishing | |
| Holstein et al. | Development of novel tungsten processing technologies for electro-chemical machining (ECM) of plasma facing components | |
| JP4322010B2 (en) | Electrochemical machining method and apparatus using optimum machining pulse width | |
| RU2271905C1 (en) | Process for electrochemically treating titanium and its alloys | |
| RU2465992C2 (en) | Method of pulsed electromachining | |
| RU2220031C1 (en) | Method for electrochemical treatment of titanium and its alloys | |
| JP4194849B2 (en) | Method for removing cathodic deposits using bipolar pulses | |
| RU2564773C1 (en) | Dimensional electrochemical treatment method of parts from titanium and titanium alloys | |
| RU2211121C2 (en) | Method for regulating interelectrode gap at electrochemical working | |
| US6398942B1 (en) | Electrochemical machining process for fabrication of cylindrical microprobe | |
| RU2450897C2 (en) | Method of electrochemical processing of materials | |
| RU2188749C2 (en) | Process for electrochemical dimensional working | |
| RU2809818C1 (en) | Method for two-stage electro-erosive-chemical piercing of small-diameter holes | |
| RU2188103C1 (en) | Method for dimensional electrochemical treatment of titanium alloys | |
| WO2013089577A1 (en) | Method for the electrochemical machining of materials | |
| US20080283416A1 (en) | Process for Electrochemical Stripping of Components | |
| US6565734B2 (en) | Electrochemical process using current density controlling techniques | |
| Panda et al. | Performance improvement of electrochemical micromachining employing pulse width modulation | |
| RU2465993C2 (en) | METHOD OF ELECTROMACHINING SOLID WC-Co ALLOYS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070605 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20090127 |
|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20090312 |
|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20090810 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150605 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160727 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE Effective date: 20170918 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190605 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210412 |