RU2451773C2 - Method for metal and alloy electrochemical polishing - Google Patents
Method for metal and alloy electrochemical polishing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451773C2 RU2451773C2 RU2009147577/02A RU2009147577A RU2451773C2 RU 2451773 C2 RU2451773 C2 RU 2451773C2 RU 2009147577/02 A RU2009147577/02 A RU 2009147577/02A RU 2009147577 A RU2009147577 A RU 2009147577A RU 2451773 C2 RU2451773 C2 RU 2451773C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cycle
- electrochemical
- polishing
- roughness
- electrochemical polishing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрохимической обработки металлов, в частности к электрохимическому полированию металлов и сплавов, может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей.The invention relates to the field of electrochemical processing of metals, in particular to the electrochemical polishing of metals and alloys, can be used in machine and instrument engineering, for example, for finishing internal and external surfaces.
Известны способы электрохимического полирования, представляющие собой анодное растворение, приводящее к улучшению микрогеометрии обрабатываемой поверхности [Заявка №49-38418, Япония МКИ С23В 3/00, НКИ-12А63]. Электрохимическое полирование проводят как в стационарном, так и в движущемся электролите [Липкин Я.Н., Бершадская Т.Л. Химическое полирование металлов. - М.: Машиностроение, 1982. - 112 с.].Known methods of electrochemical polishing, which are anodic dissolution, leading to improved microgeometry of the treated surface [Application No. 49-38418, Japan MKI S23B 3/00, NKI-12A63]. Electrochemical polishing is carried out both in stationary and in a moving electrolyte [Lipkin Y.N., Bershadskaya T.L. Chemical polishing of metals. - M.: Mechanical Engineering, 1982. - 112 p.].
Недостатком существующих методов является токсичность электролита, низкая производительность.The disadvantage of existing methods is the toxicity of the electrolyte, low productivity.
За прототип принят способ электрохимического полирования [RU 2146580, В23/Н 3/00], осуществляемый в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2…10 А/см2, при температуре электролита, равной температуре окружающей среды, обрабатываемой детали сообщают вибрацию, амплитуда и частота которой задается исходя из физико-химических свойств материала обрабатываемой детали, время одного цикла полирования определяют по формуле:The prototype adopted the method of electrochemical polishing [RU 2146580, B23 / H 3/00], carried out in a neutral aqueous solution of salts at a current density of 0.2 ... 10 A / cm 2 , at an electrolyte temperature equal to the ambient temperature, the workpiece is reported to vibrate , the amplitude and frequency of which is set based on the physicochemical properties of the material of the workpiece, the time of one polishing cycle is determined by the formula:
где l - кратчайшее расстояние от днища ванны до обрабатываемой поверхности детали; ν - скорость всплывания пузырьков водорода, определяемая по формуле Стокса.where l is the shortest distance from the bottom of the bath to the workpiece surface; ν is the rate of rise of hydrogen bubbles, determined by the Stokes formula.
В первые две секунды электрохимического полирования распределение тока по обрабатываемой поверхности определяется ее микрогеометрией. Реальная поверхность представляет собой совокупность выступов и впадин. Согласно расчетам плотность тока на выступах больше плотности тока во впадинах в 5-7 раз, что способствует интенсивному растворению выступов (сглаживание поверхности).In the first two seconds of electrochemical polishing, the current distribution over the treated surface is determined by its microgeometry. The real surface is a combination of protrusions and depressions. According to calculations, the current density on the protrusions is 5-7 times higher than the current density in the depressions, which contributes to the intensive dissolution of the protrusions (surface smoothing).
К недостаткам способа относится то, что после первых двух секунд обработки из-за разности плотности прианодного слоя электролита начинается конвективная диффузия, в результате которой макроскопическое распределение плотности тока нарушается и появляются дефекты на поверхности в виде матовости, питтингов и др.The disadvantages of the method include the fact that after the first two seconds of treatment, due to the density difference of the anode layer of the electrolyte, convective diffusion begins, as a result of which the macroscopic distribution of the current density is disturbed and defects appear on the surface in the form of haze, pitting, etc.
Задача изобретения - повышение качества обработки и расширение технологических возможностей.The objective of the invention is improving the quality of processing and expanding technological capabilities.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе электрохимического полирования, осуществляемом в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2…10 А/см2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, обрабатываемой детали сообщают вибрацию, амплитуду и частоту которой задают исходя из электрохимических свойств материала обрабатываемой детали, согласно изобретению электрохимическое полирование осуществляют циклами, при этом время цикла задают не более 2 с, а время между циклами рассчитывают по формуле:The problem is achieved in that in the known method of electrochemical polishing carried out in a neutral aqueous solution of salts at a current density of 0.2 ... 10 A / cm 2 , the electrolyte temperature equal to the ambient temperature, the workpiece is informed of vibration, the amplitude and frequency of which is set based of the electrochemical properties of the material of the workpiece, according to the invention, electrochemical polishing is carried out in cycles, while the cycle time is set to no more than 2 s, and the time between cycles is calculated according to rmule:
где z - заряд иона;where z is the ion charge;
F - число Фарадея, Кл·моль-1;F is the Faraday number, C · mol -1 ;
i - плотность тока анодного растворения, А/см2;i is the current density of the anodic dissolution, A / cm 2 ;
D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см2/с;D is the diffusion coefficient of the ions of the treated metal, cm 2 / s;
CS - концентрация ионов на поверхности полируемой детали, моль/см3,C S is the concentration of ions on the surface of the polished part, mol / cm 3 ,
причем шероховатость поверхности после каждого последующего цикла определяют из соотношения:moreover, the surface roughness after each subsequent cycle is determined from the ratio:
где - шероховатость поверхности последующего цикла, мкм;Where - surface roughness of the subsequent cycle, microns;
- шероховатость поверхности предыдущего цикла, мкм; - surface roughness of the previous cycle, microns;
n - порядковый номер цикла;n is the sequence number of the cycle;
kν - объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла, см3/А·мин;k ν - volumetric electrochemical equivalent of the treated metal, cm 3 / A · min;
χ - удельная проводимость электролита, см-1·Ом-1;χ is the specific conductivity of the electrolyte, cm -1 · Ohm -1 ;
η - выход металла по току;η is the metal current output;
U - напряжение на электродах, В;U is the voltage at the electrodes, V;
ΔU - падение напряжения в приэлектродных слоях, равное алгебраической сумме падений напряжения в прикатодном и прианодном слоях, В;ΔU is the voltage drop in the near-electrode layers, equal to the algebraic sum of the voltage drops in the near-cathode and anode layers, V;
δМЭЗ - величина межэлектродного зазора, см;δ MEZ - the value of the interelectrode gap, cm;
τ - время цикла электрохимического полирования, мин.τ is the cycle time of electrochemical polishing, min.
Способ электрохимического полирования поясняется чертежом.The method of electrochemical polishing is illustrated in the drawing.
На фиг. изображена схема установки, реализующей заявляемый способ полирования металлов и сплавов.In FIG. depicts a diagram of an installation that implements the inventive method of polishing metals and alloys.
Установка представляет собой ванну 1 электрополирования, в которую залит водный раствор 2 хлорида натрия. Деталь 3 устанавливается на расстоянии δМЭЗ от боковых поверхностей ванны, соединяется штоком 4 с источником вибрации 5. Шток 4 соединяется с положительным полюсом источника питания 6, а ванна 1 - с отрицательным полюсом.The installation is a
При электрохимическом полировании детали 3 сообщают вибрацию от источника 5 частотой f, амплитудой А и подают напряжение от источника питания 6. Процесс полирования осуществляется циклично, длительность одного цикла полирования не превышает 2 с. Время между циклами рассчитывают по формуле (1), для подсчета CS используют известную зависимость [Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. - М.: Химия, 1969. - 608 с.]:During electrochemical polishing, parts 3 report vibration from source 5 with frequency f, amplitude A and supply voltage from power source 6. The polishing process is carried out cyclically, the duration of one polishing cycle does not exceed 2 s. The time between cycles is calculated by the formula (1), to calculate C S use the known dependence [Scorcheletti V.V. Theoretical electrochemistry. - M .: Chemistry, 1969. - 608 p.]:
Пример конкретного выполненияConcrete example
Обработке подвергались образцы из стали 12Х13. Исходная шероховатость поверхности Rz 4,3 мкм; объемный электрохимический эквивалент стали 12Х13 kν=2,1·10-3 см3/А·мин; удельная проводимость электролита (15% NaCl в воде) χ=0,17 см-1·Oм-1; выход по току обрабатываемого металла η=0,8; напряжение на электродах U=8B; падение напряжения в приэлектродных слоях ΔU=2,3B; плотность тока по обрабатываемой детали i=1 А/см2; частота вибрации анода (обрабатываемой детали) f=50 Гц; амплитуда вибрации А=0,5 мм; время одного цикла задаем равным 1 с. Концентрацию ионов железа у поверхности обрабатываемой детали определили по формуле (3), СS=0,48 моль/см3 и рассчитали время между циклами по формуле (1), получили τмц≥1,45 секунд.Processing samples were made of steel 12X13. Initial surface roughness R z 4.3 μm; volume electrochemical equivalent of steel 12X13 k ν = 2.1 · 10 -3 cm 3 / A · min; specific electrolyte conductivity (15% NaCl in water) χ = 0.17 cm -1 · Ohm -1 ; current output of the treated metal η = 0.8; voltage at the electrodes U = 8B; voltage drop in the electrode layers ΔU = 2.3V; current density in the workpiece i = 1 A / cm 2 ; vibration frequency of the anode (workpiece) f = 50 Hz; vibration amplitude A = 0.5 mm; the time of one cycle is set equal to 1 s. The concentration of iron ions at the surface of the workpiece defined by the formula (3), C S = 0,48 mol / cm 3 and a calculated time between cycles by the formula (1), was obtained mfi ≥1,45 τ seconds.
При межэлектродном расстоянии δМЭЗ=4 см, используя зависимость (2), учитывающую электрохимические свойства обрабатываемого материала и параметры полирования, после первого цикла полирования определили расчетный параметр шероховатости поверхности At an interelectrode distance of δ MEZ = 4 cm, using dependence (2), which takes into account the electrochemical properties of the processed material and polishing parameters, after the first polishing cycle, the calculated surface roughness parameter was determined
Измеренное значение параметра шероховатости поверхности The measured value of the surface roughness parameter
Второй цикл электрохимического полирования длительностью 1 с проводили после паузы в 1,45 с. После второго цикла электрохимического полирования расчетное значение параметра шероховатости поверхности The second cycle of electrochemical polishing lasting 1 s was carried out after a pause of 1.45 s. After the second cycle of electrochemical polishing, the calculated value of the surface roughness parameter
Измеренное значение - The measured value is
После третьего цикла результаты следующие: .After the third cycle, the results are as follows: .
После четвертого цикла - After the fourth cycle -
После пятого цикла - After the fifth cycle -
После шестого цикла - After the sixth cycle -
Конечная шероховатость поверхности Rz=2,3 мкм.Final surface roughness R z = 2.3 μm.
Отклонения расчетных значений шероховатости поверхности от измеренных составляют не более 15%.Deviations of the calculated values of the surface roughness from the measured are not more than 15%.
Шероховатость поверхности в предлагаемом способе не зависит от кратчайшего расстояния до днища ванны, а определяется межэлектродным расстоянием δМЭЗ, т.е. расстоянием между полируемой поверхностью (анодом) и катодом (боковая поверхность ванны). Расстояние между днищем ванны и обрабатываемой деталью в предлагаемом способе может быть любым, что расширяет технологические возможности метода.The surface roughness in the proposed method does not depend on the shortest distance to the bottom of the bath, but is determined by the interelectrode distance δ of the MEZ , i.e. the distance between the polished surface (anode) and the cathode (side surface of the bath). The distance between the bottom of the bath and the workpiece in the proposed method can be any that extends the technological capabilities of the method.
Использование зависимости шероховатости поверхности после каждого цикла полирования от электрохимических свойств обрабатываемого материала и параметров обработки позволяет аналитически оценить шероховатость поверхности, не проводя опытов, тем самым упрощается использование способа в технологиях электрохимического полирования.Using the dependence of the surface roughness after each polishing cycle on the electrochemical properties of the processed material and processing parameters allows us to analytically evaluate the surface roughness without conducting experiments, thereby simplifying the use of the method in electrochemical polishing technologies.
Claims (1)
,
где z - заряд потенциалопределяющего иона,
F - число Фарадея, Кл·моль-1,
i - плотность тока анодного растворения, А/см2,
D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см2/с,
CS - концентрация ионов на поверхности полируемой детали, моль/см3,
причем шероховатость поверхности после каждого последующего цикла определяют из зависимости:
где - шероховатость последующего цикла, мкм,
- шероховатость предыдущего цикла, мкм,
n - порядковый номер цикла,
kν - объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла, см3/А·мин,
χ - удельная проводимость электролита, см-1·Ом-1,
η - выход по току обрабатываемого металла,
U - напряжение на электродах, В,
ΔU - падение напряжения в приэлектродных слоях, равное алгебраической сумме падений напряжения в прикатодном и прианодном слоях, В,
δМЭЗ - величина межэлектродного зазора, см,
τ - время цикла электрохимического полирования, мин. The method of electrochemical polishing of metals and alloys in a neutral aqueous solution of salts at a current density of 0.2-10 A / cm 2 , an electrolyte temperature equal to the ambient temperature, vibration of the workpiece with an amplitude and frequency specified based on the electrochemical properties of the material, characterized in that electrochemical polishing is carried out in cycles, while the time of one polishing cycle is set to no more than 2 s, and the time between cycles is calculated by the formula:
,
where z is the charge of the potential-determining ion,
F is the Faraday number, C · mol -1 ,
i is the current density of the anodic dissolution, A / cm 2 ,
D is the diffusion coefficient of the ions of the treated metal, cm 2 / s,
C S is the concentration of ions on the surface of the polished part, mol / cm 3 ,
moreover, the surface roughness after each subsequent cycle is determined from the dependence:
Where - roughness of the subsequent cycle, microns,
- roughness of the previous cycle, microns,
n is the sequence number of the cycle,
k ν - volumetric electrochemical equivalent of the treated metal, cm 3 / A · min,
χ is the specific conductivity of the electrolyte, cm -1 · Ohm -1 ,
η - current output of the treated metal,
U is the voltage at the electrodes, V,
ΔU is the voltage drop in the near-electrode layers, equal to the algebraic sum of the voltage drops in the near-cathode and anode layers, V,
δ MEZ - the value of the interelectrode gap, cm,
τ is the cycle time of electrochemical polishing, min.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009147577/02A RU2451773C2 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Method for metal and alloy electrochemical polishing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009147577/02A RU2451773C2 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Method for metal and alloy electrochemical polishing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009147577A RU2009147577A (en) | 2011-06-27 |
RU2451773C2 true RU2451773C2 (en) | 2012-05-27 |
Family
ID=44738667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009147577/02A RU2451773C2 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Method for metal and alloy electrochemical polishing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2451773C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550068C2 (en) * | 2012-11-23 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Method for electrochemical polishing of metals and alloys |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113882013A (en) * | 2021-11-08 | 2022-01-04 | 衢州学院 | Electrochemical polishing method capable of realizing single-phase solid solution high-entropy alloy |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146580C1 (en) * | 1998-06-22 | 2000-03-20 | Сибирская аэрокосмическая академия | Method for electrochemically polishing metals and alloys |
US6315885B1 (en) * | 1999-09-07 | 2001-11-13 | National Science Council | Method and apparatus for electropolishing aided by ultrasonic energy means |
RU2229543C2 (en) * | 2002-07-15 | 2004-05-27 | Сибирский государственный аэрокосмический университет им. М.Ф. Решетнева | Process of electrochemical polishing |
-
2009
- 2009-12-21 RU RU2009147577/02A patent/RU2451773C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146580C1 (en) * | 1998-06-22 | 2000-03-20 | Сибирская аэрокосмическая академия | Method for electrochemically polishing metals and alloys |
US6315885B1 (en) * | 1999-09-07 | 2001-11-13 | National Science Council | Method and apparatus for electropolishing aided by ultrasonic energy means |
RU2229543C2 (en) * | 2002-07-15 | 2004-05-27 | Сибирский государственный аэрокосмический университет им. М.Ф. Решетнева | Process of electrochemical polishing |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550068C2 (en) * | 2012-11-23 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Method for electrochemical polishing of metals and alloys |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009147577A (en) | 2011-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nestler et al. | Plasma electrolytic polishing–an overview of applied technologies and current challenges to extend the polishable material range | |
Fang et al. | Improvement of hole exit accuracy in electrochemical drilling by applying a potential difference between an auxiliary electrode and the anode | |
Vana et al. | Surface properties of the stainless steel X10 CrNi 18/10 after aplication of plasma polishing in electrolyte | |
He et al. | The electrochemical dissolution behavior research of titanium alloy underdifferent electrolyte | |
Swain et al. | Use of coated microtools in advanced manufacturing: An exploratory study in electrochemical machining (ECM) context | |
TWI575122B (en) | Production method for stainless steel containing member | |
US20120181179A1 (en) | Method of electrochemical machining | |
RU2451773C2 (en) | Method for metal and alloy electrochemical polishing | |
Kim et al. | Pulse electrochemical machining on Invar alloy: Optical microscopic/SEM and non-contact 3D measurement study of surface analyses | |
Loftis et al. | Nanoscale electropolishing of high-purity nickel with an ionic liquid | |
ZA202210124B (en) | Method for the treatment of a metal substrate for the preparation of electrodes | |
KR100695999B1 (en) | Anodizing method for matal surface using high-frequency pluse | |
Ohsaka et al. | Effect of ultrasound sonication on electroplating of iridium | |
JP3177645U (en) | Special water generator | |
Bähre et al. | Reproducible, fast and adjustable surface roughening of stainless steel using pulse electrochemical machining | |
KR20120121025A (en) | Manufacturing method of thin film on magnesium alloy to have superior corrosion resistance | |
Lee et al. | Development of ultral clean machining technology with electrolytic polishing process | |
JP2007154301A (en) | Aluminum alloy anodic oxidation method and power source for aluminum alloy anodic oxidation | |
JP5659633B2 (en) | Surface treatment method for stainless steel sheet | |
Young-Bin et al. | Effect of pulse time on surface characteristics and corrosion resistance during pulse electrochemical polishing | |
JP2006514712A (en) | Electro-polishing method for nickel-titanium alloy dental instruments | |
JP4124744B2 (en) | Method for electrolytic polishing of titanium or titanium alloy | |
JP6256399B2 (en) | Electropolishing apparatus and electropolishing method | |
RU2764042C2 (en) | Method for stripping heat-resistant coatings from metal substrate of solid alloys | |
RU2550068C2 (en) | Method for electrochemical polishing of metals and alloys |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141222 |