RU2550068C2 - Method for electrochemical polishing of metals and alloys - Google Patents
Method for electrochemical polishing of metals and alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550068C2 RU2550068C2 RU2012150302/02A RU2012150302A RU2550068C2 RU 2550068 C2 RU2550068 C2 RU 2550068C2 RU 2012150302/02 A RU2012150302/02 A RU 2012150302/02A RU 2012150302 A RU2012150302 A RU 2012150302A RU 2550068 C2 RU2550068 C2 RU 2550068C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polishing
- time
- cycle
- ions
- current density
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрохимической обработки деталей из металлов и сплавов и может быть использовано в машино- и приборостроении, например, при доводке внутренних и наружных поверхностей.The invention relates to the field of electrochemical processing of parts from metals and alloys and can be used in machine and instrument engineering, for example, when fine-tuning internal and external surfaces.
Известен способ электрохимического полирования, представляющий 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.].A known method of electrochemical polishing, which is 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.
Известен способ электрохимического полирования [патент РФ №2451773, МПК C25F 3/16, В23Н 3/00], который принят за прототип. Электрохимическое полирование осуществляют в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2-10 А/см2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, вибрации обрабатываемой детали с амплитудой и частотой, заданными исходя из электрохимических свойств материала. Полирование осуществляют циклами, при этом время одного цикла полирования задают не более 2 с, а время между циклами рассчитывают по формулеA known method of electrochemical polishing [RF patent No. 2451773, IPC C25F 3/16, B23H 3/00], which is adopted as a prototype. Electrochemical polishing is carried out 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. Polishing is carried out in cycles, while the time of one polishing cycle is set no more than 2 s, and the time between cycles is calculated by the formula
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.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 .
Шероховатость поверхности после каждого последующего цикла оценивают по аналитической зависимости, учитывающей электрохимические свойства обрабатываемого материала и параметры полированияThe surface roughness after each subsequent cycle is evaluated by the analytical dependence, taking into account the electrochemical properties of the processed material and polishing parameters
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; δМЭ3 - величина межэлектродного зазора, см; τ - время цикла электрохимического полирования, мин.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 ME3 - the value of the interelectrode gap, cm; τ is the cycle time of electrochemical polishing, min.
Недостатком прототипа является сложность автоматизации технологического процесса ввиду того, что не задана точная длительность цикла электрохимического полирования.The disadvantage of the prototype is the complexity of automation of the technological process due to the fact that the exact duration of the cycle of electrochemical polishing is not specified.
Задача изобретения - упрощение автоматизации технологического процесса.The objective of the invention is to simplify the automation of the process.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе электрохимического полирования металлической детали, включающем циклическое полирование детали в нейтральном водном растворе солей при плотности тока 0,2-10 A/см2, температуре электролита, равной температуре окружающей среды, вибрации обрабатываемой детали с амплитудой и частотой, заданными исходя из электрохимических свойств материала, и оценку шероховатости после каждого цикла полирования, при этом время между циклами рассчитывают в зависимости от параметров полирования и электрохимических свойств металла по формулеThe problem is achieved in that in the known method of electrochemical polishing of a metal part, including cyclic polishing of the part 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 amplitude and the frequency specified on the basis of the electrochemical properties of the material and the roughness assessment after each polishing cycle, while the time between cycles is calculated depending on the polishing parameters and electrochemical properties of the metal according to the formula
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, согласно техническому решению время одного цикла полирования определяют из зависимостиwhere 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 - ion concentration on the surface of the polished part, mol / cm 3 , according to the technical solution, the time of one polishing cycle is determined from the dependence
где τ - время цикла электрохимического полирования, с; i - плотность тока анодного растворения, А/см2; D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см2/с; К=10-5 А.where τ is the cycle time of electrochemical polishing, s; 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; K = 10 -5 A.
Изобретение поясним на примерах:The invention is illustrated by examples:
Пример 1: Обработке подвергались образцы из стали 12X13. Исходная шероховатость Rz 4,3 мкм; объемный электрохимический эквивалент обрабатываемого металла kν=2,1·10-3 см3/А·мин; удельная проводимость электролита (15% NaCl в воде); χ=0,164 см-1·Ом-1; выход по току обрабатываемого металла η=0,8; напряжение на электродах U=8В; падение напряжения в приэлектродных слоях ΔU=2,3В; плотность тока по обрабатываемой детали i=1 А/см2; частота вибрации анода (обрабатываемой детали) f=50 Гц; амплитуда вибрации A=0,5 мм.Example 1: Processing samples were made of steel 12X13. Initial roughness R z 4.3 μm; volumetric electrochemical equivalent of the treated metal k ν = 2.1 · 10 -3 cm 3 / A · min; specific electrolyte conductivity (15% NaCl in water); χ = 0.164 cm -1 · Ohm -1 ; current output of the treated metal η = 0.8; voltage at the electrodes U = 8V; 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.
Время между циклами рассчитываем по формуле (1). Учитывая, что CS=0,48·10-3 моль/см3, толщина диффузионного слоя δ=0,4·10-3 см, τмц≥l,45c.The time between cycles is calculated by the formula (1). Given that C S = 0,48 · 10 -3 mol / cm 3, the diffusion layer thickness δ = 0,4 · 10 -3 cm, τ mfi ≥l, 45c.
Время одного цикла рассчитываем по зависимости (3), полученной по результатам обобщения экспериментальных данных и характеризующей время насыщения диффузионного слоя в течение одного цикла обработки:The time of one cycle is calculated according to dependence (3) obtained by summarizing the experimental data and characterizing the time of saturation of the diffusion layer during one processing cycle:
К - постоянная величина, численно равная силе тока, обеспечиваемого диффузией ионов обрабатываемого металла, А. Для диапазона плотностей тока 0,2-10 A/см2 К=10-5 A; D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, D=10-5 см2/с.K is a constant value, numerically equal to the current strength provided by the diffusion of ions of the treated metal, A. For a range of current densities of 0.2-10 A / cm 2 K = 10 -5 A; D is the diffusion coefficient of the ions of the treated metal, D = 10 -5 cm 2 / s
При этом после первого цикла полирования, используя формулу (2), получим расчетный параметр Moreover, after the first polishing cycle, using formula (2), we obtain the calculated parameter
Измеренное значение параметра шероховатости The measured value of the roughness parameter
Второй цикл электрохимического полирования длительностью 1 с проводили после паузы в 1,45 с.The second cycle of electrochemical polishing lasting 1 s was carried out after a pause of 1.45 s.
После второго цикла расчетное значение параметра шероховатости поверхности измеренное After the second cycle, the calculated value of the surface roughness parameter measured
Шероховатость поверхности улучшается за счет проведения процесса в оптимальном режиме диффузионной кинетики. Пример 2:The surface roughness is improved by carrying out the process in the optimal diffusion kinetics mode. Example 2:
Обработке подвергались образцы из стали 12X13. Плотность тока по обрабатываемой детали i=2А/см2. Остальные исходные данные, свойства электролита, параметры вибрации как в примере 1.Samples of steel 12X13 were processed. The current density of the workpiece i = 2A / cm 2 . The rest of the initial data, the properties of the electrolyte, vibration parameters as in example 1.
Время между циклами рассчитываем по формуле (1). Учитывая, что CS=0,96·10-3 моль/см-3; толщина диффузионного слоя δ=0,4·10-3 см, получили τмц≥1,5 с.The time between cycles is calculated by the formula (1). Given that C S = 0.96 · 10 -3 mol / cm -3 ; the thickness of the diffusion layer δ = 0.4 · 10 -3 cm, received τ mts ≥1.5 s.
Время одного цикла рассчитали по зависимости (3):The time of one cycle was calculated according to dependence (3):
К=10-5А, D=10-5 см2/с.K = 10 -5 A, D = 10 -5 cm 2 / s.
Расчетное значение параметра шероховатости поверхностиEstimated Surface Roughness Parameter
Измеренное значение В результате увеличения плотности тока, время цикла уменьшилось до 0,5 с. При этом режим диффузионной кинетики сохраняется, в результате чего характер изменения шероховатости не меняется.Measured value As a result of the increase in current density, the cycle time decreased to 0.5 s. In this case, the regime of diffusion kinetics is maintained, as a result of which the nature of the change in roughness does not change.
Пример 3:Example 3:
Обработке подвергались образцы из стали 12X13. Исходные данные, свойства электролита, параметры вибрации как в примере 1. Время цикла полирования задали произвольно равным 3 с. Время между циклами рассчитали по формуле (1), τмц≥1,45 с.Samples of steel 12X13 were processed. Initial data, electrolyte properties, vibration parameters as in example 1. The polishing cycle time was set arbitrarily equal to 3 s. The time between cycles was calculated according to the formula (1), τ mfi ≥1,45 p.
При времени одного цикла полирования 3 с на поверхности обрабатываемой детали образуется волнистость и матовость.At a time of one polishing cycle of 3 s, an undulation and dullness are formed on the surface of the workpiece.
Таким образом, при электрохимическом полировании с временем одного цикла, рассчитанным по формуле (3) сохраняется закономерность снижения шероховатости поверхности при ее наилучшем качестве. При последующих циклах обработки указанная закономерность соблюдается.Thus, during electrochemical polishing with a time of one cycle calculated by the formula (3), the pattern of reducing the surface roughness at its best quality is preserved. In subsequent processing cycles, this pattern is observed.
Заявляемый способ электрохимического полирования с рассчитанным по зависимости временем цикла полирования дает возможность автоматизировать процесс электрохимического полирования, не проводя экспериментальных исследований.The inventive method of electrochemical polishing with calculated according to polishing cycle time makes it possible to automate the process of electrochemical polishing without conducting experimental studies.
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, отличающийся тем, что время одного цикла полирования определяют из зависимости
где τ - время цикла полирования, с, i - плотность тока анодного растворения, А/см2, D - коэффициент диффузии ионов обрабатываемого металла, см2/с, К=10-5 А. The method of electrochemical polishing of a metal part, including cyclic polishing of the part in a neutral aqueous solution of salts at a current density of 0.2-10.0 A / cm 2 , an electrolyte temperature equal to the ambient temperature, vibration of the workpiece with an amplitude and frequency specified based on electrochemical properties of the metal, and the roughness assessment after each polishing cycle, while the time between cycles is calculated depending on the polishing parameters and the electrochemical properties of the metal according to the formula
where z is the charge of the potential-determining ion, F is the Faraday number, Cl · 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 polished parts, mol / cm 3 , characterized in that the time of one polishing cycle is determined from the dependence
where τ is the polishing cycle time, s, 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, K = 10 -5 A.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150302/02A RU2550068C2 (en) | 2012-11-23 | 2012-11-23 | Method for electrochemical polishing of metals and alloys |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150302/02A RU2550068C2 (en) | 2012-11-23 | 2012-11-23 | Method for electrochemical polishing of metals and alloys |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012150302A RU2012150302A (en) | 2014-05-27 |
RU2550068C2 true RU2550068C2 (en) | 2015-05-10 |
Family
ID=50775249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012150302/02A RU2550068C2 (en) | 2012-11-23 | 2012-11-23 | Method for electrochemical polishing of metals and alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550068C2 (en) |
Citations (4)
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 |
RU2451773C2 (en) * | 2009-12-21 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Method for metal and alloy electrochemical polishing |
-
2012
- 2012-11-23 RU RU2012150302/02A patent/RU2550068C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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 |
RU2451773C2 (en) * | 2009-12-21 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Method for metal and alloy electrochemical polishing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012150302A (en) | 2014-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Murer et al. | Numerical modelling of the galvanic coupling in aluminium alloys: A discussion on the application of local probe techniques | |
Fang et al. | Improvement of hole exit accuracy in electrochemical drilling by applying a potential difference between an auxiliary electrode and the anode | |
Banerjee et al. | Electrochemical investigation of the influence of laser surface melting on the microstructure and corrosion behaviour of ZE41 magnesium alloy–An EIS based study | |
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 | |
Kim et al. | Pulse electrochemical machining on Invar alloy: Optical microscopic/SEM and non-contact 3D measurement study of surface analyses | |
Uttarwar et al. | A Study of Influence of Electrochemical Process Parameters on the Material Removal Rate and Surface Roughness of SS AISI | |
Rotty et al. | Electropolishing behavior of additive layer manufacturing 316L stainless steel in deep eutectic solvents | |
RU2550068C2 (en) | Method for electrochemical polishing of metals and alloys | |
Bähre et al. | Reproducible, fast and adjustable surface roughening of stainless steel using pulse electrochemical machining | |
RU2451773C2 (en) | Method for metal and alloy electrochemical polishing | |
Wang et al. | Dependency of the pulsed electrochemical machining characteristics of Inconel 718 in NaNO3 solution on the pulse current | |
Young-Bin et al. | Effect of pulse time on surface characteristics and corrosion resistance during pulse electrochemical polishing | |
Ayyappan et al. | Electrochemical machining of 20MnCr5 alloy steel with ferric nitrate mixed aqueous NaCl electrolyte | |
JP5659633B2 (en) | Surface treatment method for stainless steel sheet | |
Kashapov et al. | Changes of thermal balance in a plasma-electrolyte system according to the shape of the applied voltage | |
JP5331830B2 (en) | Electrode for electrochemical measurement and electrochemical analyzer | |
Shopov et al. | Experimental study of zone of yield strength on corroded construction steel specimens for reuse | |
KR101333408B1 (en) | Manufacturing Method of Conductive Magnesium Oxide Thin Layer | |
JP6534446B2 (en) | Method of manufacturing plate material for electrochemical process | |
Durut et al. | Phenomenological Model for Gold-Copper Electrodeposition: Application to Thick Coatings | |
IT201800002822A1 (en) | Intensified chrome tanning process | |
Girginov et al. | Impact of the preliminary surface treatment of aluminum on its electrochemical behaviour | |
JP2015010991A (en) | Evaluation method of depressant contained in plating solution | |
Kireev et al. | Electrodeposition of zinc plating from zincate electrolyte using galvanostatic mode of pulse electrolysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151124 |