RU2561549C2 - Electrolyte solution and electrochemical methods of surface modification - Google Patents

Electrolyte solution and electrochemical methods of surface modification Download PDF

Info

Publication number
RU2561549C2
RU2561549C2 RU2013128610/02A RU2013128610A RU2561549C2 RU 2561549 C2 RU2561549 C2 RU 2561549C2 RU 2013128610/02 A RU2013128610/02 A RU 2013128610/02A RU 2013128610 A RU2013128610 A RU 2013128610A RU 2561549 C2 RU2561549 C2 RU 2561549C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acid
citric acid
bath
concentration
workpiece
Prior art date
Application number
RU2013128610/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013128610A (en
Inventor
Джеймс Л. КЛАСКУИН
Томас Дж. КРИСТЕНСЕН
Original Assignee
МЕТКОН, ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by МЕТКОН, ЭлЭлСи filed Critical МЕТКОН, ЭлЭлСи
Publication of RU2013128610A publication Critical patent/RU2013128610A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2561549C2 publication Critical patent/RU2561549C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/02Etching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16Polishing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C25F1/02Pickling; Descaling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C25F1/02Pickling; Descaling
    • C25F1/04Pickling; Descaling in solution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/02Etching
    • C25F3/08Etching of refractory metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16Polishing
    • C25F3/22Polishing of heavy metals
    • C25F3/26Polishing of heavy metals of refractory metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F5/00Electrolytic stripping of metallic layers or coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/02Etching
    • C25F3/04Etching of light metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16Polishing
    • C25F3/18Polishing of light metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to electrochemical processing of work pieces from non-ferrous metals, namely to the water solution of electrolyte used for processing. The electrolyte solution contains lemon acid with the concentration within a range from 1.665 g/l up to 982 g/l, ammonium bifluoride with the concentration from 2 g/l up to 360 g/l and no more than 3.35 g/l of strong acid. The work piece surface treatment includes exposure of the surface to influence of a bathtub with water solution of electrolyte, regulation of temperature of a bathtub is less or equal 85°C, connection of the work piece to the anode of DC power supply and immersion of the cathode of DC power supply into the bathtub and passing through the bathtub of the current less than 255000 amperes per square meter.
EFFECT: invention allows to use the electrolyte water solution for processing of various non-ferrous metals, meanwhile the electrolyte is environmentally safe and doesn't generate hazardous wastes.
29 cl, 12 dwg, 9 tbl

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

[0001] Настоящая заявка связана с находящейся в общей собственности заявкой, озаглавленной «Раствор электролита и способы электролитической полировки», которая подана одновременно с настоящей заявкой.[0001] This application is related to a jointly owned application entitled “Electrolyte Solution and Electrolytic Polishing Methods”, which is filed simultaneously with this application.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[0002] Растворы и способы относятся к общей области электролитической полировки деталей из цветных металлов и поверхностей, а более конкретно - к обработке поверхности с помощью электролитической полировки, включая модуляцию трещин и удаление оксидов, на цветных и реакционноспособных металлах, в частности, титане и титановых сплавах.[0002] Solutions and methods relate to the general field of electrolytic polishing of non-ferrous metal parts and surfaces, and more particularly to surface treatment by electrolytic polishing, including crack modulation and removal of oxides, on non-ferrous and reactive metals, in particular titanium and titanium alloys.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0003] При обработке реакционноспособных металлов давлением из слитка в конечный прокат и после горячей обработки готовой детали необходимо удалять материал определенного поверхностного слоя оксида металла или, в случае титана и титановых сплавов, того, что обычно называют альфа-оболочкой. Эти обогащенные кислородом фазы возникают, когда реакционноспособные металлы нагревают на воздухе или в кислородсодержащих атмосферах. Оксидный слой может влиять на прочность материала, сопротивление усталости и коррозионную стойкость металла. Титан и титановые сплавы входят в число реакционноспособных металлов, что означает, что они реагируют с кислородом и образуют хрупкий связный оксидный слой (TiO2 для Ti, ZrO2 для Zr и т.д.) всякий раз, когда их нагревают на воздухе или в окислительной атмосфере выше примерно 480°C (900°F), в зависимости от конкретных сплава и окислительной атмосферы. Оксидный слой создается при нагревании металла до температур, необходимых для типичной ковки в вальцах или прокатки в прокатном стане, в результате сварки или при нагревании для проковки готовой детали или горячего формования детали. Оксиды реакционноспособных металлов и альфа-оболочка являются хрупкими, и формование, как правило, сопровождается образованием серии поверхностных микротрещин, которые проникают в объем металла, потенциально вызывая преждевременные разрушения при растяжении или усталости и делая поверхность более восприимчивой к химическому воздействию. Поэтому оксидный слой или слой альфа-оболочки должен быть удален перед любой последующей горячей или холодной обработкой или до пуска готового изделия в эксплуатацию.[0003] In the processing of reactive metals by pressure from an ingot to the finished product and after hot processing of the finished part, it is necessary to remove the material of a certain surface layer of metal oxide or, in the case of titanium and titanium alloys, what is commonly called the alpha shell. These oxygen-enriched phases occur when reactive metals are heated in air or in oxygen-containing atmospheres. The oxide layer can affect the strength of the material, fatigue resistance and corrosion resistance of the metal. Titanium and titanium alloys are among the reactive metals, which means that they react with oxygen and form a brittle bonded oxide layer (TiO 2 for Ti, ZrO 2 for Zr, etc.) whenever they are heated in air or in The oxidizing atmosphere is above about 480 ° C (900 ° F), depending on the specific alloy and oxidizing atmosphere. The oxide layer is created by heating the metal to temperatures necessary for typical forging in rollers or rolling in a rolling mill, as a result of welding or when heating for forging a finished part or hot forming of a part. Reactive metal oxides and the alpha shell are brittle, and molding is usually accompanied by the formation of a series of surface microcracks that penetrate the metal volume, potentially causing premature failure under tension or fatigue and making the surface more susceptible to chemical attack. Therefore, the oxide layer or the alpha shell layer must be removed before any subsequent hot or cold treatment or before the finished product is put into operation.

[0004] При обработке давлением реакционноспособных металлов, таких как титан и титановые сплавы, из слитка в готовую деталь также важно, чтобы были удалены трещины, образовавшиеся в ходе термической и механической обработки. Как описано выше, эти трещины могут проходить глубже, чем альфа-оболочка, и проникать в объем металла. Реакционноспособные металлы обычно нагревают, подвергают горячей обработке (например, ковке, прокатке, вытяжке, прессованию, экструдированию), охлаждают и подогревают для дополнительной горячей обработки от 4 до 8 раз, для превращения слитка в конечный продукт - прокат. Прокат часто опять нагревают для изготовления готовой детали с использованием методов, включающих, но не ограничивающихся таковыми, горячее выдавливание, раскатку, сверхпластичное формование и штамповку в закрытых штампах. Всякий раз, когда металл охлаждают после горячей обработки, на поверхности образуются трещины, которые простираются в заготовку. При традиционной обработке эти трещины удаляют шлифованием, которое включает механическое удаление, или химическим стравливанием в сильной кислоте, обычно HF-HNO3, слоя равномерной толщины или количества материала с заготовки, пока не будет вскрыто и удалено дно самой глубокой трещины. Шлифование или химическое травление до этой глубины гарантирует, что будут удалены все трещины, но занимает значительное количество времени и труда, а также приводит к значительной и дорогостоящей потере материала. Это обусловлено тем, что иногда трещины простираются в заготовку до глубины, составляющей 5% или более толщины или диаметра заготовки или готовой детали. Однако удаление трещин необходимо, поскольку, если трещины не удалять перед последующей стадией горячей обработки давлением или использованием готовой детали в эксплуатации, трещины могут распространиться и разрушить заготовку или готовую деталь.[0004] In the pressure treatment of reactive metals, such as titanium and titanium alloys, from an ingot to a finished part, it is also important that the cracks formed during the heat and mechanical treatment are removed. As described above, these cracks can penetrate deeper than the alpha shell and penetrate into the bulk of the metal. Reactive metals are usually heated, subjected to hot processing (for example, forging, rolling, drawing, pressing, extrusion), cooled and heated for additional hot processing from 4 to 8 times, to turn the ingot into a finished product - rolled. Rolled products are often heated again to make the finished part using methods including, but not limited to, hot extrusion, rolling, superplastic molding and stamping in closed dies. Whenever the metal is cooled after hot working, cracks form on the surface that extend into the workpiece. In conventional processing, these cracks are removed by grinding, which involves mechanical removal, or by chemical etching in strong acid, usually HF-HNO 3 , of a layer of uniform thickness or the amount of material from the workpiece, until the bottom of the deepest crack is opened and removed. Grinding or chemical etching to this depth ensures that all cracks are removed, but takes a considerable amount of time and labor, and also leads to a significant and costly loss of material. This is due to the fact that sometimes cracks extend into the workpiece to a depth of 5% or more of the thickness or diameter of the workpiece or finished part. However, the removal of cracks is necessary because, if the cracks are not removed before the next stage of hot forming or using the finished part in operation, the cracks can propagate and destroy the workpiece or the finished part.

[0005] В химии и промышленности электролиз представляет собой способ использования постоянного электрического тока (DC) для стимулирования несамопроизвольной в иных обстоятельствах химической реакции. Электролитическая полировка является хорошо известным применением электролиза для удаления заусенцев с металлических деталей и для получения блестящей и гладкой отделки поверхности. Подлежащую электролитической полировке заготовку погружают в ванну с раствором электролита и подвергают воздействию постоянного электрического тока. Заготовку поддерживают анодом, а подключение катода производят к одному или более металлическим проводникам, окружающим заготовку в ванне. Электролитическая полировка основана на двух противоположных реакциях, которые контролируют процесс. Первая реакция представляет собой реакцию растворения, в ходе которой металл с поверхности заготовки переходит в раствор в виде ионов. Таким образом, металл ион за ионом удаляется с поверхности заготовки. Другая реакция представляет собой реакцию окисления, в ходе которой на поверхности заготовки образуется слой оксида. Нарастание оксидной пленки ограничивает развитие реакции удаления ионов. Эта пленка является наиболее толстой поверх микровпадин и наиболее тонкой поверх микровыступов, а поскольку электрическое сопротивление пропорционально толщине оксидной пленки, наибольшая скорость растворения металла возникает на микровыступах, а наименьшая скорость растворения металла имеет место на микровпадинах. Следовательно, путем электролитической полировки можно селективно удалять микроскопические возвышения, или «пики», с более высокой скоростью, чем скорость воздействия на соответствующие микровпадины или «долины».[0005] In chemistry and industry, electrolysis is a method of using direct electric current (DC) to stimulate a non-spontaneous chemical reaction in other circumstances. Electrolytic polishing is a well-known application of electrolysis for deburring metal parts and for obtaining a shiny and smooth surface finish. The workpiece to be electrolytically polished is immersed in a bath with an electrolyte solution and subjected to direct electric current. The workpiece is supported by the anode, and the cathode is connected to one or more metal conductors surrounding the workpiece in the bath. Electrolytic polishing is based on two opposing reactions that control the process. The first reaction is a dissolution reaction, during which the metal from the surface of the workpiece passes into the solution in the form of ions. Thus, metal ion by ion is removed from the surface of the workpiece. Another reaction is an oxidation reaction, during which an oxide layer forms on the surface of the workpiece. The growth of the oxide film limits the development of the ion removal reaction. This film is the thickest on top of the microdrops and the thinnest on top of the microprotrusions, and since the electrical resistance is proportional to the thickness of the oxide film, the highest dissolution rate of the metal occurs at the microprotrusions, and the lowest dissolution rate of the metal occurs at the microdroplets. Therefore, by electrolytic polishing, it is possible to selectively remove microscopic elevations, or "peaks", at a higher rate than the rate of exposure to the corresponding microdepressions or "valleys".

[0006] Еще одно применение электролиза состоит в процессах электрохимической размерной обработки (ЭРО) (от англ. electrochemical machining processes, ECM). При ЭРО между электродом и металлической заготовкой пропускают сильный ток (часто составляющий более 40000 Ампер и подводимый при плотностях тока часто более 1,5 миллионов ампер на квадратный метр), вызывая удаление материала. Электрический ток пропускают через проводящую текучую среду (электролит) от отрицательно заряженного электрода-«инструмента» (катода) к проводящей заготовке (аноду). Катодный инструмент выполняют с формой, соответствующей желаемой операции размерной обработки, и продвигают в анодную заготовку. Находящийся под давлением электролит нагнетают при заданной температуре в обрабатываемую область. Материал заготовки удаляют, практически переводя в жидкость, со скоростью, определяемой скоростью подачи инструмента в заготовку. Величина зазора между инструментом и заготовкой варьируется в диапазоне от 80 до 800 микрон (80-800 мкм) (от 0,003 до 0,030 дюйма). По мере того как электроны пересекают зазор, материал на заготовке растворяется, и инструмент придает заготовке желаемую форму. Электролитическая текучая среда уносит гидроксид металла, образовавшийся в процессе реакции между электролитом и заготовкой. Необходима промывка, поскольку процесс электрохимической размерной обработки обладает низкой «терпимостью» к комплексам металлов, накапливающимся в растворе электролита. Напротив, способы с использованием раскрытых здесь растворов электролитов остаются стабильными и эффективными даже при высоких концентрациях титана в растворе электролита.[0006] Another application of electrolysis is in electrochemical dimensional processing (ERO) processes (from the English electrochemical machining processes, ECM). In ERO, a strong current is passed between the electrode and the metal billet (often more than 40,000 amperes and supplied at current densities often more than 1.5 million amperes per square meter), causing the removal of material. An electric current is passed through a conductive fluid (electrolyte) from a negatively charged “tool” electrode (cathode) to a conductive workpiece (anode). The cathode tool is made with a shape corresponding to the desired dimensional processing operation, and is advanced into the anode blank. The electrolyte under pressure is injected at a given temperature into the treated area. The workpiece material is removed, practically translating into a liquid, at a speed determined by the feed rate of the tool into the workpiece. The gap between the tool and the workpiece varies in the range from 80 to 800 microns (80-800 microns) (from 0.003 to 0.030 inches). As the electrons cross the gap, the material on the workpiece dissolves and the tool gives the workpiece the desired shape. The electrolytic fluid carries away the metal hydroxide formed during the reaction between the electrolyte and the workpiece. Washing is necessary, since the process of electrochemical dimensional processing has a low "tolerance" to metal complexes that accumulate in the electrolyte solution. In contrast, methods using the electrolyte solutions disclosed herein remain stable and effective even at high titanium concentrations in the electrolyte solution.

[0007] Растворы электролита для электролитической полировки металлов обычно представляют собой смеси, содержащие концентрированные сильные кислоты (полностью диссоциированные в воде), такие как неорганические кислоты. Сильные кислоты, как описано здесь, обычно квалифицируются как кислоты, которые являются более сильными в водном растворе, чем ион гидроксония (H3O+). Примерами сильных кислот, обычно используемых в электролитической полировке, являются серная кислота, соляная кислота, перхлорная кислота и азотная кислота, тогда как примеры слабых кислот включают кислоты из группы карбоновых кислот, такие как муравьиная кислота, уксусная кислота, масляная кислота и лимонная кислота. Органические соединения, такие как спирты, амины или карбоновые кислоты, иногда используют в смесях с сильными кислотами в целях замедления реакции травления с растворением, чтобы избежать избыточного травления поверхности заготовки. Смотри, например, патент США № 6610194, описывающий использование уксусной кислоты в качестве замедлителя реакции.[0007] Electrolyte solutions for electrolytic polishing of metals are usually mixtures containing concentrated strong acids (completely dissociated in water), such as inorganic acids. Strong acids, as described here, are usually qualified as acids that are stronger in aqueous solution than hydroxonium ion (H 3 O + ). Examples of strong acids commonly used in electrolytic polishing are sulfuric acid, hydrochloric acid, perchloric acid and nitric acid, while examples of weak acids include acids from the group of carboxylic acids, such as formic acid, acetic acid, butyric acid and citric acid. Organic compounds, such as alcohols, amines or carboxylic acids, are sometimes used in mixtures with strong acids in order to slow the etching reaction with dissolution in order to avoid excessive etching of the workpiece surface. See, for example, US Patent No. 6610194, which describes the use of acetic acid as a reaction inhibitor.

[0008] Существует побудительный мотив сократить использование этих сильных кислот в ваннах для отделочной обработки металлов, главным образом из-за их опасности для здоровья и затрат на утилизацию отходов использованного раствора. Лимонная кислота ранее была принята в качестве пассивирующего агента для изделий из нержавеющей стали согласно стандартам как Министерства обороны США, так и ASTM (Американского общества по испытанию материалов). Однако хотя в предшествующих исследованиях была показана и количественно определена экономия от использования промышленной пассивационной ванны с раствором лимонной кислоты для пассивирования нержавеющей стали, они оказались неспособными выявить подходящий раствор электролита, в котором значительная концентрация лимонной кислоты смогла бы снизить концентрацию сильных кислот. Например, в публикации, озаглавленной «Лимонная кислота и предотвращение загрязнения при пассивации и электролитической полировке» («Citric Acid & Pollution Prevention in Passivation & Electropolishing») от 2002 г., описано несколько преимуществ снижения количества сильных неорганических кислот путем их замещения на некоторое количество более слабой органической кислоты и, в частности, лимонной кислоты из-за ее низкой стоимости, доступности и относительно безопасной утилизации, но, в конечном счете, оценен альтернативный электролит, содержащий смесь главным образом фосфорной и серной кислот с небольшим количеством органической кислоты (не лимонной кислоты).[0008] There is an incentive to reduce the use of these strong acids in metal bathtubs, mainly because of their health risks and the cost of disposing of waste solution used. Citric acid was previously accepted as a passivating agent for stainless steel products according to the standards of both the US Department of Defense and ASTM (American Society for Testing Materials). However, although previous studies had shown and quantified the savings from using an industrial passivation bath with citric acid solution to passivate stainless steel, they were unable to identify a suitable electrolyte solution in which a significant concentration of citric acid could reduce the concentration of strong acids. For example, in a publication entitled Citric Acid & Pollution Prevention in Passivation & Electropolishing, 2002, titled Citric Acid and Pollution Prevention in Passivation and Electrolytic Polishing, several benefits of reducing the amount of strong inorganic acids by replacing them by a certain amount are described. weaker organic acid and, in particular, citric acid due to its low cost, availability and relatively safe disposal, but, in the end, an alternative electrolyte containing a mixture of mainly f Sforno and sulfuric acid with a small amount of an organic acid (no citric acid).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0009] Удаление альфа-оболочки и модуляция трещин обычно не достигаются в процессах электролитической полировки. Сильнокислотные компоненты, находящиеся в типичных электролитических растворах, используемых в уровне техники для электролитической полировки, приводят к миграции водорода в поверхности металла и агрессивному неконтролируемому травлению, которое может углублять трещины. В своей разработке новых химических основ ванн для электролитической полировки с использованием растворов слабых кислот и гидродифторида аммония (ГФА), в отсутствие сильнокислотных компонентов, авторы изобретения обнаружили, что как удаление альфа-оболочки, так и модуляция трещин могут быть эффективно достигнуты посредством электролитической полировки. Таким образом, здесь раскрыты способы удаления оксидов и модуляции трещин с помощью процессов электролитической полировки при использовании новых химических составов ванны, пригодных для этих способов.[0009] Alpha-shell removal and crack modulation are usually not achieved in electrolytic polishing processes. Highly acidic components found in typical electrolytic solutions used in the prior art for electrolytic polishing lead to the migration of hydrogen in the metal surface and aggressive uncontrolled etching, which can deepen cracks. In their development of new chemical foundations for electrolytic polishing baths using solutions of weak acids and ammonium hydrodifluoride (HFA), in the absence of strongly acidic components, the inventors found that both the removal of the alpha shell and modulation of cracks can be effectively achieved by electrolytic polishing. Thus, methods for removing oxides and modulating cracks using electrolytic polishing processes using new chemical bath compositions suitable for these methods are disclosed herein.

[0010] В одном варианте воплощения раскрыт водный раствор электролита, включающий от примерно 0,1% по массе до примерно 59% по массе карбоновой кислоты и от примерно 0,1% по массе до примерно 25% по массе фторидной соли и практически не содержащий сильной кислоты.[0010] In one embodiment, an aqueous electrolyte solution is disclosed comprising from about 0.1% by weight to about 59% by weight of a carboxylic acid and from about 0.1% by weight to about 25% by weight of a fluoride salt and substantially free of strong acid.

[0011] В еще одном варианте воплощения раскрыт водный раствор электролита, включающий от примерно 1,665 г/л лимонной кислоты до примерно 982 г/л лимонной кислоты и от примерно 2 г/л гидродифторида аммония до примерно 360 г/л гидродифторида аммония фторидной соли и практически не содержащий сильной кислоты.[0011] In yet another embodiment, an aqueous electrolyte solution is disclosed comprising from about 1.665 g / L citric acid to about 982 g / L citric acid and from about 2 g / L ammonium hydrodifluoride to about 360 g / L ammonium hydrofluoride fluoride salt and practically free of strong acid.

[0012] В одном варианте воплощения раскрыт способ обработки поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита с концентрацией лимонной кислоты, меньшей или равной примерно 300 г/л, и концентрацией гидродифторида аммония, большей или равной примерно 10 г/л, и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты, регулирование температуры ванны большей или равной примерно 54°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну, и пропускание тока через ванну.[0012] In one embodiment, a method is disclosed for treating a surface of a non-ferrous metal preform, comprising subjecting the surface to a bath with an aqueous electrolyte solution with a citric acid concentration of less than or equal to about 300 g / L and a concentration of ammonium hydrodifluoride of greater than or equal to about 10 g / l, and having no more than approximately 3.35 g / l strong acid, regulating the bath temperature greater than or equal to approximately 54 ° C, connecting the workpiece to the anode of a DC power source and immersing the cathode Source DC power to the bath, and passing a current through a bath.

[0013] В одном варианте воплощения раскрыт способ модуляции трещин в поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита с концентрацией лимонной кислоты, меньшей или равной примерно 300 г/л, и концентрацией гидродифторида аммония, большей или равной примерно 60 г/л, и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты, регулирование температуры ванны большей или равной примерно 54°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну, и пропускание через ванну тока менее чем примерно 53,8 ампер на квадратный метр.[0013] In one embodiment, a method for modulating cracks in the surface of a non-ferrous metal preform is disclosed, comprising exposing the surface to a bath with an aqueous electrolyte solution with a citric acid concentration of less than or equal to about 300 g / l and a concentration of ammonium hydrodifluoride greater than or equal to about 60 g / l, and having no more than about 3.35 g / l of strong acid, regulating the bath temperature greater than or equal to about 54 ° C, connecting the workpiece to the anode of a DC power source and immersion the cathode of the DC power into the bath and passing a current through the bath of less than about 53.8 amperes per square meter.

[0014] В одном варианте воплощения раскрыт способ удаления оксида металла с поверхности заготовки из цветного металла, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита с концентрацией лимонной кислоты, меньшей или равной примерно 60 г/л, и концентрацией гидродифторида аммония, большей или равной примерно 60 г/л, и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты, регулирование температуры ванны большей или равной примерно 54°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну, и пропускание через ванну тока менее чем примерно 53,8 ампер на квадратный метр.[0014] In one embodiment, a method is disclosed for removing metal oxide from the surface of a non-ferrous metal preform, comprising subjecting the surface to a bath with an aqueous electrolyte solution with a citric acid concentration of less than or equal to about 60 g / L and a concentration of ammonium hydrodifluoride greater or equal to about 60 g / l, and having no more than about 3.35 g / l of strong acid, regulating the bath temperature greater than or equal to about 54 ° C, connecting the workpiece to the anode of a DC power source and angling the cathode of the DC power into the bath and passing a current through the bath of less than about 53.8 amperes per square meter.

[0015] В одном варианте воплощения раскрыт способ удаления альфа-оболочки с поверхности заготовки из титана или титанового сплава, включающий в себя подвергание поверхности воздействию ванны с водным раствором электролита с концентрацией лимонной кислоты, меньшей или равной примерно 60 г/л, и концентрацией гидродифторида аммония, большей или равной примерно 60 г/л, и имеющим не более чем примерно 3,35 г/л сильной кислоты, регулирование температуры ванны большей или равной примерно 54°C, подключение заготовки к аноду источника питания постоянного тока и погружение катода источника питания постоянного тока в ванну, и пропускание через ванну тока менее чем примерно 53,8 ампер на квадратный метр.[0015] In one embodiment, a method is disclosed for removing an alpha shell from a surface of a titanium or titanium alloy preform, comprising subjecting the surface to a bath with an aqueous electrolyte solution with a citric acid concentration of less than or equal to about 60 g / L and a concentration of hydrodifluoride ammonium greater than or equal to about 60 g / l and having no more than about 3.35 g / l of strong acid, regulating the bath temperature greater than or equal to about 54 ° C, connecting the workpiece to the anode of the power source about current and immersion of the cathode of the DC power source in the bath, and passing through the bath current less than about 53.8 amperes per square meter.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0016] Фигуры 1A-1B представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности как функцию концентрации лимонной кислоты в водном растворе электролита, имеющем умеренно низкую концентрацию 20 г/л гидродифторида аммония, при высокой плотности тока 1076 А/м2 в диапазоне температур.[0016] Figures 1A-1B are data graphs showing a material removal rate and a change in surface finish quality as a function of citric acid concentration in an aqueous electrolyte solution having a moderately low concentration of 20 g / L ammonium hydrodifluoride at a high current density of 1076 A / m 2 in the temperature range.

[0017] Фигуры 2A-2B представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала как функцию концентрации гидродифторида аммония в водном растворе электролита, содержащем 120 г/л лимонной кислоты, при характерных низких и высоких температурах соответственно, в диапазоне плотностей тока.[0017] Figures 2A-2B are data graphs showing the material removal rate as a function of the concentration of ammonium hydrodifluoride in an aqueous electrolyte solution containing 120 g / l citric acid, at characteristic low and high temperatures, respectively, in the range of current densities.

[0018] Фигуры 2C-2D представляют собой графики данных, показывающих изменение качества отделки поверхности как функцию гидродифторида аммония при условиях, соответствующих фигурам 2A-2B соответственно.[0018] Figures 2C-2D are data graphs showing a change in surface finish quality as a function of ammonium hydrofluoride under conditions corresponding to Figures 2A-2B, respectively.

[0019] Фигуры 2E-2F представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности соответственно как функцию плотности тока в водном растворе электролита практически без лимонной кислоты при температуре 85°C.[0019] Figures 2E-2F are data graphs showing a material removal rate and a change in surface finish quality, respectively, as a function of current density in an aqueous electrolyte solution with virtually no citric acid at a temperature of 85 ° C.

[0020] Фигуры 3A-3D представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала как функцию концентрации лимонной кислоты в водном растворе электролита для нескольких концентраций гидродифторида аммония при плотности тока 53,8 А/м2 и температурах 21°C, 54°C, 71°C и 85°C соответственно.[0020] Figures 3A-3D are data graphs showing a material removal rate as a function of citric acid concentration in an aqueous electrolyte solution for several concentrations of ammonium hydrodifluoride at a current density of 53.8 A / m 2 and temperatures of 21 ° C, 54 ° C, 71 ° C and 85 ° C respectively.

[0021] Фигуры 4A-4D представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала как функцию концентрации лимонной кислоты в водном растворе электролита для нескольких концентраций гидродифторида аммония при температуре 54°C и плотностях тока 10,8 А/м2, 215 А/м2, 538 А/м2 и 1076 А/м2 соответственно.[0021] Figures 4A-4D are data graphs showing a material removal rate as a function of citric acid concentration in an aqueous electrolyte solution for several concentrations of ammonium hydrodifluoride at a temperature of 54 ° C and a current density of 10.8 A / m 2 , 215 A / m 2 , 538 A / m 2 and 1076 A / m 2, respectively.

[0022] Фигуры 4E-4G представляют собой графики данных, показывающих скорость удаления материала как функцию плотности тока при температуре 85°C в водном растворе, содержащем 120 г/л, 600 г/л и 780 г/л лимонной кислоты соответственно, для нескольких концентраций гидродифторида аммония.[0022] Figures 4E-4G are data plots showing a material removal rate as a function of current density at 85 ° C in an aqueous solution containing 120 g / l, 600 g / l and 780 g / l of citric acid, respectively, for several ammonium hydrodifluoride concentrations.

[0023] Фигуры 4H-4J представляют собой графики данных, показывающих изменение качества отделки поверхности как функцию плотности тока при условиях, соответствующих фигурам 4E-4G соответственно.[0023] Figures 4H-4J are data graphs showing a change in surface finish quality as a function of current density under conditions corresponding to Figures 4E-4G, respectively.

[0024] Фигуры 5A-5B представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при низкой температуре (21°C) и высокой плотности тока (538 А/м2).[0024] Figures 5A-5B are data graphs showing the amount of material removed and surface finish quality changes, respectively, for various combinations of citric acid and ammonium hydro difluoride concentrations at low temperature (21 ° C) and high current density (538 A / m 2 ) .

[0025] Фигуры 6A-6B представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при низкой температуре (21°C) и высокой плотности тока (1076 А/м2).[0025] Figures 6A-6B are data graphs showing the amount of material removed and the quality of the surface finish, respectively, for various combinations of citric acid and ammonium hydro difluoride concentrations at low temperature (21 ° C) and high current density (1076 A / m 2 ) .

[0026] Фигуры 7A-7B представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при высокой температуре (85°C) и высокой плотности тока (1076 А/м2).[0026] Figures 7A-7B are data graphs showing the amount of material removed and surface finish quality changes, respectively, for various combinations of citric acid and ammonium hydro difluoride concentrations at high temperature (85 ° C) and high current density (1076 A / m 2 ) .

[0027] Фигуры 8A-8B представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных высокой температуре (85°C) и низкой плотности тока (10,8 А/м2).[0027] Figures 8A-8B are graphs of data showing the amount of removed material and the change in surface finish quality, respectively, for various combinations of citric acid and ammonium hydrofluoride concentrations at characteristic high temperature (85 ° C) and low current density (10.8 A / m 2 ).

[0028] Фигуры 9A-9B представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных высокой температуре (85°C) и высокой плотности тока (538 А/м2).[0028] Figures 9A-9B are data graphs showing the amount of material removed and surface finish quality changes, respectively, for various combinations of citric acid and ammonium hydro difluoride concentrations at characteristic high temperature (85 ° C) and high current density (538 A / m 2 )

[0029] Фигуры 10A-10B представляют собой графики данных, показывающих количество удаленного материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при различных сочетаниях концентраций лимонной кислоты и гидродифторида аммония при характерных умеренно высокой температуре (71°C) и умеренной плотности тока (215 А/м2).[0029] Figures 10A-10B are data graphs showing the amount of material removed and surface finish quality changes, respectively, for various combinations of citric acid and ammonium hydro difluoride concentrations at a characteristic moderately high temperature (71 ° C) and moderate current density (215 A / m 2 ).

[0030] Фигура 11 является схематическим представлением последовательности, которая имеет место в известном из уровня техники процессе удаления трещины, простирающейся в заготовку от поверхности материала.[0030] Figure 11 is a schematic representation of a sequence that occurs in a prior art crack removal process extending into a preform from a material surface.

[0031] Фигура 12 является схематическим представлением последовательности, которая имеет место в процессе с использованием раскрытого здесь электролита для модуляции трещины, простирающейся в заготовку от поверхности материала.[0031] Figure 12 is a schematic representation of a sequence that takes place in a process using the electrolyte disclosed herein to modulate a crack extending into a preform from a surface of a material.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0032] Здесь раскрыты водные растворы электролита, которые являются особенно полезными для обработки поверхности реакционноспособных металлов, включая, но не ограничиваясь таковыми, титан и титановые сплавы. Относительно небольшие количества фторидной соли и карбоновой кислоты растворяют в воде, практически в отсутствие сильной кислоты, такой как неорганическая кислота, так что раствор практически не содержит сильной кислоты. Этот раствор электролита является заметным отступлением от более ранних попыток обработки в электролитных ваннах поверхности реакционноспособных металлов, включая, но не ограничиваясь таковыми, титан и титановые сплавы, для которых обычно используют сильные кислоты и требуется, чтобы количество воды в растворе электролита поддерживалось на абсолютном минимуме.[0032] Water electrolyte solutions are disclosed herein that are particularly useful for surface treatment of reactive metals, including, but not limited to, titanium and titanium alloys. Relatively small amounts of fluoride salt and carboxylic acid are dissolved in water, practically in the absence of a strong acid, such as an inorganic acid, so that the solution contains practically no strong acid. This electrolyte solution is a noticeable departure from earlier attempts to surface reactive metals in electrolyte baths, including, but not limited to, titanium and titanium alloys, which typically use strong acids and require that the amount of water in the electrolyte solution be kept at an absolute minimum.

[0033] Фторидная соль обеспечивает источник фторид-ионов для раствора и может представлять собой, но не ограничивается таковым, гидродифторид аммония, NH4HF2 (иногда сокращаемый здесь как «ГФА»). Не привязываясь к теории, представляется, что карбоновая кислота смягчает воздействие фторид-ионов на обрабатываемую поверхность реакционноспособного металла и может представлять собой, но не ограничивается таковой, лимонную кислоту. К раствору преднамеренно не добавляют никакого количества сильной кислоты или неорганической кислоты, хотя может присутствовать следовое количество сильной кислоты. Используемые здесь термины «практически в отсутствие» и «практически не содержит» применяются для обозначения концентраций сильной кислоты, меньших или равных примерно 3,35 г/л, предпочтительно меньших или равных примерно 1 г/л, а более предпочтительно меньших, чем примерно 0,35 г/л.[0033] The fluoride salt provides a source of fluoride ions for the solution and can be, but is not limited to, ammonium hydrodifluoride, NH 4 HF 2 (sometimes abbreviated here as “HFA”). Without being attached to theory, it seems that carboxylic acid softens the effect of fluoride ions on the treated surface of a reactive metal and can be, but is not limited to, citric acid. No amount of strong acid or inorganic acid is intentionally added to the solution, although a trace amount of strong acid may be present. As used herein, the terms “substantially absent” and “substantially free” are used to mean concentrations of strong acid less than or equal to about 3.35 g / L, preferably less than or equal to about 1 g / L, and more preferably less than about 0 , 35 g / l.

[0034] Пробные образцы технически чистого (ТЧ) титана погружали в ванну с водным раствором, содержащим 60 г/л лимонной кислоты и 10 г/л ГФА при 54°C, и подавали ток при 583 А/м2. Образец, отрезанный от полосы титана с полученной после прокатки поверхностью (с шероховатостью поверхности 0,52 мкм), подвергнутый воздействию этого раствора в течение 15 минут, стал равномерно гладким (с шероховатостью поверхности 0,45 мкм) и косметически отражающим. Затем были пошагово добавлены небольшие количества HNO3 (азотной кислоты) с 42° Be, и приготовленный пробный образец был обработан несколько раз до обнаружения изменений поверхности. Образцы не испытывали воздействия обработки после каждого добавления азотной кислоты до достижения концентрации азотной кислоты 3,35 г/л, при которой контрольная панель показывала неоднородный косметический внешний вид, включая питтинговую коррозию и отслаивание, с нерегулярным воздействием по периметру образца, с шероховатостью поверхности в диапазоне от 0,65 до 2,9 мкм и выше. Азотная кислота считается пограничной сильной кислотой, с константой диссоциации не намного большей, чем константа диссоциации иона гидроксония. Поэтому ожидается, что для других более сильных кислот, обладающих той же или большими константами диссоциации, чем у азотной кислоты, подобный раствор электролита был бы аналогично эффективным при контролируемом удалении материала и микрополировке при концентрациях сильной кислоты менее чем приблизительно 3,35 г/л. Однако ожидается, что другие раскрытые здесь растворы электролитов, обладающие различными концентрациями лимонной кислоты и ГФА и различными соотношениями концентраций лимонной кислоты и ГФА, могут обладать более низкой «терпимостью» к присутствию сильной кислоты, в зависимости от конкретной сильной кислоты, а также рабочих параметров, таких как температура и плотность тока. Поэтому для обеспечения возможности эффективного использования водных растворов электролитов для удаления материала и тонкой отделки поверхности в широком диапазоне концентраций лимонной кислоты и ГФА и при широком диапазоне температур и плотностей тока должно присутствовать не более примерно 1 г/л сильной кислоты, а предпочтительно не более примерно 0,35 г/л сильной кислоты.[0034] Samples of technically pure (PM) titanium were immersed in a bath with an aqueous solution containing 60 g / L citric acid and 10 g / L HFA at 54 ° C, and a current was applied at 583 A / m 2 . A sample cut off from a strip of titanium with a surface obtained after rolling (with a surface roughness of 0.52 μm), exposed to this solution for 15 minutes, became uniformly smooth (with a surface roughness of 0.45 μm) and cosmetically reflective. Then, small amounts of HNO 3 (nitric acid) with 42 ° Be were added step by step, and the prepared test sample was processed several times until surface changes were detected. The samples did not experience treatment after each addition of nitric acid until a nitric acid concentration of 3.35 g / l was reached, in which the control panel showed a non-uniform cosmetic appearance, including pitting corrosion and peeling, with irregular effects around the perimeter of the sample, with a surface roughness in the range from 0.65 to 2.9 μm and above. Nitric acid is considered a border strong acid, with a dissociation constant not much greater than the dissociation constant of the hydroxonium ion. Therefore, it is expected that for other stronger acids having the same or greater dissociation constants than nitric acid, such an electrolyte solution would be similarly effective in controlled material removal and micropolishing at strong acid concentrations of less than about 3.35 g / L. However, it is expected that the other electrolyte solutions disclosed herein having different concentrations of citric acid and HFA and different ratios of concentrations of citric acid and HFA may have a lower "tolerance" to the presence of a strong acid, depending on the particular strong acid, as well as the operating parameters, such as temperature and current density. Therefore, to ensure the effective use of aqueous solutions of electrolytes to remove material and fine surface finish in a wide range of concentrations of citric acid and HFA and a wide range of temperatures and current densities should be present no more than about 1 g / l of strong acid, and preferably not more than about 0 , 35 g / l of strong acid.

[0035] Были проведены обширные испытания электролитической полировки на образцах титана и титановых сплавов с использованием ряда химических концентраций, плотностей тока и температур. В частности, испытание было проведено на «чистом» прокате (представляющем типичное состояние «поставки» металла производителями проката, отвечающее стандартам Американского общества по испытанию материалов (ASTM) или Спецификации аэрокосмических материалов (AMS)), чтобы измерить способность различных растворов и способов удалять объем металла, улучшать или утончать отделку поверхности на листовых металлических изделиях с низкими скоростями удаления материала и/или микрополировать поверхности металла для очень тонкой отделки поверхностей с очень низкими скоростями удаления материала. В дополнение в то время как большинство испытаний было сосредоточено на титане и титановых сплавах, испытание также показало, что одни и те же растворы и способы в более общем случае применимы для обработки многих цветных металлов. Например, хорошие результаты были получены, помимо титана и титановых сплавов, на металлах, включая, но не ограничиваясь таковыми, золото, серебро, хром, цирконий, алюминий, ванадий, ниобий, медь, молибден, цинк и никель. Дополнительно также были успешно обработаны такие сплавы, как титан-молибден, титан-алюминий-ванадий, титан-алюминий-ниобий, титан-никель (Nitinol®), титан-хром (Ti 17®), Waspaloy и Inconel® (сплав на основе никеля).[0035] Extensive electrolytic polishing tests have been performed on samples of titanium and titanium alloys using a series of chemical concentrations, current densities, and temperatures. In particular, the test was conducted on “clean” steel (representing a typical state of “delivery” of metal by rolled metal manufacturers meeting ASTM or Aerospace Material Specifications (AMS) standards to measure the ability of various solutions and methods to remove volume metal, improve or refine the surface finish on sheet metal products with low material removal rates and / or micro-polish the metal surface for a very fine surface finish those with very low material removal rates. In addition, while most tests focused on titanium and titanium alloys, the test also showed that the same solutions and methods are more generally applicable to the processing of many non-ferrous metals. For example, good results have been obtained, in addition to titanium and titanium alloys, on metals, including, but not limited to, gold, silver, chromium, zirconium, aluminum, vanadium, niobium, copper, molybdenum, zinc and nickel. Additionally, alloys such as titanium-molybdenum, titanium-aluminum-vanadium, titanium-aluminum-niobium, titanium-nickel (Nitinol®), titanium-chromium (Ti 17®), Waspaloy and Inconel® (based on nickel).

[0036] Раствор электролита, содержащий лимонную кислоту и гидродифторид аммония, доказал свою эффективность при травлении цветных металлов и сплавов металлов при неожиданно разбавленной концентрации обоих компонентов. В этом контексте травление следует понимать как охватывающее практически равномерное удаление поверхности. В дополнение усовершенствования в качестве отделки поверхности были продемонстрированы по широкому диапазону концентраций как лимонной кислоты, так и гидродифторида аммония. Хотя можно использовать любую концентрацию лимонной кислоты вплоть до точки насыщения водой (59% по массе или примерно 982 г/л водного раствора при стандартных температуре и давлении), похоже, что имеет место корреляция между концентрацией лимонной кислоты и концентрацией гидродифторида аммония, при которой лимонная кислота достаточно ослабляет эффекты травления фторид-ионами, образующимися при диссоциации гидродифторида аммония, что скорость удаления материала резко сокращается, тогда как микрополировка поверхности материала усиливается. Как для травления, так и для микрополирования некоторые смеси, имеющие столь низкие значения концентраций лимонной кислоты, как 3,6% масс., или примерно 60 г/л раствора, продемонстрировали скорости травления и результаты микрополировки поверхности титана, сопоставимые со смесями, имеющими значительно более высокие концентрации лимонной кислоты, в том числе вплоть до примерно 36% масс., или примерно 600 г/л раствора. Таким образом, в этих растворах скорость травления явно более непосредственно зависит от концентрации ГФА, чем от концентрации лимонной кислоты. Эффективное травление и микрополирование были продемонстрированы даже при крайне низких концентрациях лимонной кислоты, менее примерно 1% масс., или примерно 15 г/л раствора. Однако присутствие даже минимального количества фторид-ионов оказывается достаточным для того, чтобы происходило некоторое удаление металла.[0036] An electrolyte solution containing citric acid and ammonium hydrodifluoride proved to be effective in etching non-ferrous metals and metal alloys at an unexpectedly diluted concentration of both components. In this context, etching should be understood as encompassing substantially uniform surface removal. In addition, improvements in surface finish have been demonstrated over a wide range of concentrations of both citric acid and ammonium hydrodifluoride. Although any concentration of citric acid can be used up to the point of saturation with water (59% by weight or approximately 982 g / l of an aqueous solution at standard temperature and pressure), there seems to be a correlation between the concentration of citric acid and the concentration of ammonium hydrodifluoride, at which citric acid sufficiently weakens the effects of etching with fluoride ions formed during dissociation of ammonium hydrodifluoride, which reduces the rate of material removal, while the micropolishing of the surface of the material increases tsya. For both etching and micropolishing, some mixtures having citric acid concentrations as low as 3.6 wt% or about 60 g / l of solution showed etching rates and micro-polishing of the titanium surface, comparable to mixtures having significantly higher concentrations of citric acid, including up to about 36 wt.%, or about 600 g / l of solution. Thus, in these solutions, the etching rate is clearly more directly dependent on the concentration of HFA than on the concentration of citric acid. Effective etching and micropolishing have been demonstrated even at extremely low concentrations of citric acid, less than about 1 wt.%, Or about 15 g / l of solution. However, the presence of even a minimal amount of fluoride ions is sufficient to allow some removal of the metal.

[0037] Скорость травления существенно падает при концентрациях лимонной кислоты свыше примерно 600 г/л. Однако при этой высокой концентрации лимонной кислоты, по меньшей мере в случаях плотности тока от умеренной до высокой, результаты отделки поверхности улучшаются, тогда как скорость травления падает. Таким образом, при подаче постоянного тока более разбавленные смеси лимонной кислоты обеспечивают большие скорости удаления материала с поверхности, тогда как более концентрированные смеси лимонной кислоты, вплоть до такой высокой концентрации смеси, как примерно 42% по массе, или примерно 780 г/л раствора, обеспечивают более гладкую и более зеркальную поверхность, с однородной тонкозернистой структурой и отсутствием эффекта короны, по сравнению с деталями, обработанными менее концентрированными смесями лимонной кислоты.[0037] The etching rate drops significantly at citric acid concentrations in excess of about 600 g / L. However, at this high concentration of citric acid, at least in cases of moderate to high current density, the surface finish results are improved, while the etching rate decreases. Thus, when direct current is applied, more dilute citric acid mixtures provide greater rates of material removal from the surface, while more concentrated citric acid mixtures, up to a mixture concentration as high as about 42% by weight, or about 780 g / l of solution, provide a smoother and more mirrored surface, with a uniform fine-grained structure and no corona effect, compared to parts treated with less concentrated mixtures of citric acid.

[0038] Высококонтролируемое удаление металла может быть достигнуто с использованием описанных здесь растворов ванн и способов. В частности, уровень контроля настолько тонок, что объемный металл можно удалять со столь малыми толщинами, как 0,0001 дюйма, и с такими большими и точными, как 0,5000 дюйма. Столь тонкий контроль может быть достигнут путем регулирования сочетания концентраций лимонной кислоты и ГФА, температуры и плотности тока, а также путем варьирования длительности и цикличности подачи постоянного тока. Удаление может быть выполнено в основном равномерно на всех поверхностях заготовки или может быть избирательно применено только на определенных выбранных поверхностях проката или изготовленного конструктивного элемента. Контроль удаления достигается путем тонкой настройки нескольких параметров, включая, но не ограничиваясь таковыми, температуру, плотность мощности, цикл подведения мощности, концентрацию ГФА и концентрацию лимонной кислоты.[0038] Highly controlled metal removal can be achieved using the bath solutions and methods described herein. In particular, the level of control is so thin that the bulk metal can be removed with thicknesses as small as 0.0001 inches and as large and precise as 0.5000 inches. Such a fine control can be achieved by regulating the combination of citric acid and HFA concentrations, temperature and current density, as well as by varying the duration and cyclicity of the direct current supply. Removal can be performed substantially uniformly on all surfaces of the workpiece, or it can be selectively applied only on certain selected surfaces of a rolled product or a manufactured structural element. Removal control is achieved by fine-tuning several parameters, including but not limited to temperature, power density, power cycle, HFA concentration and citric acid concentration.

[0039] Скорости удаления непосредственно варьируются с температурой, а значит, при поддержании всех других параметров постоянными удаление становится медленнее при более низких температурах и быстрее при более высоких температурах. Тем не менее, путем поддержания концентраций лимонной кислоты и ГФА в пределах определенных предпочтительных диапазонов можно также достигнуть высоких уровней микрополировки при высоких температурах, что противоположно тому, что можно было бы ожидать.[0039] The removal rates directly vary with temperature, which means that while all other parameters are kept constant, removal becomes slower at lower temperatures and faster at higher temperatures. However, by maintaining concentrations of citric acid and HFA within certain preferred ranges, high levels of micropolishing at high temperatures can also be achieved, which is the opposite of what might be expected.

[0040] Скорость удаления зависит от режима подачи питания постоянного тока. В отличие от того, что можно было бы ожидать, скорость удаления выглядит обратно зависимой от непрерывно подаваемого питания постоянного тока, и при непрерывной подаче повышение плотности мощности постоянного тока снижает скорость удаления. Однако при циклическом переключении питания постоянного тока скорости удаления можно повысить. Следовательно, когда желательными являются значительные скорости удаления материала, в течение всей операции обработки питание постоянного тока циклически переключают между «ВКЛЮЧЕНО» и «ВЫКЛЮЧЕНО». Напротив, когда желательным является тонкий контроль скоростей удаления, питание постоянного тока подают непрерывно.[0040] The removal rate depends on the DC power supply mode. Unlike what you would expect, the removal rate appears to be inversely dependent on the continuously supplied DC power, and with continuous supply, increasing the DC power density reduces the removal rate. However, by cyclic switching the DC power, removal rates can be increased. Therefore, when significant rates of material removal are desired, during the entire processing operation, the DC power is cyclically switched between “ON” and “OFF”. On the contrary, when fine control of removal rates is desired, DC power is supplied continuously.

[0041] Не привязываясь к теории, представляется, что удаление замедляется пропорционально толщине слоя оксида, который образуется на поверхности металла, и более высокое поданное питание постоянного тока приводит к большему окислению на поверхности металла, что может действовать как барьер для воздействия фторид-ионов на металл. Соответственно, циклическое переключение питания постоянного тока между состояниями «включено» и «выключено» при заданной скорости может преодолеть этот оксидный барьер или создает механизм, который заставляет толстый оксид периодически отслаиваться с поверхности. Как здесь описано, при варьировании рабочих параметров температуры ванны, прикладываемого напряжения, концентрации лимонной кислоты и концентрации гидродифторида аммония, электролит обеспечивает возможность подобрать искомые результаты, а именно высококонтролируемое удаление объемного металла и микрополировку, к конкретному применению. В дополнение варьирование режимов работы в пределах заданного технологического набора рабочих параметров может видоизменять и повышать возможность тонконастраиваемого управления удалением металла и качеством отделки поверхности.[0041] Without adhering to theory, it seems that the removal is slowed down in proportion to the thickness of the oxide layer that forms on the metal surface, and a higher DC power supply leads to greater oxidation on the metal surface, which can act as a barrier to the influence of fluoride ions on metal. Accordingly, cyclic switching of DC power between “on” and “off” at a given speed can overcome this oxide barrier or create a mechanism that causes thick oxide to periodically flake from the surface. As described here, by varying the operating parameters of the bath temperature, applied voltage, concentration of citric acid and concentration of ammonium hydrodifluoride, the electrolyte provides the opportunity to select the desired results, namely highly controlled bulk metal removal and micropolishing, for a specific application. In addition, the variation of operating modes within a given technological set of operating parameters can modify and increase the possibility of fine-tuned control of metal removal and surface finish quality.

[0042] Например, фигуры 8A и 9A демонстрируют, что при 85°C, 300 г/л лимонной кислоты и 10 г/л гидродифторида аммония скорости удаления материала повышаются с повышением плотности тока от 10,8 А/м2 до 538 А/м2. В то же время фигуры 8B и 9B демонстрируют, что в тех же условиях при повышении плотности тока от 10,8 А/м2 до 538 А/м2 качество отделки поверхности ухудшается. Путем циклического переключения источника питания постоянного тока между этими двумя плотностями тока можно добиться конечного результата, который является лучшим, чем при работе исключительно с любой одной из этих плотностей тока в течение всего процесса. В частности, продолжительность процесса удаления конкретного количества материала может быть сокращена по сравнению с работой исключительно при 10,8 А/м2. Дополнительно вследствие эффекта сглаживания при более низкой плотности тока качество отделки всей поверхности конечного продукта превосходит получаемое обработкой исключительно при 538 А/м2. Поэтому циклическое переключение между двумя или более заданными режимами питания (что проявляется в плотности тока) обеспечивает благоприятные результаты с точки зрения как улучшения качества поверхности, так и прецизионного удаления объемного металла, с помощью процесса, требующего меньшего общего времени, чем отдельные процессы для улучшения качества поверхности или удаления объемного металла по отдельности.[0042] For example, Figures 8A and 9A demonstrate that at 85 ° C, 300 g / L of citric acid and 10 g / L of ammonium hydrogen difluoride, material removal rates increase with increasing current density from 10.8 A / m 2 to 538 A / m 2 . At the same time, figures 8B and 9B demonstrate that under the same conditions, with an increase in current density from 10.8 A / m 2 to 538 A / m 2, the quality of the surface finish deteriorates. By cyclic switching the DC power source between these two current densities, you can achieve the final result, which is better than when working exclusively with any one of these current densities throughout the process. In particular, the duration of the process of removing a specific amount of material can be reduced compared to operating exclusively at 10.8 A / m 2 . Additionally, due to the smoothing effect at a lower current density, the finish quality of the entire surface of the final product is superior to that obtained by processing exclusively at 538 A / m 2 . Therefore, cyclic switching between two or more preset power modes (which is manifested in current density) provides favorable results in terms of both improving surface quality and precision removal of bulk metal, using a process that requires less total time than separate processes to improve quality surface or removal of bulk metal separately.

[0043] В дополнение к варьированию коэффициента заполнения электрический ток можно подавать через раствор электролита и через заготовку с различными формами волны, которые доступны из источников питания постоянного тока, включая, но не ограничиваясь таковыми, однополупериодное, двухполупериодное, квадратно-волновое и другие промежуточные выпрямления, для получения дополнительных полезных результатов и/или повышения рабочих скоростей, без ущерба для конечного качества отделки поверхности. Могут быть выгодными такие быстрые частоты переключения постоянного тока, как 50 кГц - 1 МГц, или такие медленные циклы, как 15-90 минут, в зависимости от площади обрабатываемой поверхности, массы заготовки и конкретного состояния поверхности заготовки. Дополнительно самому по себе циклу переключения постоянного тока может оптимально потребоваться свой собственный цикл. Например, заготовке большой массы с очень шероховатой исходной отделкой поверхности может лучше всего подходить сначала медленный цикл переключения, с последующим циклом переключения повышенной частоты по мере удаления материала и улучшения качества отделки поверхности.[0043] In addition to varying the duty cycle, electric current can be supplied through an electrolyte solution and through a blank with various waveforms that are available from DC power supplies, including, but not limited to, half wave, half wave, square wave, and other intermediate rectifications , to obtain additional useful results and / or increase operating speeds, without compromising the final quality of the surface finish. Fast DC switching frequencies such as 50 kHz - 1 MHz or slow cycles such as 15-90 minutes may be beneficial, depending on the surface area to be treated, the mass of the workpiece, and the particular surface condition of the workpiece. Additionally, the DC switching cycle itself may optimally require its own cycle. For example, a large mass blank with a very rough initial surface finish may be best suited at first by a slow switching cycle, followed by an increased frequency switching cycle as the material is removed and the quality of the surface finish improves.

[0044] Испытание электролитических ванн описанного здесь типа также выявило, что электролитическая полировка в определенных вариантах воплощения имеет место без повышения концентрации водорода на поверхности металла и в некоторых случаях понижает концентрацию водорода. За отсутствие миграции водорода в матрицу металла может быть ответственным кислородный барьер на поверхности материала. Данные указывают на то, что этот кислородный барьер также может удалять водород с поверхности металла. Более высокие концентрации фторид-ионов приводят к более быстрым скоростям удаления, но оказывают неизвестное влияние на адсорбцию водорода в металлической матрице. Более высокие концентрации лимонной кислоты склонны снижать скорость удаления и требуют более высоких плотностей мощности в ходе электролитической полировки, но также придают поверхности эффект «сглаживания» или «глянца».[0044] Testing the electrolytic baths of the type described herein also revealed that electrolytic polishing in certain embodiments takes place without increasing the concentration of hydrogen on the metal surface and in some cases lowers the concentration of hydrogen. For the absence of hydrogen migration into the metal matrix, an oxygen barrier on the surface of the material may be responsible. The data indicate that this oxygen barrier can also remove hydrogen from the metal surface. Higher concentrations of fluoride ions lead to faster removal rates, but have an unknown effect on hydrogen adsorption in the metal matrix. Higher concentrations of citric acid tend to reduce the removal rate and require higher power densities during electrolytic polishing, but also give the surface a “smoothing” or “gloss” effect.

[0045] Некоторые преимущества по сравнению с растворами уровня техники являются результатом использования водного раствора электролита ГФА и лимонной кислоты для отделки и/или протравливания поверхности металлических изделий. Раскрытые растворы электролитов позволяют точно контролировать достигаемую степень отделки поверхности. Отделка поверхности обычных плоских изделий от производителей сплавов (листов и плит) предусматривает многостадийное шлифование до конечной степени отделки поверхности с использованием все более и более тонких абразивных материалов, как правило, с последующим «промывочным протравливанием» в кислотной ванне, содержащей фтороводородную кислоту (HF) и азотную кислоту (HNO3), для удаления остаточных абразивных материалов, пришлифованного измазанного металла и поверхностных аномалий. Кислотное протравливание в HF-HNO3 является экзотермическим и поэтому трудно поддается контролю и часто приводит к выходу металла за пределы заданного калибра, что приводит к повышению процента брака или изменению назначения металла на более низкокачественное. При использовании раскрытых растворов электролитов можно избежать типичных вторичной и третичной шлифовок, которые могут понадобиться в случае промывочного протравливания. Может быть достигнута точно заданная степень отделки поверхности, которую нельзя достигнуть при текущем состоянии технологии шлифовки и протравливания. Кроме того, раскрытые растворы электролитов не привносят механических напряжений в обрабатываемую деталь. Для сравнения любая технология механической шлифовки придает поверхности значительные механические напряжения, что вызывает коробление материала и приводит к тому, что некоторая процентная доля материала становится неспособной отвечать типичным или оговоренным заказчиком требованиям по плоскостности.[0045] Some of the advantages over prior art solutions are the result of using an aqueous solution of HFA electrolyte and citric acid to finish and / or etch the surface of metal products. The disclosed electrolyte solutions allow precise control of the degree of surface finish achieved. The surface finish of conventional flat products from alloy manufacturers (sheets and plates) involves multi-stage grinding to the final degree of surface finish using increasingly thin abrasive materials, usually followed by “flushing etching” in an acid bath containing hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO 3 ) to remove residual abrasive materials, ground smeared metal and surface anomalies. Acid etching in HF-HNO 3 is exothermic and therefore difficult to control and often leads to the metal going beyond a given caliber, which leads to an increase in the percentage of rejects or a change in the purpose of the metal to a lower quality. When using the disclosed electrolyte solutions, typical secondary and tertiary resurfacing, which may be necessary in the case of washing etching, can be avoided. A precisely specified degree of surface finish can be achieved, which cannot be achieved with the current state of grinding and pickling technology. In addition, the disclosed electrolyte solutions do not introduce mechanical stresses into the workpiece. For comparison, any technology of mechanical grinding gives the surface significant mechanical stresses, which causes warpage of the material and leads to the fact that a certain percentage of the material becomes incapable of meeting the planarity requirements typical or specified by the customer.

[0046] Типичная технология с использованием кислотного травления в HF-HNO3 будет внедрять в целевой материал водород, который часто необходимо удалять путем дорогостоящей вакуумной дегазации для предотвращения охрупчивания материала. Проведенные испытания с использованием ванн с водным электролитом, содержащим лимонную кислоту и ГФА, на типичных для прокатного производства полноразмерных листах Ti-6Al-4V и на пробных образцах титана ТЧ, титана 6Al-4V и сплава 718 на основе никеля показали результаты со сниженным импрегнированием (насыщением) водородом по сравнению с образцами, подвергнутыми воздействию обычных травильных растворов сильной кислоты. В частности, при обработке Ti-6Al-4V и титана ТЧ для достижения того же конечного результата со свободной от альфа-оболочки, чистой поверхностью, который обычно достигается за счет травления в сильной кислоте, с использованием составов водного раствора электролита, содержащих гидродифторид аммония и лимонную кислоту, был выявлен диапазон режимов по температуре и плотностям тока, при которых наблюдалось полное отсутствие проникновения водорода в материал заготовки, а во многих из этих рабочих режимов водород фактически вытеснялся из материала. Для всех металлов и сплавов, хотя испытания по уточнению предпочтительных рабочих диапазонов все еще продолжаются, результаты до сих пор неизменно указывают на то, что даже при условиях, которые могут быть неоптимальными, в материал попадает меньше водорода, чем могло бы попасть при тех же рабочих условиях с использованием травильной ванны с сильной кислотой. Как правило, более низкие концентрации гидродифторида аммония приводят к большему удалению водорода из материала, подвергнутого воздействию раствора электролита, или к меньшему проникновению водорода в материал, подвергнутый воздействию раствора электролита.[0046] A typical acid etching technique in HF-HNO 3 will incorporate hydrogen into the target material, which often needs to be removed by expensive vacuum degassing to prevent embrittlement of the material. The tests carried out using baths with an aqueous electrolyte containing citric acid and HFA on typical Ti-6Al-4V full-size sheets typical for rolling production and on test samples of PM titanium, 6Al-4V titanium, and nickel-based alloy 718 showed results with reduced impregnation ( saturation) with hydrogen compared to samples exposed to conventional strong acid etching solutions. In particular, when treating Ti-6Al-4V and titanium PM to achieve the same final result with an alpha-free, clean surface, which is usually achieved by etching in strong acid, using aqueous electrolyte compositions containing ammonium hydrodifluoride and citric acid, a range of regimes was revealed in terms of temperature and current densities, at which there was a complete absence of hydrogen penetration into the workpiece material, and in many of these operating modes, hydrogen was actually displaced from the mother la. For all metals and alloys, although tests to refine the preferred operating ranges are still ongoing, the results still invariably indicate that even under conditions that may be suboptimal, less hydrogen enters the material than would be possible with the same working conditions using a strong acid pickling bath. Typically, lower concentrations of ammonium hydrodifluoride lead to a greater removal of hydrogen from the material exposed to the electrolyte solution, or to a smaller penetration of hydrogen into the material exposed to the electrolyte solution.

[0047] Высококонтролируемое удаление металла, отделка поверхности и микрополировка[0047] Highly controlled metal removal, surface finish and micropolishing

[0048] Микрополировка или микросглаживание конструктивных элементов и, в частности, микросглаживание уже относительно гладких поверхностей могут быть достигнуты с использованием описанных здесь растворов и способов с большей точностью по сравнению с ручной или станочной полировкой. Микрополировка протекает без образования вредных остаточных механических напряжений в целевой заготовке или материале, а также без измазывания металла в заготовке, - и то, и другое представляют собой проблемы, присущие современным механическим способам. Дополнительно благодаря устранению человеческого фактора полученные уровни полировки становятся точными и воспроизводимыми. При использовании представленного раствора электролита также достигается экономия затрат по сравнению с существующими способами.[0048] Micro-polishing or micro-smoothing of structural elements and, in particular, micro-smoothing of already relatively smooth surfaces can be achieved using the solutions and methods described herein with greater accuracy than manual or machine polishing. Micropolishing takes place without the formation of harmful residual mechanical stresses in the target workpiece or material, as well as without smearing the metal in the workpiece, both of which are problems inherent in modern mechanical methods. Additionally, by eliminating the human factor, the polishing levels obtained are accurate and reproducible. When using the presented electrolyte solution, cost savings are also achieved compared to existing methods.

[0049] При испытаниях были получены хорошие результаты для микрополировки при высоких концентрациях лимонной кислоты, концентрациях ГФА от низких до умеренных, высокой температуре и высокой плотности постоянного тока, который может подаваться непрерывно или циклически. Однако плотность мощности постоянного тока следует регулировать, исходя из обрабатываемого сплава. Алюминийсодержащие сплавы титана (как правило, сплавы с альфа-бета-металлографической структурой, включая общеизвестный сплав Ti-6Al-4V) склонны терять глянец при приложенных напряжениях постоянного тока свыше 40 вольт. Однако для этих металлов ограничение напряжения примерно 40 вольтами и подача более высокого тока (т.е. для достижения более высокой плотности мощности) позволяет опять реализовать глянец материала. Не привязываясь к теории, это может быть результатом действия альфа-стабилизирующего элемента, которым в случае большинства альфа-бета сплавов (включая Ti-6Al-4V) является алюминий, анодирующийся до Al2O3, а не подвергающийся полировке. В дополнение титан-молибден (полностью бета-фазная металлографическая структура) и технически чистый (ТЧ) титан (полностью альфа-фаза), тем не менее, с повышением плотностей мощности постоянного тока становятся более блестящими, без явного ограничения аналогичным верхним пределом напряжения. В частности, для других металлов было обнаружено, что можно использовать и более высокие напряжения вплоть до по меньшей мере 150 вольт, например, для сплава 718 на основе никеля, с получением благоприятных результатов электролитической полировки, микрополировки и поверхностной обработки при использовании раскрытых здесь растворов электролитов.[0049] In the tests, good results were obtained for micropolishing at high concentrations of citric acid, low to moderate concentrations of HFA, high temperature and high direct current density, which can be supplied continuously or cyclically. However, the DC power density should be adjusted based on the alloy being processed. Aluminum-containing titanium alloys (typically alloys with an alpha-beta metallographic structure, including the well-known Ti-6Al-4V alloy) tend to lose their gloss when applied DC voltages in excess of 40 volts. However, for these metals, limiting the voltage to about 40 volts and applying a higher current (i.e., to achieve a higher power density) allows again to realize the gloss of the material. Without being tied to theory, this may be the result of the action of an alpha stabilizing element, which in the case of most alpha-beta alloys (including Ti-6Al-4V) is aluminum, anodized to Al 2 O 3 and not polished. In addition, titanium-molybdenum (fully beta-phase metallographic structure) and technically pure (PM) titanium (completely alpha-phase), however, become more brilliant with increasing power densities of the direct current, without explicit limitation to the same upper voltage limit. In particular, for other metals, it was found that higher voltages up to at least 150 volts can be used, for example, for nickel-based alloy 718, to obtain favorable electrolytic polishing, micropolishing and surface treatment results using the electrolyte solutions disclosed herein .

[0050] Раскрытые здесь растворы и способы можно использовать для снятия заусенцев с обработанных резанием деталей путем предпочтительной обработки заусенцев на обработанных резанием металлических конструктивных элементах, особенно когда детали изготовлены из трудно поддающихся обработке резанием металлов, таких как сплавы на основе титана и никеля. При текущем состоянии технологии удаление заусенцев с обработанных резанием конструктивных элементов обычно выполняют как ручную операцию, и, таким образом, оно связано со многими проблемами, обусловленными человеческими ошибками и человеческим непостоянством. Испытание с раскрытыми растворами показало, что удаление заусенцев является наиболее эффективным при низкой концентрации лимонной кислоты, из-за резистивной природы лимонной кислоты в электрохимической ячейке, и наилучшим при высоком содержании фторид-ионов из ГФА. Подобные растворы также могут быть использованы для удаления примесей с поверхности или для очистки заготовки после обработки резанием, как это можно было бы в ином случае проделать с использованием травления сильной кислотой в травильной ванне с HF-HNO3.[0050] The solutions and methods disclosed herein can be used to remove burrs from machined parts by preferentially deburring machined metal components, especially when the parts are made of hard to cut metals such as titanium and nickel based alloys. In the current state of technology, deburring from machined structural elements is usually performed as a manual operation, and thus it is associated with many problems caused by human errors and human impermanence. Testing with open solutions showed that deburring is most effective at low citric acid concentrations, due to the resistive nature of citric acid in the electrochemical cell, and best at high levels of fluoride ions from HFA. Such solutions can also be used to remove impurities from the surface or to clean the workpiece after machining, as could otherwise be done using strong acid etching in an etching bath with HF-HNO 3 .

[0051] Цветные и особенно реакционноспособные металлы демонстрируют эффективную скорость химического травления в широком диапазоне разбавленных смесей лимонной кислоты, как было описано выше. Это позволяет адаптировать по заказу технологию отделки поверхности к конкретной заготовке из цветного металла, что может включать выбранное время пребывания в ванне до подачи электрического тока для удаления и реагирования некоторой части поверхностного металла до начала электролитической полировки для селективного уменьшения площадей пиков.[0051] Non-ferrous and especially reactive metals exhibit an effective chemical etching rate over a wide range of dilute citric acid mixtures, as described above. This makes it possible to tailor custom surface technology to a particular non-ferrous metal blank, which may include a selected residence time in the bath before electric current is applied to remove and react some part of the surface metal before electrolytic polishing to selectively reduce peak areas.

[0052] Электролит на основе лимонной кислоты обладает гораздо меньшей вязкостью, чем традиционные электрополировальные смеси, отчасти вследствие гораздо более низкой константы диссоциации лимонной кислоты по сравнению с сильными кислотами, обычно используемыми в электролитах электрополирования. Более низкая вязкость способствует переносу материала и снижает электрическое сопротивление, вследствие чего можно использовать более низкие напряжения, чем при обычной электролитической полировке. Полученное в итоге качество отделки поверхности электролитической полировкой в значительной мере зависит от вязкости и удельного электрического сопротивления используемого электролита. Было обнаружено, что наиболее тонкая отделка поверхности (тщательно микрополированная) может быть достигнута с использованием высокорезистивного раствора электролита в сочетании с высоким напряжением электролитической полировки (и, следовательно, с плотностью тока от умеренной до высокой). В дополнение при использовании несколько более электропроводного (менее высокорезистивного) раствора электролита тонкая микрополировка все еще может быть достигнута при высоких напряжениях и высоких плотностях тока.[0052] A citric acid-based electrolyte has a much lower viscosity than traditional electropolishing mixtures, in part because of the much lower dissociation constant of citric acid compared to the strong acids commonly used in electro-polishing electrolytes. A lower viscosity promotes material transfer and reduces electrical resistance, so that lower voltages can be used than with conventional electrolytic polishing. The resulting surface finish quality by electrolytic polishing largely depends on the viscosity and electrical resistivity of the electrolyte used. It has been found that the finest surface finish (carefully micropolished) can be achieved using a high-resistivity electrolyte solution in combination with a high electrolytic polishing voltage (and therefore with a moderate to high current density). In addition, when using a slightly more electrically conductive (less highly resistive) electrolyte solution, fine micropolishing can still be achieved at high voltages and high current densities.

[0053] Из этого следует, что соответствующие преимущества будут применимы к электрохимической размерной обработке. В частности, ожидается, что ванны электролита с описанными здесь составами можно эффективно использовать вместо обычных растворов для электрохимической размерной обработки и/или травления, с существенной выгодой для окружающей среды и экономией затрат. Поскольку раскрытые здесь растворы электролитов практически не содержат сильной кислоты, минимизируются проблемы утилизации опасных отходов и обращения с ними. Более того, необходимые плотности тока будут гораздо меньше, чем требуемые для обычной электрохимической размерной обработки.[0053] From this it follows that the corresponding advantages will be applicable to electrochemical dimensional processing. In particular, it is expected that electrolyte baths with the compositions described herein can be effectively used instead of conventional solutions for electrochemical sizing and / or etching, with significant environmental benefits and cost savings. Since the electrolyte solutions disclosed here are virtually free of strong acid, the problems of hazardous waste disposal and handling are minimized. Moreover, the required current densities will be much lower than those required for conventional electrochemical dimensional processing.

[0054] Как правило, повышение концентрации гидродифторида аммония склонно снижать электрическое сопротивление раствора электролита (т.е. гидродифторид аммония повышает электропроводность раствора электролита), тогда как присутствие лимонной кислоты или повышение концентрации лимонной кислоты относительно концентрации гидродифторида аммония склонно ослаблять влияния гидродифторида аммония на электрическое сопротивление. Другими словами, чтобы поддерживать электрическое сопротивление раствора электролита на высоком уровне для содействия микрополировке, желательно поддерживать низкими концентрации гидродифторида аммония или использовать более высокую концентрацию гидродифторида аммония в сочетании с более высокой концентрацией лимонной кислоты. Таким образом, варьируя концентрацию гидродифторида аммония и относительные концентрации гидродифторида аммония и лимонной кислоты, можно успешно регулировать электрическое сопротивление раствора электролита для достижения желательных уровней микрополировки поверхности заготовки.[0054] Generally, increasing the concentration of ammonium hydrodifluoride tends to lower the electrical resistance of the electrolyte solution (ie, ammonium hydrodifluoride increases the electrical conductivity of the electrolyte solution), while the presence of citric acid or increasing the concentration of citric acid relative to the concentration of ammonium hydrogen difluoride tends to weaken the effects of ammonium hydrodifluoride on the electrical resistance. In other words, in order to maintain the electrical resistance of the electrolyte solution at a high level to facilitate micropolishing, it is desirable to maintain low concentrations of ammonium hydro difluoride or to use a higher concentration of ammonium hydro difluoride in combination with a higher concentration of citric acid. Thus, by varying the concentration of ammonium hydrodifluoride and the relative concentrations of ammonium hydrodifluoride and citric acid, it is possible to successfully control the electrical resistance of the electrolyte solution to achieve the desired levels of micropolishing of the surface of the workpiece.

[0055] В раскрытых здесь способах нет необходимости в том, чтобы близость заготовки (анода) к катоду была точной, в отличие от обычной электролитической полировки или электрохимической размерной обработки. Успешная обработка имела место с катодом на расстоянии в диапазоне от примерно 0,1 см до примерно 15 см от заготовки. Практические ограничения по максимальному расстоянию между катодом и анодной заготовкой являются главным образом промышленно обусловленными, включая размер ванны, размер заготовки и электрическое сопротивление раствора электролита. Поскольку общие плотности тока ниже, а часто намного ниже, чем требуемые при электрохимической размерной обработке, можно использовать бóльшие расстояния от заготовки до катода, и тогда просто повышать соответственно мощность источника питания. Более того, поскольку раскрытые здесь растворы электролитов с пониженной вязкостью обеспечивают высококонтролируемое удаление объемного металла, отделку поверхности и микрополировку, ожидается, что те же растворы будут также эффективны и при электрохимической размерной обработке.[0055] In the methods disclosed herein, it is not necessary that the proximity of the preform (anode) to the cathode be accurate, in contrast to conventional electrolytic polishing or electrochemical dimensional processing. Successful processing took place with the cathode at a distance in the range of about 0.1 cm to about 15 cm from the workpiece. Practical limitations on the maximum distance between the cathode and the anode preform are mainly industrially determined, including the size of the bath, the size of the preform, and the electrical resistance of the electrolyte solution. Since the total current densities are lower and often much lower than those required for electrochemical dimensional processing, it is possible to use longer distances from the workpiece to the cathode, and then simply increase the power of the power source accordingly. Moreover, since the low viscosity electrolyte solutions disclosed herein provide highly controlled bulk metal removal, surface finish and micropolishing, it is expected that the same solutions will also be effective in electrochemical dimensional processing.

[0056] Электролитическую полировку металлической заготовки выполняют, подвергая заготовку и по меньшей мере один катодный электрод воздействию ванны с раствором электролита и подключая заготовку к анодному электроду. Раствор электролита содержит количество карбоновой кислоты в диапазоне от примерно 0,1% по массе до примерно 59% по массе. Раствор электролита также может содержать от примерно 0,1% по массе до примерно 25% по массе фторидной соли, выбранной из фторидов щелочных металлов, фторидов щелочноземельных металлов, травящих силикаты соединений и/или их сочетаний. Ток подают от источника питания между соединенным с заготовкой по меньшей мере одним анодным электродом и погруженным в ванну катодным электродом для удаления металла с поверхности заготовки. Ток подают при напряжении в диапазоне от примерно 0,6 милливольт постоянного тока (mVDC) до примерно 100 вольт постоянного тока (VDC). Предпочтительной карбоновой кислотой является лимонная кислота, хотя могут быть использованы другие карбоновые кислоты, включая, но не ограничиваясь таковыми, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту, масляную кислоту, валериановую кислоту, капроновую кислоту, энантовую кислоту, каприловую кислоту, пеларгоновую кислоту, каприновую кислоту, лауриновую кислоту, пальмитиновую кислоту и стеариновую кислоту. Предпочтительной фторидной солью является ГФА.[0056] Electrolytic polishing of the metal billet is performed by exposing the billet and at least one cathode electrode to a bath with an electrolyte solution and connecting the billet to the anode electrode. The electrolyte solution contains an amount of carboxylic acid in the range of from about 0.1% by weight to about 59% by weight. The electrolyte solution may also contain from about 0.1% by weight to about 25% by weight of a fluoride salt selected from alkali metal fluorides, alkaline earth metal fluorides, etching silicates of compounds and / or combinations thereof. Current is supplied from a power source between the at least one anode electrode connected to the workpiece and the cathode electrode immersed in the bath to remove metal from the surface of the workpiece. The current is supplied at a voltage in the range of about 0.6 millivolts DC (mVDC) to about 100 volts DC (VDC). Citric acid is the preferred carboxylic acid, although other carboxylic acids may be used, including, but not limited to, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valerianic acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid, palmitic acid and stearic acid. The preferred fluoride salt is HFA.

[0057] В еще одном аспекте способа электролитической полировки ток подают при напряжении от примерно 0,6 VDC до примерно 150 VDC. Ток можно подавать при плотности тока, меньшей или равной примерно 255000 ампер на квадратный метр ((А/м2) (приблизительно 24000 ампер на квадратный фут), где знаменатель отображает полную эффективную площадь поверхности заготовки. Для некоторых цветных металлов, таких как сплавы на основе никеля, можно использовать плотности тока вплоть до примерно 5000 А/м2 (приблизительно 450 А/фут2) включительно, а для титана и титановых сплавов предпочтительными являются плотности тока от примерно 1 до примерно 1100 А/м2 (приблизительно 0,1-100 А/фут2). Процессы электролитической полировки с использованием раствора электролита могут действовать между температурами замерзания и кипения раствора, например, при температуре от примерно 2°C до примерно 98°C, а предпочтительно в диапазоне от примерно 21°C до примерно 85°C.[0057] In another aspect of the electrolytic polishing method, current is supplied at a voltage of from about 0.6 VDC to about 150 VDC. The current can be supplied at a current density of less than or equal to about 255,000 amperes per square meter ((A / m 2 ) (about 24,000 amperes per square foot), where the denominator displays the total effective surface area of the workpiece. For some non-ferrous metals, such as based on nickel, current densities up to about 5000 A / m 2 (about 450 A / ft 2 ) inclusive can be used, and for titanium and titanium alloys, current densities from about 1 to about 1100 A / m 2 (about 0.1 -100 A / ft 2 ). Electrical processes of polishing using an electrolyte solution can operate between the freezing and boiling points of the solution, for example, at a temperature of from about 2 ° C to about 98 ° C, and preferably in the range of from about 21 ° C to about 85 ° C.

[0058] На практике материал можно удалять с металлической подложки со скоростью от примерно 0,0001 дюйма (0,00254 мм) до примерно 0,01 дюйма (0,254 мм) в минуту. Нижеследующие примеры показывают эффективность электролита при варьировании концентраций и режимов работы.[0058] In practice, the material can be removed from the metal substrate at a rate of from about 0.0001 inch (0.00254 mm) to about 0.01 inch (0.254 mm) per minute. The following examples show the effectiveness of the electrolyte with varying concentrations and operating conditions.

[0059] Пример 1: травление технически чистого титана[0059] Example 1: etching of technically pure titanium

[0060] В электролите, состоящем по существу из приблизительно по массе 56% воды, 43% лимонной кислоты (716 г/л) и 1% гидродифторида аммония (15,1 г/л), работая при 185°F (85°C), образец плиты технически чистого титана обработали для улучшения качества отделки поверхности материала (т.е. чтобы сделать более гладкой стандартную для прокатного стана отделку поверхности). Обработка материала началась с шероховатости поверхности приблизительно 160 микродюймов, а после обработки шероховатость поверхности была снижена на 90 микродюймов до конечного показания в 50 микродюймов, или, иными словами, улучшение составляло примерно 69%. Процесс проводили в течение периода времени 30 минут, что приводило к снижению толщины материала на 0,0178 дюйма.[0060] In an electrolyte consisting essentially of approximately 56% water by weight, 43% citric acid (716 g / L) and 1% ammonium hydrodifluoride (15.1 g / L), operating at 185 ° F (85 ° C) ), a sample of a plate of technically pure titanium was processed to improve the surface finish of the material (i.e., to make the surface finish standard for a rolling mill smoother). Material processing began with a surface roughness of approximately 160 microinches, and after processing the surface roughness was reduced by 90 microinches to a final reading of 50 microinches, or, in other words, the improvement was approximately 69%. The process was carried out over a period of 30 minutes, which led to a decrease in the thickness of the material by 0.0178 inches.

[0061] Формуемость в холодном состоянии, ключевая характеристика титановой плиты в качестве продукта для многих вариантов конечного применения, весьма зависит от качества отделки поверхности продукта. При использовании раскрытых здесь вариантов воплощения электрохимического процесса может быть достигнуто улучшение качества отделки поверхности материала при более низкой стоимости, чем в обычных способах шлифовки и травления. Степени отделки, полученные с использованием вариантов воплощения раскрытых растворов и способов, продемонстрировали улучшение характеристик холодной формовки продукта-плиты до более высокого уровня, чем в обычных способах.[0061] Cold formability, a key characteristic of a titanium plate as a product for many end-use applications, is highly dependent on the surface finish of the product. By using the embodiments of the electrochemical process disclosed herein, an improvement in the quality of the surface finish of the material can be achieved at a lower cost than with conventional grinding and etching methods. The degree of finish obtained using the embodiments of the disclosed solutions and methods has demonstrated an improvement in the cold forming characteristics of the plate product to a higher level than in conventional methods.

[0062] Пример 2: травление пробного образца 6Al-4V[0062] Example 2: etching of a test sample 6Al-4V

[0063] В следующих примерах обработали пробные образцы листовых заготовок титанового сплава 6Al-4V с размерами 52 мм × 76 мм. Электролит состоял из воды (H2O), лимонной кислоты (ЛК) и гидродифторида аммония (ГФА) при переменных концентрациях и температурах. Полученные наблюдения и показания приведены ниже в таблице 1.[0063] In the following examples, test samples of 6Al-4V titanium alloy sheet blanks with dimensions of 52 mm × 76 mm were processed. The electrolyte consisted of water (H 2 O), citric acid (LA) and ammonium hydrodifluoride (HFA) at varying concentrations and temperatures. The observations and indications are shown below in table 1.

Таблица 1Table 1 H2O (% масс.)H 2 O (% wt.) ЛК (% масс.)LC (% wt.) ГФА (% масс.)HFA (% wt.) Температура (°F)Temperature (° F) Время (мин)Time (min) Потеря материала (дюйм)Loss of material (inch) 77,9077.90 21,4521.45 0,650.65 178178 1,01,0 0,000650,00065 77,2577.25 21,4521.45 1,301.30 185185 1,01,0 0,000850,00085 75,9575.95 21,4521.45 2,602.60 189189 1,01,0 0,001200.00120 74,6574.65 21,4521.45 3,903.90 188188 1,01,0 0,001200.00120 56,4556.45 42,9042.90 0,650.65 184184 1,01,0 0,000050.00005 55,8055.80 42,9042.90 1,301.30 195195 1,01,0 0,000300,00030 54,5054.50 42,9042.90 2,602.60 193193 1,01,0 0,000050.00005 53,2053.20 42,9042.90 3,903.90 188188 1,01,0 0,000350,00035 53,2053.20 42,9042.90 3,903.90 191191 5,05,0 0,001400.00140 75,9575.95 21,4521.45 2,602.60 190190 3,03.0 0,002050,00205 88,9588.95 10,72510,725 0,3250.325 180180 1,01,0 0,000200,00020 88,62588,625 10,72510,725 0,6500.650 180180 1,01,0 0,000200,00020 87,97587,975 10,72510,725 1,301.30 182182 1,01,0 0,000600,00060 99,2599.25 0,1000,100 0,650.65 188188 1,01,0 0,000100.00010 98,6098.60 0,1000,100 1,301.30 182182 1,01,0 0,000650,00065 97,3097.30 0,1000,100 2,602.60 195195 1,01,0 0,000950,00095

[0064] Пример 3: электролитическая полировка пробного образца 6Al-4V[0064] Example 3: electrolytic polishing of a test sample 6Al-4V

[0065] В следующих примерах обработали пробные образцы листовых заготовок титанового сплава 6Al-4V с размерами 52 мм × 76 мм. Электролит состоял из воды (H2O), лимонной кислоты (ЛК) и гидродифторида аммония (ГФА) при переменных концентрациях и температурах. Полученные наблюдения и данные приведены ниже в таблице 2.[0065] In the following examples, sample samples of 6Al-4V titanium alloy sheet blanks with dimensions of 52 mm × 76 mm were processed. The electrolyte consisted of water (H 2 O), citric acid (LA) and ammonium hydrodifluoride (HFA) at varying concentrations and temperatures. The observations and data are shown below in table 2.

Таблица 2table 2 H2O (% масс.)H 2 O (% wt.) ЛК (% масс.)LC (% wt.) ГФА (% масс.)HFA (% wt.) Температура (°F)Temperature (° F) Время (мин)Time (min) Мощность (В/А)Power (V / A) Потеря материала (дюйм)Loss of material (inch) 77,9077.90 21,4521.45 0,650.65 190190 1,01,0 (50/7)(50/7) 0,000250,00025 77,2577.25 21,4521.45 1,301.30 195195 1,01,0 (50/8)(50/8) 0,000700,00070 75,9575.95 21,4521.45 2,602.60 191191 1,01,0 (50/10)(50/10) 0,001300.00130 74,6574.65 21,4521.45 3,903.90 190190 1,01,0 (50/12)(50/12) 0,001300.00130 74,6574.65 21,4521.45 3,903.90 188188 1,01,0 (20/6)(20/6) Не записаноNot recorded 74,6574.65 21,4521.45 3,903.90 184184 1,01,0 (6/2)(6/2) Не записаноNot recorded 74,6574.65 21,4521.45 3,903.90 180180 1,01,0 (12/3)(12/3) Не записаноNot recorded 56,4556.45 42,9042.90 0,650.65 182182 1,01,0 (50/3)(50/3) 0,000100.00010 55,8055.80 42,9042.90 1,301.30 200200 1,01,0 (50/5)(50/5) 0,000450,00045 54,5054.50 42,9042.90 2,602.60 189189 1,01,0 (50/8)(50/8) 0,000550,00055 53,2053.20 42,9042.90 3,903.90 190190 1,01,0 (50/12)(50/12) 0,000450,00045 53,2053.20 42,9042.90 3,903.90 203203 5,05,0 (50/5)(50/5) 0,001150.00115 75,9575.95 21,4521.45 2,602.60 172172 3,03.0 (12/3)(12/3) 0,000150.00015 88,9588.95 10,72510,725 0,3250.325 180180 1,01,0 50В50V 0,000000.00000 88,62588,625 10,72510,725 0,6500.650 180180 1,01,0 50В50V 0,000100.00010 87,97587,975 10,72510,725 1,301.30 184184 1,01,0 50В50V 0,000600,00060 99,2599.25 0,1000,100 0,650.65 190190 1,01,0 50В50V 0,000600,00060 98,6098.60 0,1000,100 1,301.30 184184 1,01,0 (50/19)(50/19) 0,001450.00145 97,3097.30 0,1000,100 2,602.60 190190 1,01,0 (50/38)(50/38) 0,003600.00360

[0066] Дополнительное обширное испытание было проведено с использованием водных растворов электролитов, содержавших лимонную кислоту в диапазоне концентраций от примерно 0 г/л до примерно 780 г/л (от примерно 0% до примерно 47% по массе) и гидродифторид аммония в диапазоне концентраций от примерно 0 г/л до примерно 120 г/л (от примерно 0% до примерно 8% по массе) и практически не содержавших сильной кислоты (т.е. менее чем примерно 1 г/л или менее чем 0,1% по массе), при температурах ванны в диапазоне от примерно 21°C до примерно 85°C, и с приложенными плотностями тока в диапазоне от примерно 0 А/м2 до примерно 1076 А/м2 площади поверхности заготовки. (Следует отметить, что 780 г/л лимонной кислоты в воде является концентрацией насыщения при 21°C.) Такие высокие плотности тока, как по меньшей мере 225000 А/м2, можно использовать при приложенных напряжениях 150 вольт или более. Испытанные металлы включали технически чистый титан, а также некоторое точечное испытание на титановом сплаве 6Al-4V и сплаве 718 на основе никеля. Исходя из этих результатов, ожидается, что аналогичные результаты электролитической полировки, микрополировки и поверхностной обработки могут быть получены для различных классов цветных металлов и сплавов. Результаты обобщены в нижеследующих таблицах и описании и с привлечением фигур. Если не оговорено иное, испытания были проведены при температурах примерно 21°C, примерно 54°C, примерно 71°C и примерно 85°C и при плотностях тока примерно 0 А/м2, примерно 10,8 А/м2, примерно 52,8 А/м2, примерно 215 А/м2, примерно 538 А/м2 и примерно 1076 А/м2. Ни к одному из испытанных растворов не добавлено никакое количество сильной кислоты, хотя следовые количества скорее всего не будут существенно влиять на результаты.[0066] An additional extensive test was conducted using aqueous electrolyte solutions containing citric acid in a concentration range from about 0 g / l to about 780 g / l (from about 0% to about 47% by weight) and ammonium hydrodifluoride in a concentration range from about 0 g / l to about 120 g / l (from about 0% to about 8% by weight) and virtually no strong acid (i.e., less than about 1 g / l or less than 0.1% by weight mass), at bath temperatures in the range of about 21 ° C to about 85 ° C, and with densities applied and a current in the range of about 0 A / m 2 to about 1076 A / m 2 surface area of the preform. (It should be noted that 780 g / l of citric acid in water is a saturation concentration at 21 ° C.) High current densities, such as at least 225,000 A / m 2 , can be used at applied voltages of 150 volts or more. The metals tested included technically pure titanium, as well as some spot testing on 6Al-4V titanium alloy and nickel-based alloy 718. Based on these results, it is expected that similar results of electrolytic polishing, micropolishing and surface treatment can be obtained for various classes of non-ferrous metals and alloys. The results are summarized in the following tables and description and with reference to the figures. Unless otherwise specified, tests were performed at temperatures of approximately 21 ° C, approximately 54 ° C, approximately 71 ° C, and approximately 85 ° C and at current densities of approximately 0 A / m 2 , approximately 10.8 A / m 2 , approximately 52.8 A / m 2 , about 215 A / m 2 , about 538 A / m 2, and about 1076 A / m 2 . No amount of strong acid has been added to any of the tested solutions, although trace amounts are unlikely to significantly affect the results.

[0067] Фигуры 1A-1B показывают скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при четырех различных температурах с использованием водного раствора электролита, имеющего умеренно низкую концентрацию гидродифторида аммония 20 г/л и концентрации лимонной кислоты от примерно 0 г/л до примерно 780 г/л и при плотности тока 1076 А/м2. Фигура 1A показывает, что скорость удаления материала изменяется пропорционально с температурой, особенно при более низких концентрациях лимонной кислоты. С повышением температуры ванны происходит повышение скорости удаления. При более низких температурах в 21°C, 54°C и 71°C концентрация лимонной кислоты 180 г/л является достаточной для начала сдерживания эффективности удаления материала гидродифторидом аммония, тогда как при более высокой температуре 85°C относительно быстрое удаление материала продолжается вплоть до концентрации примерно 300 г/л лимонной кислоты. При более высоких концентрациях лимонной кислоты в 300 г/л и более скорости удаления при всех температурах снижаются. Наоборот, фигура 1B показывает, что при более низких концентрациях лимонной кислоты, в частности, при концентрации от 120 г/л до 180 г/л или ниже качество отделки поверхности вообще ухудшается при самой низкой температуре. Другими словами, фторид-ион, который ответственен за значительное удаление материала при низких концентрациях лимонной кислоты, также вызывает повреждение поверхности, но присутствие лимонной кислоты в существенных концентрациях представляется действующим как выгодный барьер от воздействия фторид-ионов. Однако с повышением концентрации лимонной кислоты до 180 г/л и выше качество отделки поверхности фактически повышается, в частности, при уровнях лимонной кислоты 600 г/л и более, причем скорость удаления материала существенно понижается. Более того, даже при уровнях лимонной кислоты между примерно 120 г/л и примерно 600 г/л, где удаление материала еще происходит, одновременно можно достигнуть улучшений качества отделки поверхности.[0067] Figures 1A-1B show a material removal rate and a change in surface finish quality at four different temperatures, respectively, using an aqueous electrolyte solution having a moderately low concentration of ammonium hydrodifluoride of 20 g / L and a concentration of citric acid from about 0 g / L to about 780 g / l and at a current density of 1076 A / m 2 . Figure 1A shows that the material removal rate varies proportionally with temperature, especially at lower concentrations of citric acid. As the bath temperature rises, the rate of removal increases. At lower temperatures of 21 ° C, 54 ° C and 71 ° C, a concentration of citric acid of 180 g / l is sufficient to begin to restrain the removal efficiency of the material with ammonium hydrodifluoride, while at a higher temperature of 85 ° C, relatively rapid removal of the material continues up to concentration of approximately 300 g / l of citric acid. At higher concentrations of citric acid of 300 g / l or more, removal rates are reduced at all temperatures. On the contrary, figure 1B shows that at lower concentrations of citric acid, in particular, at a concentration of from 120 g / l to 180 g / l or lower, the surface finish generally deteriorates at the lowest temperature. In other words, fluoride ion, which is responsible for significant material removal at low concentrations of citric acid, also causes surface damage, but the presence of citric acid in significant concentrations appears to act as a beneficial barrier against fluoride ions. However, with an increase in the concentration of citric acid to 180 g / l and higher, the quality of the surface finish actually increases, in particular, at citric acid levels of 600 g / l or more, and the material removal rate is significantly reduced. Moreover, even with citric acid levels between about 120 g / l and about 600 g / l, where material is still being removed, improvements in surface finish quality can be achieved at the same time.

[0068] Испытание обнаружило, что для достижения желательных улучшений удаления материала и качества отделки поверхности необходим источник фторид-ионов, такой как гидродифторид аммония. В растворах электролитов, состоящих по существу из одной лишь лимонной кислоты в воде, практически в отсутствие гидродифторида аммония, удаление материала практически не происходит, вне зависимости от температуры ванны или плотности тока, а изменения качества отделки поверхности также минимальны. Считается, что при обработке титана или другого реакционноспособного металла в водном электролите, содержащем только лимонную кислоту, поверхность материала в основном анодируется с образованием слоя оксида, который очень тонок (т.е. от примерно 200 нм до примерно 600 нм толщиной) и образуется быстро. После образования анодного слоя оксида, поскольку подводимое питание постоянного тока больше не может воздействовать на поверхность материала, оно гидролизует воду. Возникающий в результате этого кислород, который образуется быстро, находит другой одноатомный кислород и выделяется на аноде в виде газообразного O2.[0068] The test found that to achieve the desired improvements in material removal and surface finish, a source of fluoride ions such as ammonium hydrodifluoride is needed. In electrolyte solutions, consisting essentially of citric acid in water alone, in the absence of ammonium hydrodifluoride, there is practically no removal of material, regardless of bath temperature or current density, and changes in surface finish are also minimal. It is believed that when titanium or another reactive metal is treated in an aqueous electrolyte containing only citric acid, the surface of the material is mainly anodized to form an oxide layer that is very thin (i.e., from about 200 nm to about 600 nm thick) and forms quickly . After the formation of the anode oxide layer, since the supplied direct current power can no longer affect the surface of the material, it hydrolyzes the water. The resulting oxygen, which is formed rapidly, finds another monatomic oxygen and is released on the anode in the form of gaseous O 2 .

[0069] Фигуры 2A-2B и 2C-2D показывают скорость удаления материала и изменения качества отделки поверхности соответственно при использовании водного раствора электролита, имеющего концентрацию лимонной кислоты 120 г/л и концентрации гидродифторида аммония от примерно 0 г/л до примерно 120 г/л. Фигуры 2A и 2C показывают данные при характерной низкой температуре 21°C, а фигуры 2B и 2C показывают данные при характерной высокой температуре 71°C. Фигуры 2A-2B показывают, что удаление материала сильно скоррелировано с концентрацией гидродифторида аммония и температурой, но минимально подвержено влиянию плотности тока. Более высокие скорости удаления материала обычно достигаются путем повышения либо концентрации гидродифторида аммония, либо температуры, либо того и другого. Фигуры 2C-2D показывают, что удаление материала сопровождается некоторым ухудшением качества поверхности. Однако неожиданно было обнаружено, что с повышением температуры и скорости удаления материала степень ухудшения отделки поверхности снижается. При низкой температуре 21°CC, как на фигуре 2C, повышение плотности тока смягчает эффекты ухудшения качества поверхности, и при максимальной плотности тока некоторое улучшение качества отделки поверхности становится очевидным. При более высокой температуре 71°C, как на фигуре 2D, при изменениях плотности тока качество отделки поверхности существенно не изменяется.[0069] Figures 2A-2B and 2C-2D show the material removal rate and surface finish quality changes, respectively, using an aqueous electrolyte solution having a citric acid concentration of 120 g / L and an ammonium hydrodifluoride concentration of from about 0 g / L to about 120 g / l Figures 2A and 2C show data at a characteristic low temperature of 21 ° C, and Figures 2B and 2C show data at a characteristic high temperature of 71 ° C. Figures 2A-2B show that material removal is strongly correlated with ammonium hydrodifluoride concentration and temperature, but is minimally affected by current density. Higher rates of material removal are usually achieved by increasing either the concentration of ammonium hydrodifluoride, or the temperature, or both. Figures 2C-2D show that material removal is accompanied by some deterioration in surface quality. However, it was unexpectedly found that with increasing temperature and material removal rate, the degree of deterioration of surface finish decreases. At a low temperature of 21 ° CC, as in Figure 2C, an increase in current density mitigates the effects of deterioration in surface quality, and at maximum current density, some improvement in surface finish becomes apparent. At a higher temperature of 71 ° C, as in figure 2D, with changes in current density, the quality of the surface finish does not change significantly.

[0070] Фигуры 2E-2F показывают, что скорость удаления материала и изменение качества отделки поверхности соответственно при использовании водного раствора электролита, состоящего по существу из гидродифторида аммония в воде, без намеренного добавления лимонной кислоты, зависит от плотности тока при работе при высокой температуре 85°C. Высокие скорости удаления материала могут быть достигнуты с помощью электролита только с ГФА, но это удаление материала происходит за счет качества отделки поверхности, которое часто становится значительно хуже под действием раствора электролита. Тем не менее, при определенных рабочих условиях (не показанных на фигурах) было достигнуто минимальное ухудшение или самое умеренное улучшение качества отделки поверхности. Например, улучшения в качестве отделки поверхности посредством растворов электролита только с ГФА были достигнуты с раствором 10 г/л ГФА при 21°C и 215-538 А/м2 и при 54-71°C и 1076 А/м2, с раствором 20 г/л ГФА - при 21°C и 215-1076 А/м2, а с раствором 60 г/л ГФА - при 21°C и 538-1076 А/м2.[0070] Figures 2E-2F show that the removal rate of the material and the change in surface finish quality, respectively, when using an aqueous electrolyte solution consisting essentially of ammonium hydrodifluoride in water, without intentionally adding citric acid, depends on the current density when operating at high temperature 85 ° C. High rates of material removal can be achieved using an electrolyte only with HFA, but this removal of material occurs due to the quality of the surface finish, which often becomes significantly worse under the action of an electrolyte solution. However, under certain operating conditions (not shown in the figures), minimal deterioration or the most moderate improvement in surface finish was achieved. For example, improvements in the quality of surface finish by means of electrolyte solutions with HFA only were achieved with a solution of 10 g / l HFA at 21 ° C and 215-538 A / m 2 and at 54-71 ° C and 1076 A / m 2 , with a solution 20 g / l HFA - at 21 ° C and 215-1076 A / m 2 , and with a solution of 60 g / l HFA - at 21 ° C and 538-1076 A / m 2 .

[0071] Не привязываясь к теории, возможное объяснение способности повышенной плотности тока улучшать качество отделки поверхности, при минимальном влиянии на скорость удаления материала, состоит в том, что одна из функций электрического тока состоит в росте естественного слоя оксида на поверхности материала. Этот избыточный кислород в сочетании с лимонной кислотой представляется действующим как выгодный барьер для воздействия на поверхность материала. Соответственно, представляется, что по мере повышения плотности тока на аноде образуется кислород с более высокой концентрацией, который, в свою очередь, может действовать как барьер для массопереноса. В качестве альтернативы, если упрощенно рассматривать морфологию поверхности материала как последовательность «пиков» и «долин», можно предположить, что лимонная кислота и кислород оседают в долинах, оставляя для воздействия фторид-ионов только пики морфологии поверхности. По мере того как лимонно-кислотные и кислородные барьеры укрепляются (т.е. возрастают концентрации лимонной кислоты и возрастают плотности тока), только наивысшие пики поверхности становятся доступными для химического воздействия. Согласно этой теории можно ожидать, что низкие плотности тока и низкие концентрации лимонной кислоты будут обеспечивать минимально дееспособный процесс сглаживания поверхности, тогда как высокие плотности тока и высокие концентрации лимонной кислоты, как можно ожидать, будут обеспечивать наиболее дееспособный процесс сглаживания поверхности. Независимо от того, являются ли эти теории точными, есть все основания утверждать, что результаты согласуются с вышеприведенным анализом.[0071] Without being bound by theory, a possible explanation for the ability of an increased current density to improve the quality of surface finish, with minimal effect on the material removal rate, is that one of the functions of the electric current is to grow a natural oxide layer on the surface of the material. This excess oxygen in combination with citric acid appears to act as a beneficial barrier to the surface of the material. Accordingly, it seems that as the current density increases, oxygen with a higher concentration is formed on the anode, which, in turn, can act as a barrier to mass transfer. Alternatively, if we simplify the surface morphology of the material as a sequence of “peaks” and “valleys”, we can assume that citric acid and oxygen settle in the valleys, leaving only the peaks of surface morphology for exposure to fluoride ions. As citric acid and oxygen barriers become stronger (i.e., citric acid concentrations increase and current densities increase), only the highest surface peaks become available for chemical exposure. According to this theory, it can be expected that low current densities and low concentrations of citric acid will provide a minimally capable surface smoothing process, while high current densities and high citric acid concentrations can be expected to provide the most capable surface smoothing process. Regardless of whether these theories are accurate, there is every reason to argue that the results are consistent with the above analysis.

[0072] Понимание того, что кислород (получаемый под действием электрического тока) и лимонная кислота представляются действующими как микробарьеры для процесса удаления, помогает прояснить, что концентрация ГФА и температура являются переменными, вероятно, наиболее доступными для использования с целью управления результатами удаления материала и микрополировки. Поэтому в описанных здесь процессах плотность тока представляется действующей главным образом на образование кислорода, а по большей части не является существенным фактором, усиливающим общее удаление материала. Скорее удаление материала представляется происходящим почти исключительно под действием фторид-ионов, активность которых до некоторой степени управляется термодинамическим влиянием температуры. Короче говоря, неожиданно оказалось, что плотность тока как переменная управления имеет относительно низкое значение, что присутствие фторид-ионов превалирует над влиянием плотности тока.[0072] Understanding that oxygen (produced by electric current) and citric acid appear to act as microbarriers to the removal process, it helps to clarify that the HFA concentration and temperature are the variables that are probably the most readily available for controlling the removal of material and micropolishing. Therefore, in the processes described here, the current density seems to act mainly on the formation of oxygen, and for the most part is not a significant factor enhancing the total removal of the material. Rather, material removal seems to occur almost exclusively under the influence of fluoride ions, the activity of which is to some extent controlled by the thermodynamic influence of temperature. In short, it unexpectedly turned out that the current density as a control variable has a relatively low value, that the presence of fluoride ions prevails over the influence of current density.

[0073] На фигурах 3A-3D показано, что при характерной плотности тока 53,8 А/м2 скорость удаления материала может изменяться прямо пропорционально температуре, вследствие чего для одной и той же смеси лимонной кислоты, гидродифторида аммония и воды большее удаление материала происходит при более высоких температурах. Подобные тенденции наблюдались при всех плотностях тока от 0 А/м2 до 1076 А/м2.[0073] Figures 3A-3D show that at a typical current density of 53.8 A / m 2, the material removal rate can vary in direct proportion to temperature, as a result of which more material is removed for the same mixture of citric acid, ammonium hydrodifluoride and water at higher temperatures. Similar trends were observed at all current densities from 0 A / m 2 to 1076 A / m 2 .

[0074] На фигурах 4A-4D показано, что при характерной температуре 54°C скорость удаления материала относительно постоянна с плотностью тока, так что для одной и той же смеси лимонной кислоты и гидродифторида аммония при любой заданной температуре ванны скорость удаления материала относительно невосприимчива к изменениям плотности тока. Подобные тенденции наблюдались при всех температурах от 21°C до 85°C, и представляется, что эти тенденции сохраняются при температуре ниже 21°C (но выше температуры замерзания раствора) и выше 81°C (но ниже температуры кипения раствора). Как происходит почти при всех условиях по температуре и току, вне зависимости от концентрации ГФА, когда концентрация лимонной кислоты возрастает выше определенного уровня, обычно между 600 г/л и 780 г/л, скорость удаления материала значительно снижается. Поэтому для поддержания способности достигать некоторого уровня удаления материала, когда желательно придание заготовке определенной формы, концентрацию лимонной кислоты следует обычно поддерживать на уровне менее 600 г/л.[0074] Figures 4A-4D show that at a typical temperature of 54 ° C, the material removal rate is relatively constant with current density, so that for the same mixture of citric acid and ammonium hydrodifluoride at any given bath temperature, the material removal rate is relatively immune to changes in current density. Similar trends were observed at all temperatures from 21 ° C to 85 ° C, and it seems that these trends persist at temperatures below 21 ° C (but above the freezing temperature of the solution) and above 81 ° C (but below the boiling point of the solution). As occurs under almost all conditions of temperature and current, regardless of the concentration of HFA, when the concentration of citric acid increases above a certain level, usually between 600 g / l and 780 g / l, the material removal rate is significantly reduced. Therefore, in order to maintain the ability to achieve a certain level of material removal, when it is desirable to give the workpiece a certain shape, the concentration of citric acid should usually be kept at less than 600 g / l.

[0075] Фигуры 4E-4G показывают, при характерной высокой температуре 85°C и трех различных концентрациях лимонной кислоты, влияние плотности тока на скорости удаления материала, а фигуры 4H-4J показывают влияние плотности тока на качество отделки поверхности при одинаковых наборах условий. Фигура 4E показывает, как и фигуры 4F и 4G, но в меньшей степени, что способности к удалению материала у раствора электролита являются максимальными при максимальных концентрациях гидродифторида аммония и вполне значительными при высокой температуре. Следует отметить, что, хотя фигура 4E показывает данные только при 120 г/л лимонной кислоты, по существу такие же скорости удаления материала наблюдаются при концентрациях лимонной кислоты 60 г/л, 120 г/л и 300 г/л. Но, как показано на фигуре 4F, при 600 г/л лимонной кислоты концентрация лимонной кислоты представляется обеспечивающей некоторую степень защиты поверхности от крупномасштабного воздействия, и скорости удаления материала падают по сравнению с более низкими концентрациями лимонной кислоты. При 780 г/л, как показано на фигуре 4G, скорости удаления снижаются даже больше. Независимо от концентрации гидродифторида аммония и лимонной кислоты удаление материала представляется малозависящим от плотности тока.[0075] Figures 4E-4G show, at a characteristic high temperature of 85 ° C and three different citric acid concentrations, the effect of current density on the material removal rate, and Figures 4H-4J show the effect of current density on surface finish under the same set of conditions. Figure 4E shows, like figures 4F and 4G, but to a lesser extent, that the ability to remove material from the electrolyte solution is maximum at maximum concentrations of ammonium hydrodifluoride and quite significant at high temperature. It should be noted that although Figure 4E only shows data at 120 g / L citric acid, substantially the same material removal rates are observed at citric acid concentrations of 60 g / L, 120 g / L and 300 g / L. But, as shown in FIG. 4F, at 600 g / L citric acid, the concentration of citric acid appears to provide some degree of surface protection against large-scale exposure, and material removal rates drop compared to lower citric acid concentrations. At 780 g / l, as shown in Figure 4G, removal rates are reduced even more. Regardless of the concentration of ammonium hydrodifluoride and citric acid, the removal of the material seems to be independent of the current density.

[0076] Фигура 4H показывает, что при высокой температуре и самой умеренной концентрации лимонной кислоты умеренная степень ухудшения качества отделки поверхности наблюдается почти при всех концентрациях гидродифторида аммония и плотностях тока. Однако при рассмотрении совместно фигур 4E и 4H видно, что выделяется один режим обработки. При концентрации лимонной кислоты 120 г/л, низком уровне гидродифторида аммония 10 г/л и высокой плотности тока 1076 А/м2 удаление материала подавляется, и в результате достигается значительное улучшение качества отделки поверхности. Это может давать дополнительное подтверждение теории, обсуждавшейся выше и состоящей в том, что повышенная плотность тока может создавать избыток кислорода на поверхности материала, достаточный для заполнения «долин» в морфологии поверхности, так что «пики» предпочтительно подвергаются воздействию фторид-ионов, образуемых диссоциацией гидродифторида аммония. Этот эффект, в сочетании с возможным эффектом микробарьера лимонной кислотой, можно даже в более сильной степени наблюдать на фигуре 4I (при 600 г/л лимонной кислоты) и на фигуре 4J (при 780 г/л лимонной кислоты), которые показывают пониженное ухудшение качества отделки поверхности, а в некоторых случаях и улучшение качества отделки поверхности, - при более высоких концентрациях лимонной кислоты и более высоких плотностях тока по отдельности, и даже более того, - при сочетании более высоких концентраций лимонной кислоты и более высоких плотностей тока. Например, значительное улучшение качества отделки поверхности имеет место при 10 г/л и 20 г/л гидродифторида аммония при переходе от 600 г/л к 780 г/л лимонной кислоты.[0076] Figure 4H shows that at high temperature and the most moderate concentration of citric acid, a moderate degree of deterioration in surface finish is observed at almost all concentrations of ammonium hydrodifluoride and current densities. However, when considering together figures 4E and 4H it is seen that stands out one processing mode. At a concentration of citric acid of 120 g / l, a low level of ammonium hydro difluoride of 10 g / l and a high current density of 1076 A / m 2 , material removal is suppressed, and as a result, a significant improvement in the quality of surface finish is achieved. This may provide additional confirmation of the theory discussed above and that the increased current density can create an excess of oxygen on the surface of the material, sufficient to fill the "valleys" in the surface morphology, so that the "peaks" are preferably exposed to fluoride ions formed by dissociation ammonium hydrodifluoride. This effect, combined with the possible microbarrier effect of citric acid, can even be more strongly observed in figure 4I (at 600 g / l of citric acid) and in figure 4J (at 780 g / l of citric acid), which show a reduced quality deterioration surface finishes, and in some cases, improved surface finishes, at higher concentrations of citric acid and higher current densities separately, and even more so, when a combination of higher concentrations of citric acid and higher densities current. For example, a significant improvement in the quality of surface finish occurs at 10 g / l and 20 g / l of ammonium hydrodifluoride when switching from 600 g / l to 780 g / l of citric acid.

[0077] Однако представляется, что этот эффект имеет предел, поскольку можно видеть, что качество отделки поверхности резко ухудшается при наиболее высокой концентрации гидродифторида аммония 120 г/л и более высоких плотностях тока при переходе от 120 г/л к 600 г/л и далее к 780 г/л лимонной кислоты. Подобный результат был получен при 60 г/л гидродифторида аммония, по меньшей мере при возрастании концентрации лимонной кислоты от 600 г/л до 780 г/л.[0077] However, this effect seems to have a limit, since it can be seen that the quality of the surface finish deteriorates sharply at the highest concentration of ammonium hydrodifluoride 120 g / l and higher current densities when switching from 120 g / l to 600 g / l and further to 780 g / l of citric acid. A similar result was obtained with 60 g / L ammonium hydrodifluoride, at least with an increase in the concentration of citric acid from 600 g / L to 780 g / L.

[0078] Как показано ниже в таблицах 3A-3C и 4A-4C, режимы работы для отделки поверхности листовых изделий, при которых требуется минимальное удаление материала и желательно улучшение качества отделки поверхности от самого умеренного до высокого, и для микрополировки, при которой в сущности никакого удаления материала не требуется, а желательно сильное улучшение качества отделки поверхности, могут быть достигнуты для широкого диапазона смесей электролитов, температур и плотностей тока. Таблицы 3A-3C и 4A-4C не включают электролиты, состоящие по существу из воды и лимонной кислоты и практически не содержащие гидродифторида аммония, хотя с помощью такого раствора можно получить по существу нулевое удаление материала, а также улучшение качества поверхности от самого умеренного до высокого в широком диапазоне температур и плотностей тока, поскольку эти условия обсуждались отдельно со ссылкой на фигурах 1A-1C. Подобным образом таблицы 3A-3C и 4A-4C не включают электролиты, состоящие по существу из воды и гидродифторида аммония и практически не содержащие лимонной кислоты, поскольку эти условия обсуждались отдельно со ссылкой на фигурах 2A-2D. Таблицы 3A-3C разделены уровнями тонкости отделки поверхности и затем организованы в порядке возрастания концентрации ГФА. Таблицы 4A-4C разделены уровнями концентрации лимонной кислоты и затем организованы в порядке возрастания концентрации ГФА.[0078] As shown in Tables 3A-3C and 4A-4C below, operating conditions for surface finishing of sheet products that require minimal removal of material and it is desirable to improve the quality of surface finish from the most moderate to high, and for micropolishing, in which no material removal is required, and a strong improvement in the quality of the surface finish is desirable, can be achieved for a wide range of mixtures of electrolytes, temperatures and current densities. Tables 3A-3C and 4A-4C do not include electrolytes consisting essentially of water and citric acid and practically free of ammonium hydrodifluoride, although with this solution it is possible to obtain essentially zero removal of material, as well as improving the quality of the surface from very moderate to high in a wide range of temperatures and current densities, since these conditions are discussed separately with reference to figures 1A-1C. Similarly, Tables 3A-3C and 4A-4C do not include electrolytes consisting essentially of water and ammonium hydro difluoride and substantially free of citric acid, since these conditions were discussed separately with reference to FIGS. 2A-2D. Tables 3A-3C are separated by fineness levels and then arranged in increasing order of HFA concentration. Tables 4A-4C are separated by levels of citric acid concentration and then organized in order of increasing concentration of HFA.

[0079] Из данных, представленных в таблицах 3A-3C, следуют некоторые тенденции. Во-первых, по всему диапазону концентраций лимонной кислоты (от 60 г/л до 780 г/л), концентраций гидродифторида аммония (от 10 г/л до 120 г/л), температур (от 21°C до 85°C) и плотностей тока (от 10,8 А/м2 до 1076 А/м2) были получены низкие или почти нулевые результаты по удалению материала и повышению качества отделки поверхности. Поэтому водные растворы лимонной кислоты и ГФА, при практическом отсутствии сильной кислоты, могут обеспечить тонкую отделку поверхности с минимальными потерями материала при таких низких концентрациях, как 60 г/л лимонной кислоты и 10 г/л ГФА, и таких высоких концентрациях, как 780 г/л лимонной кислоты и 120 г/л ГФА, и при некоторых сочетаниях между ними.[0079] From the data presented in tables 3A-3C, some trends follow. Firstly, over the entire range of citric acid concentrations (from 60 g / l to 780 g / l), ammonium hydrodifluoride concentrations (from 10 g / l to 120 g / l), temperatures (from 21 ° C to 85 ° C) and current densities (from 10.8 A / m 2 to 1076 A / m 2 ), low or almost zero results were obtained on material removal and improving the quality of surface finish. Therefore, aqueous solutions of citric acid and HFA, with the practical absence of a strong acid, can provide a fine surface finish with minimal material loss at such low concentrations as 60 g / l citric acid and 10 g / l HFA, and such high concentrations as 780 g / l of citric acid and 120 g / l of HFA, and with some combinations between them.

Таблица 3АTable 3A Наивысшая тонкость отделки поверхностиSuperfine finishes Лимонная кислота (г/л)Citric Acid (g / l) ГФА (г/л)HFA (g / l) Температура (°C)Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч)Material removal (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%)Change in surface finish (%) 780780 1010 8585 10761076 0,1680.168 39,239.2 180180 1010 8585 10761076 0,2080.208 36,436,4 120120 1010 8585 10761076 0,2320.232 33,333.3 300300 1010 7171 10761076 0,1560.156 30,430,4 780780 1010 7171 53,853.8 0,1000,100 30,430,4 780780 1010 7171 10,810.8 0,1080.108 30,230,2 300300 1010 5454 10761076 0,6400.640 38,938.9 780780 20twenty 7171 538538 0,1000,100 44,844.8 600600 20twenty 7171 10761076 0,1880.188 40,040,0 180180 20twenty 5454 10761076 0,1680.168 31,931.9 780780 20twenty 2121 10761076 0,0440,044 30,930.9 780780 6060 5454 10761076 0,1600.160 36,136.1 600600 6060 2121 10761076 0,2000,200 46,946.9 780780 6060 2121 538538 0,0880,088 42,042.0 600600 6060 2121 538538 0,0800,080 37,937.9 780780 6060 2121 10761076 0,2040.204 34,634.6 780780 120120 2121 538538 0,1160.116 49,149.1 600600 120120 2121 10761076 0,1680.168 44,744.7

[0080] В целом, как показано в таблице 3A, максимальные уровни улучшения качества отделки поверхности (т.е. более чем 30%-ное снижение шероховатости поверхности) были получены при более высоких плотностях тока 538-1076 А/м2, при умеренных и более высоких концентрациях лимонной кислоты 120-780 г/л и, как правило, при более низких концентрациях ГФА 10-20 г/л. При более низких концентрациях ГФА, в диапазоне 10-20 г/л, более высокие температуры 71-85°C проявляют тенденцию давать лучшее качество отделки поверхности при более высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л, тогда как более умеренная температура 54°C обеспечивала тонкую отделку поверхности при умеренных концентрациях лимонной кислоты 120-300 г/л. Тем не менее, значительные улучшения качества отделки поверхности также были получены в условиях низкой концентрации ГФА, умеренной концентрации лимонной кислоты и высокой температуры (10 г/л ГФА, 120 г/л лимонной кислоты, 85°C) и в условиях низкой концентрации ГФА, умеренной концентрации лимонной кислоты и более низкой температуры (20 г/л ГФА, 180 г/л лимонной кислоты, 54°C). При повышенной концентрации ГФА, в диапазоне 60-120 г/л, более низкие температуры 21-54°C проявляют тенденцию давать лучшее качество отделки поверхности при более высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л и более высоких плотностях тока. В дополнение существенная тонкость отделки поверхности была достигнута при более низких плотностях тока 10,8-53,8 А/м2 при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л и высоких температурах 71-85°C как при низкой концентрации ГФА 10 г/л, так и при высокой концентрации ГФА 120 г/л, как показано на фигуре 4H.[0080] In general, as shown in Table 3A, maximum levels of improvement in surface finish (ie, more than a 30% reduction in surface roughness) were obtained at higher current densities of 538-1076 A / m 2 , at moderate and higher concentrations of citric acid 120-780 g / l and, as a rule, at lower concentrations of HFA 10-20 g / l. At lower HFA concentrations, in the range of 10-20 g / l, higher temperatures 71-85 ° C tend to give better surface finishes at higher concentrations of citric acid 600-780 g / l, while a more moderate temperature is 54 ° C provided a fine surface finish at moderate concentrations of citric acid 120-300 g / l. However, significant improvements in surface finish were also obtained under conditions of low HFA concentration, moderate concentration of citric acid and high temperature (10 g / l HFA, 120 g / l citric acid, 85 ° C) and low concentration of HFA. moderate concentration of citric acid and lower temperature (20 g / l HFA, 180 g / l citric acid, 54 ° C). With an increased concentration of HFA, in the range of 60-120 g / l, lower temperatures of 21-54 ° C tend to give better surface finishes at higher citric acid concentrations of 600-780 g / l and higher current densities. In addition, a significant fineness of the surface finish was achieved at lower current densities of 10.8-53.8 A / m 2 at high concentrations of citric acid 780 g / l and high temperatures 71-85 ° C as at a low HFA concentration of 10 g / l , and at a high concentration of HFA 120 g / l, as shown in figure 4H.

Таблица 3ВTable 3B Высокая тонкость отделки поверхностиHigh fineness Лимонная кислота (г/л)Citric Acid (g / l) ГФА (г/л)HFA (g / l) Температура (°C)Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч)Material removal (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%)Change in surface finish (%) 780780 1010 8585 538538 0,1320.132 28,828.8 6060 1010 8585 10761076 0,2760.276 28,028.0 300300 1010 8585 10761076 0,2160.216 25,625.6 600600 1010 8585 538538 0,0840,084 25,025.0 600600 1010 8585 10761076 0,2200.220 24,524.5 780780 1010 8585 10,810.8 0,1360.136 17,917.9 600600 1010 7171 538538 0,0760,076 19,619.6 180180 1010 7171 10761076 0,1920.192 18,818.8 180180 1010 5454 10761076 0,2000,200 25,025.0 780780 1010 5454 538538 0,0240.024 21,221,2 780780 1010 5454 53,853.8 0,0880,088 15,315.3 300300 20twenty 8585 10761076 0,2120.212 30,030,0 780780 20twenty 8585 10,810.8 0,2440.244 15,715.7 780780 20twenty 7171 10761076 0,1960.196 27,127.1 780780 20twenty 7171 00 0,1760.176 22,122.1 180180 20twenty 7171 10761076 0,1880.188 15,115.1 780780 20twenty 5454 10761076 0,2280.228 28,628.6 300300 20twenty 5454 10761076 0,1440.144 25,025.0 600600 20twenty 5454 10761076 0,1640.164 18,018.0 780780 20twenty 5454 538538 0,1000,100 16,716.7 780780 20twenty 5454 215215 0,1080.108 15,615.6 780780 20twenty 2121 538538 0,0160.016 20,320.3 300300 6060 2121 10761076 0,1920.192 21,321.3 780780 120120 8585 10,810.8 0,0040.004 30,030,0 780780 120120 7171 10,810.8 0,0000,000 25,025.0 780780 120120 7171 53,853.8 0,0020.002 23,723.7 780780 120120 5454 10,810.8 0,0320,032 16,416,4 780780 120120 2121 10761076 0,1960.196 16,316.3

[0081] В целом, как показано в таблице 3B, высокие, но не самые высокие уровни улучшения качества обработки поверхности (т.е. между примерно 15%- и примерно 30%-ным снижением шероховатости поверхности) были получены при более низких концентрациях ГФА 10-20 г/л и умеренных - более высоких температурах 54-85°C, и в основном, но не исключительно, при более высоких плотностях тока 538-1076 А/м2. Как правило, эти результаты были достигнуты при высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л. Например, в то время как концентрации ГФА 10-20 г/л обычно приводили к отличным результатам при более высоких плотностях тока и высоких концентрациях лимонной кислоты, отличные результаты были также получены с использованием низких концентраций лимонной кислоты 60-300 г/л при низкой плотности тока 10,8 А/м2 и высокой температуре 85°C, а также при низкой плотности тока 53,8 А/м2 и самой умеренной температуре 54°C. Высокие уровни улучшения качества отделки поверхности были достигнуты также при высоких уровнях ГФА 120 г/л, как при высокой температуре и низкой плотности тока (71-85°C и 10,8-53,8 А/м2), так и при низкой температуре и высокой плотности тока (21°C и 1076 А/м2), во всех случаях - при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л. В этом отношении представляется, что существует некая дополняющая активность между температурой и плотностью тока в том, что сходные результаты отделки поверхности могут быть достигнуты для раствора с высокой концентрацией лимонной кислоты при использовании более высокой плотности тока с более низкой температурой или при использовании более низкой плотности тока с более высокой температурой. Смотри также фигуры 4H-4J, которые показывают, что условия высокой температуры в сочетании с высокой плотностью тока склонны давать максимальные улучшения качества отделки поверхности.[0081] In general, as shown in Table 3B, high, but not the highest levels of improvement in surface finish (ie between about 15% and about 30% reduction in surface roughness) were obtained at lower HFA concentrations 10-20 g / l and moderate - higher temperatures of 54-85 ° C, and mainly, but not exclusively, at higher current densities of 538-1076 A / m 2 . As a rule, these results were achieved with high concentrations of citric acid 600-780 g / l. For example, while HFA concentrations of 10–20 g / L usually produced excellent results at higher current densities and higher citric acid concentrations, excellent results were also obtained using low citric acid concentrations of 60–300 g / L at low density. a current of 10.8 A / m 2 and a high temperature of 85 ° C, as well as at a low current density of 53.8 A / m 2 and the most moderate temperature of 54 ° C. High levels of improvement in surface finish were also achieved at high HFA levels of 120 g / l, both at high temperature and low current density (71-85 ° C and 10.8-53.8 A / m 2 ), and at low temperature and high current density (21 ° C and 1076 A / m 2 ), in all cases - at high concentrations of citric acid 780 g / l. In this regard, it seems that there is some complementary activity between temperature and current density in that similar surface finishes can be achieved for a solution with a high concentration of citric acid by using a higher current density with a lower temperature or by using a lower current density with a higher temperature. See also Figures 4H-4J, which show that high temperature conditions combined with high current density tend to give maximum surface finish improvements.

Таблица 3СTable 3C Умеренная тонкость отделки поверхностиModerate fineness Лимонная кислота (г/л)Citric Acid (g / l) ГФА (г/л)HFA (g / l) Температура (°C)Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч)Material removal (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%)Change in surface finish (%) 600600 1010 8585 10,810.8 0,2160.216 4,04.0 600600 1010 8585 215215 0,2320.232 1,91.9 780780 1010 7171 00 0,1000,100 14,314.3 780780 1010 7171 215215 0,0480,048 9,89.8 600600 1010 7171 00 0,1640.164 6,06.0 780780 1010 7171 538538 0,0640,064 5,45,4 780780 1010 2121 53,853.8 0,0400,040 14,514.5 6060 1010 2121 10761076 0,1480.148 13,513.5 780780 20twenty 8585 215215 0,2600.260 7,77.7 780780 20twenty 8585 53,853.8 0,2160.216 7,77.7 780780 20twenty 8585 00 0,2320.232 5,75.7 600600 20twenty 8585 10761076 0,1840.184 6,26.2 300300 20twenty 7171 10761076 0,2000,200 7,17.1 780780 20twenty 7171 53,853.8 0,1720.172 2,02.0 600600 20twenty 5454 538538 0,0640,064 8,28.2 600600 20twenty 2121 538538 0,0320,032 13,213,2 120120 20twenty 2121 10761076 0,1640.164 10,610.6 300300 20twenty 2121 10761076 0,1480.148 10,410,4 600600 20twenty 2121 10761076 0,0320,032 6,76.7 6060 20twenty 2121 10761076 0,1240.124 6,86.8 180180 20twenty 2121 10761076 0,1320.132 4,24.2 780780 20twenty 2121 53,853.8 0,0320,032 1,71.7 120120 6060 2121 10761076 0,1960.196 11,311.3 6060 6060 2121 10761076 0,2240.224 4,24.2 780780 120120 8585 00 0,0160.016 11,111.1 780780 120120 8585 53,853.8 0,0160.016 2,22.2 780780 120120 5454 00 0,0080.008 13,513.5 780780 120120 5454 53,853.8 0,0200,020 5,95.9 780780 120120 2121 10,810.8 0,0040.004 7,87.8 300300 120120 2121 10761076 1,4001,400 2,32,3

[0082] В целом, как показано в таблице 3C, самые умеренные уровни улучшения качества отделки поверхности (т.е. менее чем примерно 15%-ное снижение шероховатости поверхности) были получены при более низких концентрациях ГФА 10-20 г/л и более высоких температурах 71-85°C и в основном по всему диапазону плотностей тока 10,8-1076 А/м2. Как правило, эти результаты были достигнуты при высоких концентрациях лимонной кислоты 600-780 г/л. Одно заметное исключение из этой тенденции состоит в том, что улучшения качества отделки поверхности от самых умеренных до высоких также были получены при всех концентрациях ГФА 10-120 г/л и низких до умеренных концентрациях лимонной кислоты 60-300 г/л при низкой температуре 21°C и высокой плотности тока 1076 А/м2.[0082] In general, as shown in Table 3C, the most moderate levels of improvement in surface finish (ie, less than about 15% reduction in surface roughness) were obtained at lower HFA concentrations of 10-20 g / L or more high temperatures 71-85 ° C and mainly over the entire range of current densities of 10.8-1076 A / m 2 . As a rule, these results were achieved with high concentrations of citric acid 600-780 g / l. One notable exception to this trend is that moderate to high surface finishes were also obtained at all HFA concentrations of 10-120 g / L and low to moderate citric acid concentrations of 60-300 g / L at low temperature. 21 ° C and high current density 1076 A / m 2 .

Таблица 4АTable 4A Наинизшие концентрации лимонной кислотыThe lowest concentration of citric acid Лимонная кислота (г/л)Citric Acid (g / l) ГФА (г/л)HFA (g / l) Температура (°C)Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч)Material removal (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%)Change in surface finish (%) 180180 1010 8585 10761076 0,2080.208 36,436,4 120120 1010 8585 10761076 0,2320.232 33,333.3 6060 1010 8585 10761076 0,2760.276 28,028.0 180180 1010 5454 10761076 0,2000,200 25,025.0 180180 1010 7171 10761076 0,1920.192 18,818.8 6060 1010 2121 10761076 0,1480.148 13,513.5 180180 20twenty 5454 10761076 0,1680.168 31,931.9 180180 20twenty 7171 10761076 0,1880.188 15,115.1 120120 20twenty 2121 10761076 0,1640.164 10,610.6 6060 20twenty 2121 10761076 0,1240.124 6,86.8 180180 20twenty 2121 10761076 0,1320.132 4,24.2 120120 6060 2121 10761076 0,1960.196 11,311.3 6060 6060 2121 10761076 0,2240.224 4,24.2

[0083] Как показано в таблице 4A, при низких концентрациях лимонной кислоты 60-180 г/л равномерное улучшение качества отделки поверхности представляется требующим высокой плотности тока. В целом, максимальные улучшения качества отделки поверхности были получены при низких концентрациях ГФА 10-20 г/л и при умеренных - высоких температурах 54-85°C. Низкое и умеренное улучшение качества отделки поверхности было достигнуто при концентрациях ГФА 10-60 г/л и низкой температуре 21°C.[0083] As shown in table 4A, at low concentrations of citric acid 60-180 g / l, a uniform improvement in surface finish seems to require a high current density. In general, the maximum improvement in the quality of surface finish was obtained at low HFA concentrations of 10–20 g / L and at moderate to high temperatures of 54–85 ° C. A low to moderate improvement in surface finish was achieved with HFA concentrations of 10-60 g / L and a low temperature of 21 ° C.

Таблица 4ВTable 4B Умеренные концентрации лимонной кислотыModerate citric acid concentrations Лимонная кислота (г/л)Citric Acid (g / l) ГФА (г/л)HFA (g / l) Температура (°C)Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч)Material removal (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%)Change in surface finish (%) 300300 1010 5454 10761076 0,1880.188 38,938.9 300300 1010 7171 10761076 0,1560.156 30,430,4 300300 1010 8585 10761076 0,2160.216 25,625.6 600600 1010 8585 538538 0,0840,084 25,025.0 600600 1010 8585 10761076 0,2200.220 24,524.5 600600 1010 7171 538538 0,0760,076 19,619.6 600600 1010 7171 00 0,1640.164 6,06.0 600600 1010 8585 10,810.8 0,2160.216 4,04.0 600600 1010 8585 215215 0,2320.232 1,91.9 600600 20twenty 7171 10761076 0,1880.188 40,040,0 300300 20twenty 8585 10761076 0,2120.212 30,030,0 300300 20twenty 5454 10761076 0,1440.144 25,625.6 600600 20twenty 5454 10761076 0,1640.164 18,018.0 600600 20twenty 2121 538538 0,0320,032 13,213,2 300300 20twenty 2121 10761076 0,1480.148 10,410,4 600600 20twenty 5454 538538 0,0640,064 8,28.2 600600 20twenty 2121 10761076 0,0320,032 6,76.7 300300 20twenty 7171 10761076 0,2000,200 7,17.1 600600 20twenty 8585 10761076 0,1840.184 6,26.2 600600 6060 2121 10761076 0,2000,200 46,946.9 600600 6060 2121 538538 0,0800,080 37,937.9 300300 6060 2121 10761076 0,1920.192 21,321.3 600600 120120 2121 10761076 0,1680.168 44,744.7 300300 120120 2121 10761076 1,4001,400 2,32,3

[0084] Как показано в таблице 4B, при умеренных концентрациях лимонной кислоты 300-600 г/л значительное улучшение качества отделки поверхности обычно требует более высоких плотностей тока 538-1076 А/м2 и происходит главным образом при низких концентрациях ГФА 10-20 г/л. При самой низкой концентрации ГФА 10 г/л более высокие температуры 54-85°C приводят к достижению наилучших результатов, тогда как при концентрации ГФА 20 г/л хорошие результаты также достигаются в диапазоне температур 21-85°C. При высоких концентрациях ГФА 60-120 г/л улучшение качества отделки поверхности наиболее типично происходит при более низкой температуре 21°C.[0084] As shown in table 4B, at moderate concentrations of citric acid 300-600 g / l, a significant improvement in the quality of surface finish usually requires higher current densities of 538-1076 A / m 2 and occurs mainly at low HFA concentrations of 10-20 g / l At the lowest HFA concentration of 10 g / l, higher temperatures of 54-85 ° C lead to the achievement of the best results, while at an HFA concentration of 20 g / l, good results are also achieved in the temperature range of 21-85 ° C. At high HFA concentrations of 60-120 g / l, an improvement in the quality of the surface finish most typically occurs at a lower temperature of 21 ° C.

Таблица 4СTable 4C Наивысшие концентрации лимонной кислотыThe highest concentration of citric acid Лимонная кислота (г/л)Citric Acid (g / l) ГФА (г/л)HFA (g / l) Температура (°C)Temperature (° C) Плотность тока (А/м2)Current density (A / m 2 ) Удаление материала (мм/ч)Material removal (mm / h) Изменение качества отделки поверхности (%)Change in surface finish (%) 780780 1010 8585 10761076 0,1680.168 39,239.2 780780 1010 7171 53,853.8 0,1000,100 30,430,4 780780 1010 7171 10,810.8 0,1080.108 30,230,2 780780 1010 8585 538538 0,1320.132 28,828.8 780780 1010 5454 538538 0,0240.024 21,221,2 780780 1010 8585 10,810.8 0,1360.136 17,917.9 780780 1010 5454 53,853.8 0,0880,088 15,315.3 780780 1010 2121 53,853.8 0,0400,040 14,514.5 780780 1010 7171 00 0,2000,200 14,314.3 780780 1010 7171 215215 0,0480,048 9,89.8 780780 1010 7171 538538 0,0640,064 5,45,4 780780 20twenty 7171 538538 0,1000,100 44,844.8 780780 20twenty 2121 10761076 0,0440,044 30,930.9 780780 20twenty 5454 10761076 0,2280.228 28,628.6 780780 20twenty 7171 10761076 0,1960.196 27,127.1 780780 20twenty 7171 00 0,1760.176 22,122.1 780780 20twenty 2121 538538 0,0160.016 20,320.3 780780 20twenty 5454 538538 0,1000,100 16,716.7 780780 20twenty 8585 10,810.8 0,2440.244 15,715.7 780780 20twenty 5454 215215 0,1080.108 15,615.6 780780 20twenty 8585 53,853.8 0,2160.216 7,77.7 780780 20twenty 8585 215215 0,2600.260 7,77.7 780780 20twenty 8585 00 0,2320.232 5,75.7 780780 20twenty 7171 53,853.8 0,1720.172 2,02.0 780780 20twenty 2121 53,853.8 0,0320,032 1,71.7 780780 6060 2121 538538 0,0880,088 42,042.0 780780 6060 5454 10761076 0,1600.160 36,136.1 780780 6060 2121 10761076 0,2040.204 34,634.6 780780 120120 2121 538538 0,1160.116 49,149.1 780780 120120 8585 10,810.8 0,0040.004 30,030,0 780780 120120 7171 10,810.8 0,0000,000 25,025.0 780780 120120 7171 53,853.8 0,0080.008 23,723.7 780780 120120 5454 10,810.8 0,0320,032 16,416,4 780780 120120 2121 10761076 0,1960.196 16,316.3 780780 120120 5454 00 0,0080.008 13,513.5 780780 120120 8585 00 0,0160.016 11,111.1 780780 120120 2121 10,810.8 0,0040.004 7,87.8 780780 120120 5454 53,853.8 0,0200,020 5,95.9 780780 120120 8585 53,853.8 0,0160.016 2,22.2

[0085] Из сопоставления таблицы 4C с таблицами 4A и 4B можно видеть, что многие рабочие условия для достижения улучшения качества отделки поверхности, с фактически отсутствующими или минимальными потерями материала, возникают при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л. Как показано в таблице 4C, при высоких концентрациях лимонной кислоты 780 г/л значительное улучшение качества отделки поверхности может быть получено почти при всех плотностях тока 10,8-1076 А/м2 и от низких до высоких температур 21-85°C и как при низких концентрациях ГФА 10-20 г/л, так и высоких концентрациях ГФА 120 г/л.[0085] From a comparison of Table 4C with Tables 4A and 4B, it can be seen that many operating conditions to achieve improved surface finish, with virtually no or minimal material loss, occur at high concentrations of citric acid 780 g / L. As shown in table 4C, at high concentrations of citric acid 780 g / l, a significant improvement in the quality of surface finish can be obtained at almost all current densities of 10.8-1076 A / m 2 and from low to high temperatures of 21-85 ° C and how at low concentrations of HFA 10-20 g / l, and high concentrations of HFA 120 g / l.

[0086] Фигуры 5A и 5B показывают скорости удаления материала и изменения качества отделки поверхности при характерной низкой температуре 21°C и характерной высокой плотности тока 538 А/м2. Как можно видеть на фигуре 5B, ухудшение качества отделки поверхности является самым умеренным при всех концентрациях лимонной кислоты ниже 600 г/л, для концентраций ГФА ниже 60 г/л, и что качество отделки поверхности фактически повышается для всех концентраций ГФА от 10 до 120 г/л при высоких концентрациях лимонной кислоты выше 600 г/л и особенно при 780 г/л. В дополнение фигура 5A показывает, что скорость удаления материала при этих рабочих условиях относительно низка. Поэтому работа в этом диапазоне состава, температуры и плотности тока была бы желательна для достижения самого умеренного контролируемого удаления материала с минимальным ухудшением поверхности или, может быть, с самым умеренным улучшением качества отделки поверхности, но не была бы особо эффективна для крупномасштабного удаления материала.[0086] Figures 5A and 5B show material removal rates and changes in surface finish quality at a characteristic low temperature of 21 ° C and a characteristic high current density of 538 A / m 2 . As can be seen in Figure 5B, the deterioration of the surface finish is most moderate at all citric acid concentrations below 600 g / L, for HFA concentrations below 60 g / L, and that the surface finish is actually improved for all HFA concentrations from 10 to 120 g / l at high concentrations of citric acid above 600 g / l and especially at 780 g / l. In addition, FIG. 5A shows that the material removal rate under these operating conditions is relatively low. Therefore, working in this range of composition, temperature and current density would be desirable to achieve the most moderate controlled removal of material with minimal surface deterioration, or perhaps with the most moderate improvement in surface finish, but would not be particularly effective for large-scale material removal.

[0087] Подобным образом фигуры 6A и 6B показывают скорости удаления материала и изменения качества отделки поверхности при характерной низкой температуре 21°C и высокой плотности тока 1076 А/м2. На фигуре 6B можно видеть, что улучшение качества отделки поверхности от небольшого до самого умеренного достигается при всех концентрациях лимонной кислоты ниже 600 г/л для концентраций ГФА более 10 г/л и менее 120 г/л, и что качество отделки поверхности улучшается наиболее значительно при концентрациях лимонной кислоты 600 г/л и выше. В дополнение фигура 6A показывает, что скорость удаления материала при этих рабочих условиях относительно низка, за исключением составов около 300 г/л лимонной кислоты и 120 г/л ГФА, где скорость удаления материала более высока, не вызывая никакого существенного ухудшения поверхности. Поэтому работа в этих диапазонах состава, температуры и плотности тока была бы желательна для достижения самого умеренного контролируемого удаления материала с минимальным ухудшением поверхности или, может быть, с самым умеренным улучшением качества отделки поверхности, но была бы не особо эффективна для крупномасштабного удаления материала.[0087] Similarly, Figures 6A and 6B show material removal rates and changes in surface finish quality at a characteristic low temperature of 21 ° C and high current density of 1076 A / m 2 . From Figure 6B, it can be seen that a slight to moderate improvement in surface finish is achieved at all citric acid concentrations below 600 g / L for HFA concentrations of more than 10 g / L and less than 120 g / L, and that surface finish is most significantly improved at citric acid concentrations of 600 g / l and higher. In addition, Figure 6A shows that the material removal rate under these operating conditions is relatively low, with the exception of compositions of about 300 g / L citric acid and 120 g / L HFA, where the material removal rate is higher without causing any significant surface deterioration. Therefore, working in these ranges of composition, temperature and current density would be desirable to achieve the most moderate controlled removal of material with minimal surface deterioration, or perhaps the most moderate improvement in surface finish, but would not be particularly effective for large-scale removal of material.

[0088] Фигуры 7A и 7B показывают, что при определенных условиях контролируемое удаление материала и улучшение качества отделки поверхности могут быть достигнуты одновременно. В частности, при концентрации ГФА примерно 10 г/л фигура 7A показывает устойчивые самые умеренные скорости удаления материала при всех концентрациях лимонной кислоты, когда заготовка подвергается воздействию раствора электролита при высокой температуре 85°C и при высокой плотности тока 1076 А/м2. При тех же условиях фигура 7B показывает фактическое улучшение качества отделки поверхности при всех концентрациях лимонной кислоты, больших или равных 60 г/л. Даже при более высоких концентрациях ГФА от 20 г/л до 120 г/л получаемое удаление материала может прямо зависеть от концентрации ГФА, без фактического ухудшения качества отделки поверхности. Однако при максимальных концентрациях лимонной кислоты 600 г/л или более, скорости удаления материала значительно уменьшаются.[0088] Figures 7A and 7B show that under certain conditions, controlled removal of material and improved surface finish can be achieved simultaneously. In particular, at a HFA concentration of about 10 g / l, Figure 7A shows the most stable steady material removal rates at all citric acid concentrations when the workpiece is exposed to an electrolyte solution at a high temperature of 85 ° C and at a high current density of 1076 A / m 2 . Under the same conditions, Figure 7B shows an actual improvement in surface finish at all citric acid concentrations greater than or equal to 60 g / L. Even at higher concentrations of HFA from 20 g / l to 120 g / l, the resulting removal of material can directly depend on the concentration of HFA, without actually affecting the quality of the surface finish. However, at maximum citric acid concentrations of 600 g / l or more, material removal rates are significantly reduced.

[0089] Были выявлены некоторые диапазоны режимов работы, при которых может быть достигнуто контролируемое удаление материала, при том, что ухудшение качества отделки поверхности будет лишь самым умеренным, обычно с повышением шероховатости менее чем примерно на 50%. Фигуры 8A-8B, 9A-9B и 10A-10B иллюстрируют примерные режимы работы в этой категории.[0089] Some ranges of operating conditions have been identified in which controlled removal of material can be achieved, while the deterioration in surface finish is only the most moderate, usually with an increase in roughness of less than about 50%. Figures 8A-8B, 9A-9B, and 10A-10B illustrate exemplary modes of operation in this category.

[0090] Фигура 8A показывает, что при условиях высокой температуры (85°C) и низкой плотности тока (10,8 А/м2) может быть достигнута почти постоянная скорость удаления материала при всех концентрациях ГФА для концентраций лимонной кислоты в диапазоне от примерно 60 г/л до примерно 300 г/л, с бóльшими скоростями удаления материала, находящимися в прямой зависимости от концентрации ГФА. Фигура 8B показывает, что для этих диапазонов концентраций лимонной кислоты и ГФА ухудшение качества отделки поверхности является устойчиво самым умеренным, практически безотносительно конкретных концентраций лимонной кислоты и ГФА. Концентрации лимонной кислоты 600 г/л и выше сильно снижают или даже ликвидируют способность раствора электролита к удалению материала, а также, за исключением случая концентрации ГФА 60 г/л, умеренному ухудшению качества отделки поверхности, и даже могут проявлять тенденцию к небольшому повышению качества отделки поверхности. Фигуры 9A и 9B показывают очень похожие результаты при условиях высокой температуры (85°C) и высокой плотности тока (538 А/м2), а фигуры 10A и 10B показывают, что к подобным результатам можно приблизиться даже при несколько более низкой температуре 71°C и при самой умеренной плотности тока 215 А/м2.[0090] Figure 8A shows that under conditions of high temperature (85 ° C) and low current density (10.8 A / m 2 ), an almost constant rate of material removal can be achieved at all HFA concentrations for citric acid concentrations in the range of about 60 g / l to about 300 g / l, with higher material removal rates that are directly dependent on the concentration of HFA. Figure 8B shows that for these ranges of concentrations of citric acid and HFA, the deterioration in surface finish is consistently the most moderate, with little or no reference to specific concentrations of citric acid and HFA. Concentrations of citric acid of 600 g / l and higher greatly reduce or even eliminate the ability of the electrolyte solution to remove material, as well as, with the exception of the HFA concentration of 60 g / l, moderate deterioration in surface finish, and may even show a slight increase in finish quality surface. Figures 9A and 9B show very similar results under conditions of high temperature (85 ° C) and high current density (538 A / m 2 ), and figures 10A and 10B show that similar results can be approached even at a slightly lower temperature of 71 ° C and at the most moderate current density of 215 A / m 2 .

[0091] Исходя из раскрытых здесь результатов испытаний, становится ясно, что, регулируя температуру и плотность тока, одну и ту же ванну с водным раствором электролита можно использовать в многостадийном процессе, который включает сначала удаление самого умеренного и контролируемого количества материала при относительно низкой плотности тока, а затем восстановление поврежденной поверхности путем повышения плотности тока до высокого уровня при поддержании или небольшом снижении температуры. Например, используя раствор, содержащий 300 г/л лимонной кислоты и 120 г/л ГФА, можно получить самые умеренные скорости удаления материала при температуре 85°C и плотности тока 53,8 А/м2 (смотри фигуру 3D), при ухудшении качества отделки поверхности менее чем на 30%, а затем улучшение качества поверхности можно получить при той же температуре и плотности тока 1076 А/м2 (смотри фигуры 7A и 7B), при удалении меньшего количества материала.[0091] Based on the test results disclosed herein, it becomes clear that by controlling the temperature and current density, the same bath with an aqueous electrolyte solution can be used in a multi-stage process, which involves first removing the most moderate and controlled amount of material at a relatively low density current, and then repair the damaged surface by increasing the current density to a high level while maintaining or slightly lowering the temperature. For example, using a solution containing 300 g / l of citric acid and 120 g / l of HFA, you can get the most moderate rates of material removal at a temperature of 85 ° C and a current density of 53.8 A / m 2 (see figure 3D), with deterioration in quality surface finishes by less than 30%, and then improved surface quality can be obtained at the same temperature and current density of 1076 A / m 2 (see figures 7A and 7B), while removing less material.

[0092] Многочисленные различные сочетания условий многостадийной обработки можно подобрать путем варьирования концентрации лимонной кислоты в дополнение к температуре и плотности тока, из-за эффекта сильного смягчения удаления материала, который получается, когда концентрация лимонной кислоты возрастает до 600 г/л или выше. Например, из фигур 8A и 8B видно, что использованием раствора электролита со 120 г/л ГФА при температуре 85°C и плотности тока 10,8 А/м2 может быть достигнуто агрессивное удаление материала с самым умеренным ухудшением качества поверхности при концентрации лимонной кислоты 300 г/л на первом этапе обработки, а затем просто путем повышения концентрации лимонной кислоты до 780 г/л на втором этапе обработки удаление материала может быть фактически прекращено, тогда как качество отделки поверхности значительно улучшается. Подобные результаты могут быть получены с использованием условий высокой температуры, более высокой плотности тока по фигурам 9A и 9B, или условий умеренно высокой температуры, умеренной плотности тока по фигурам 10A и 10B.[0092] Numerous different combinations of multi-stage processing conditions can be selected by varying the concentration of citric acid in addition to temperature and current density, due to the effect of greatly softening the removal of material that results when the concentration of citric acid increases to 600 g / l or higher. For example, Figures 8A and 8B show that using an electrolyte solution with 120 g / l HFA at a temperature of 85 ° C and a current density of 10.8 A / m 2 , aggressive material removal can be achieved with the most moderate deterioration in surface quality at a concentration of citric acid 300 g / l in the first stage of processing, and then simply by increasing the concentration of citric acid to 780 g / l in the second stage of processing, the removal of material can actually be stopped, while the quality of surface finish is significantly improved. Similar results can be obtained using conditions of high temperature, higher current density according to figures 9A and 9B, or conditions of moderate high temperature, moderate current density according to figures 10A and 10B.

[0093] Было обнаружено, что очень низкие концентрации гидродифторида аммония являются эффективными как при удалении материала, так и при микрополировке. Как показано на фигуре 1A, скорости удаления материала являются наибольшими при повышенных температурах, поэтому ожидается, что более низкие концентрации гидродифторида аммония могут быть более эффективными при более высоких температурах, таких как 85°C или более. В одном примерном растворе электролита, имеющем концентрации как лимонной кислоты, так и гидродифторида аммония 2 г/л, наблюдали удаление материала и изменения качества отделки поверхности. При плотности тока 285 А/м2 были зарегистрированы скорости удаления материала 0,008 мм/ч с соответствующим изменением (ухудшением) качества отделки поверхности на -156%. При 0 А/м2 были зарегистрированы скорости удаления материала 0,0035 мм/ч с соответствующим изменением качества отделки поверхности на -187%.[0093] It has been found that very low concentrations of ammonium hydrodifluoride are effective both in material removal and in micropolishing. As shown in FIG. 1A, material removal rates are greatest at elevated temperatures, therefore, lower concentrations of ammonium hydrodifluoride are expected to be more effective at higher temperatures such as 85 ° C or more. In one exemplary electrolyte solution having both citric acid and ammonium hydrodifluoride concentrations of 2 g / L, material removal and surface finish quality changes were observed. At a current density of 285 A / m 2 , material removal rates of 0.008 mm / h were recorded with a corresponding change (deterioration) in surface finish by -156%. At 0 A / m 2 , material removal rates of 0.0035 mm / h were recorded with a corresponding change in surface finish quality of -187%.

[0094] Подобным образом при обработке в водном растворе 2 г/л ГФА и без лимонной кислоты с подаваемым током 271 А/м2 были зарегистрированы скорости удаления материала 0,004 мм/ч с соответствующим изменением (ухудшением) качества отделки поверхности на -162%. При 0 А/м2 были зарегистрированы скорости удаления материала 0,0028 мм/ч с соответствующим изменением качества отделки поверхности на -168%.[0094] Similarly, when 2 g / L HFA was treated in an aqueous solution and without citric acid with a supplied current of 271 A / m 2 , material removal rates of 0.004 mm / h were recorded with a corresponding change (deterioration) in surface finish by -162%. At 0 A / m 2 , material removal rates of 0.0028 mm / h were recorded with a corresponding change in surface finish quality of -168%.

[0095] Хотя было бы предпочтительным использовать как можно меньшее количество ГФА, необходимое для того, чтобы быть эффективным, можно использовать концентрации значительно выше 120 г/л, включая концентрации гидродифторида аммония на таких высоких уровнях, как от 240 г/л до 360 г/л, и даже концентрации, превышающие концентрацию насыщения в воде. Эффективность растворов электролитов при высоких концентрациях ГФА была испытана путем пошагового добавления ГФА к раствору 179,9 г/л лимонной кислоты с температурой, зафиксированной на 67°C, и плотностями тока в диапазоне от 10,8 А/м2 до 255000 А/м2. Поскольку этот раствор обладает относительно низким электрическим сопротивлением, ожидалось, что более высокие концентрации ГФА смогут обеспечить более высокую проводимость раствора, особенно при более высоких уровнях плотности тока. Температура также была повышена выше комнатной температуры для снижения сопротивления электролита. Образцы как титана ТЧ, так и сплава 718 на основе никеля подвергали воздействию электролита и по мере добавления ГФА продолжили удаление объемного материала и микрополировку. ГФА добавляли вплоть до его точки насыщения в электролите и за нее. Точка насыщения ГФА (которая меняется с температурой и давлением) при этих параметрах составляла между примерно 240 г/л и примерно 360 г/л. Данные, приведенные в таблице 5, указывают на то, что раствор электролита был эффективен как для удаления объемного металла, так и для микрополировки при концентрациях ГФА вплоть до концентраций насыщения в воде и превышающих их.[0095] Although it would be preferable to use the smallest amount of HFA necessary to be effective, concentrations well above 120 g / L can be used, including concentrations of ammonium hydrodifluoride at levels as high as 240 g / L to 360 g / l, and even concentrations exceeding the saturation concentration in water. The efficiency of electrolyte solutions at high concentrations of HFA was tested by adding HFA to a solution of 179.9 g / l citric acid with a temperature fixed at 67 ° C and current densities in the range from 10.8 A / m 2 to 255000 A / m 2 . Since this solution has a relatively low electrical resistance, it was expected that higher HFA concentrations could provide higher solution conductivity, especially at higher current density levels. The temperature was also raised above room temperature to reduce electrolyte resistance. Samples of both PM titanium and nickel-based alloy 718 were subjected to electrolyte and, as HFA was added, the bulk material was removed and micropolished. HFA was added up to its saturation point in and for the electrolyte. The HFA saturation point (which varies with temperature and pressure) at these parameters was between about 240 g / L and about 360 g / L. The data shown in table 5 indicate that the electrolyte solution was effective both for the removal of bulk metal and for micropolishing at HFA concentrations up to and above saturation concentrations in water.

[0096] Было проведено испытание для определения эффективности растворов электролитов для микрополировки и удаления объемного металла при относительно высокой плотности тока, включая приближающиеся к 255000 А/м2. Из литературы понятно, что электролиты с низкими значениями сопротивления могут выдерживать высокие плотности тока. Определенные сочетания концентрации лимонной кислоты и концентрации ГФА демонстрируют особенно низкое сопротивление. Например, раствор электролита, содержащий примерно 180 г/л лимонной кислоты, в температурном диапазоне примерно 71°C-85°C был исследован при высоких плотностях тока. Образцы технически чистого (ТЧ) титана и сплава 718 на основе никеля подвергали воздействию этого раствора электролита с постепенным повышением плотности тока в диапазоне от 10,8 А/м2 до 255000 А/м2. Данные, приведенные в таблице 5, указывают на то, что удаление объемного материала и микрополировка были достигнуты при всех исследованных плотностях тока в этом диапазоне, включая 255000 А/м2. По сравнению с обработкой титана и титановых сплавов для обработки сплавов на основе никеля могут быть применимы более высокие плотности тока, в частности, при примерно 5000 А/м2.[0096] A test was conducted to determine the effectiveness of electrolyte solutions for micropolishing and bulk metal removal at relatively high current densities, including those approaching 255,000 A / m 2 . From the literature it is clear that electrolytes with low resistance values can withstand high current densities. Certain combinations of citric acid concentration and HFA concentration show a particularly low resistance. For example, an electrolyte solution containing about 180 g / l citric acid in the temperature range of about 71 ° C-85 ° C was investigated at high current densities. Samples of technically pure (PM) titanium and nickel-based alloy 718 were exposed to this electrolyte solution with a gradual increase in current density in the range from 10.8 A / m 2 to 255000 A / m 2 . The data shown in table 5 indicate that the removal of bulk material and micropolishing were achieved at all investigated current densities in this range, including 255,000 A / m 2 . Compared to the treatment of titanium and titanium alloys, higher current densities, in particular at about 5000 A / m 2, can be applicable to nickel-based alloys.

[0097] В то время как титан ТЧ эффективно обрабатывают с использованием относительно низких напряжений, меньших или равных примерно 40 вольтам, также можно использовать и более высокие напряжения. В одном примерном испытании титан ТЧ обработали в ванне водного раствора электролита, содержащего примерно 180 г/л лимонной кислоты и примерно 120 г/л ГФА, при 85,6°C, прикладывая потенциал 64,7 VDC и плотность тока 53160 А/м2. В этих условиях была достигнута скорость удаления объемного металла 5 мм/ч наряду с 37,8%-ным улучшением шероховатости поверхности по данным профилометра, в результате чего поверхность получила однородный, визуально блестящий отражающий внешний вид. Электролит того же химического состава оставался эффективным на образцах титана ТЧ для удаления объемного металла после повышения напряжения до 150 VDC и понижения плотности тока до 5067 А/м2, но при этих условиях скорость удаления металла замедлялась до 0,3 мм/ч, и качество отделки поверхности слегка ухудшилось до образования матового внешнего вида.[0097] While titanium PM is efficiently processed using relatively low voltages less than or equal to about 40 volts, higher voltages can also be used. In one exemplary test, titanium PM was treated in a bath with an aqueous electrolyte solution containing about 180 g / L citric acid and about 120 g / L HFA at 85.6 ° C, applying a potential of 64.7 VDC and a current density of 53160 A / m 2 . Under these conditions, a volumetric metal removal rate of 5 mm / h was achieved, along with a 37.8% improvement in surface roughness according to the profilometer, resulting in a uniform, visually shiny reflective appearance. An electrolyte of the same chemical composition remained effective on PM titanium samples to remove bulk metal after increasing the voltage to 150 VDC and lowering the current density to 5067 A / m 2 , but under these conditions the metal removal rate slowed down to 0.3 mm / h, and the quality surface finishes slightly deteriorated to a matte appearance.

[0098] Для некоторых металлов и сплавов более высокие напряжения могут быть одинаково или даже более эффективными в достижении улучшения объемного удаления материала, качества отделки поверхности или того и другого. В частности, определенные металлы, включая, но не ограничиваясь таковыми, сплавы на основе никеля (такие как Waspaloy и никелевый сплав 718), золото 18 каратов, чистый хром и сплавы Nitinol, представляются выигрывающими от обработки при более высоком напряжении с точки зрения более быстрого удаления объемного металла и/или лучшего качества отделки поверхности. В одном примерном эксперименте при сравнительно высоком напряжении для никелевого сплава 718 образцы, обработанные в водном растворе электролита, содержащем примерно 180 г/л лимонной кислоты и примерно 120 г/л ГФА, при 86,7°C, с использованием потенциала 150 VDC и плотности тока 4934 А/м2, привели к скорости объемного удаления металла лишь 0,09 мм/час, но, исходя из измерений поверхности пофилометром, равномерному улучшению качества отделки поверхности на 33,8%.[0098] For some metals and alloys, higher stresses can be equally or even more effective in achieving improved bulk removal of the material, surface finish, or both. In particular, certain metals, including, but not limited to, nickel-based alloys (such as Waspaloy and 718 nickel alloys), 18 carat gold, pure chromium and Nitinol alloys seem to benefit from higher voltage processing in terms of faster removal of bulk metal and / or better surface finish. In one exemplary experiment at a relatively high voltage for nickel alloy 718, samples treated in an aqueous electrolyte solution containing about 180 g / L citric acid and about 120 g / L HFA, at 86.7 ° C, using a potential of 150 VDC and density current 4934 A / m 2 , led to a rate of volumetric metal removal of only 0.09 mm / h, but, based on surface measurements by filometer, a uniform improvement in surface finish by 33.8%.

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000001
Figure 00000002

[0099] Для оценки эффекта накопленного растворенного металла в растворе электролита партию прямоугольных прутков Ti-6Al-4V с размерами 6,6 см на 13,2 см на приблизительно 3,3 метра в количестве 21 штуки последовательно обработали в ванне объемом приблизительно 1135 литров. Обработка была предназначена продемонстрировать высококонтролируемое удаление металла на типичных видах проката. С 21 прямоугольного прутка материал удалили в общем количестве 70,9 кг и суспендировали в растворе электролита. Обработку первого прутка начинали при 0 г/л растворенного металла в растворе, а конечный пруток обрабатывали при содержании растворенного металла более 60 г/л. От начала до конца обработки не было обнаружено никаких вредных влияний на состояния поверхности металла или скорости удаления металла, и в результате повышения содержания растворенного металла в растворе электролита не потребовалось никаких значительных изменений каких-либо рабочих параметров. Это отличается от результатов кислотного травления титана в HF/HNO3, при котором раствор становится значительно менее эффективным даже при концентрациях титана в растворе 12 г/л. Аналогично электрохимической размерной обработке препятствуют высокие уровни растворенного металла в растворе электролита, поскольку частицы металла могут засорять зазор между катодом и анодной заготовкой и, если твердое вещество является электропроводным, могут даже вызвать короткое замыкание.[0099] To evaluate the effect of the accumulated dissolved metal in the electrolyte solution, a batch of rectangular bars Ti-6Al-4V with dimensions of 6.6 cm by 13.2 cm by approximately 3.3 meters in an amount of 21 pieces was sequentially processed in a bath of approximately 1135 liters. The treatment was intended to demonstrate highly controlled metal removal in typical types of rolled products. From a total of 21 rectangular bars, the material was removed in a total amount of 70.9 kg and suspended in an electrolyte solution. The treatment of the first bar was started at 0 g / L of dissolved metal in solution, and the final bar was processed at a dissolved metal content of more than 60 g / L. From the beginning to the end of the treatment, no harmful effects were found on the state of the metal surface or the rate of metal removal, and as a result of the increase in the dissolved metal content in the electrolyte solution, no significant changes in any operating parameters were required. This differs from the results of acid etching of titanium in HF / HNO 3 , in which the solution becomes significantly less effective even at titanium concentrations in the solution of 12 g / L. Similarly, electrochemical sizing is prevented by high levels of dissolved metal in the electrolyte solution, since metal particles can clog the gap between the cathode and the anode preform and, if the solid is electrically conductive, can even cause a short circuit.

[0100] Модуляция трещин и удаление оксидного слоя[0100] Modulation of cracks and removal of the oxide layer

[0101] Раскрытый здесь водный раствор электролита можно использовать для модуляции или скругления дна поверхностных трещин, тем самым устраняя остроконечные концы трещин, которые образуются на переменных глубинах по поверхности металлов и наиболее опасны в семействе реакционноспособных металлов, включая, но не ограничиваясь таковыми, титан и титановые сплавы, сплавы на основе никеля, цирконий и тому подобные, когда эти металлы охлаждают от повышенных температур в кислородсодержащей атмосфере. Например, такие поверхностные трещины могут возникать при охлаждении из процессов, включающих, но не ограничивающихся таковыми, горячую обработку (например, ковку, прокатку, сверхпластичное формование и тому подобные), сварку и термическую обработку. Более того, водный раствор электролита может модулировать эти трещины с относительно малыми потерями в выходе годных. Скругленный или модулированный конец трещины пригоден для последующей горячей обработки металла, поскольку такая трещина способна «залечиваться» при последующей горячей обработке, тогда как типичная трещина, возникшая при охлаждении металла, если ее полностью не удалить, «ползет», и металл разрушается или растрескивается при последующей обработке.[0101] The aqueous electrolyte solution disclosed herein can be used to modulate or round the bottom of surface cracks, thereby eliminating the pointed ends of cracks that form at varying depths on the surface of the metals and are most dangerous in the family of reactive metals, including, but not limited to, titanium and titanium alloys, nickel-based alloys, zirconium and the like, when these metals are cooled from elevated temperatures in an oxygen-containing atmosphere. For example, such surface cracks can occur during cooling from processes including, but not limited to, hot working (for example, forging, rolling, superplastic molding, and the like), welding, and heat treatment. Moreover, an aqueous electrolyte solution can modulate these cracks with relatively small loss in yield. The rounded or modulated end of the crack is suitable for subsequent hot processing of metal, since such a crack is able to “heal” during subsequent hot processing, whereas a typical crack that occurs when the metal is cooled, if it is not completely removed, “creeps” and the metal breaks or crack when post-processing.

[0102] Фигура 11 иллюстрирует традиционный процесс удаления трещин, который включает механическое удаление, обычно сошлифовыванием или стачиванием на станке полностью равномерного слоя материала, чтобы обнажить дно самой глубокой поверхностной трещины. Как схематически показано, это приводит к значительной потере материала. Напротив, фигура 12 иллюстрирует процесс модуляции трещины с использованием раствора электролита в сочетании с подачей электрического тока, чтобы расширить трещину и скруглить конец трещины на ее дне таким образом, что трещина не будет распространяться, когда заготовку подвергают дальнейшим операциям горячей обработки или пускают в эксплуатацию.[0102] Figure 11 illustrates a conventional crack removal process that involves mechanical removal, usually grinding or grinding a completely uniform layer of material on a machine to expose the bottom of the deepest surface crack. As schematically shown, this leads to a significant loss of material. In contrast, Figure 12 illustrates a crack modulation process using an electrolyte solution in combination with an electric current supply to expand the crack and round the end of the crack at its bottom so that the crack will not propagate when the workpiece is subjected to further hot working operations or put into operation.

[0103] Соответственно, предпочтительные условия процесса модуляции конца трещины или удаления являются такими, которые дают очень высокие скорости удаления, в то же время сводя к минимуму или исключая наводороживание. Как обсуждается далее ниже, эти условия в основном получаются, когда концентрация карбоновой кислоты (например, лимонной кислоты) низка, концентрация фторид-ионов (например, в форме гидродифторида аммония) высока и температура высока. Хотя эффективное крупномасштабное удаление может быть проведено при всех плотностях мощности, хорошие результаты были достигнуты, когда плотность мощности низка, и мощность циклически изменяют, чтобы иметь как можно больший период «ОТКЛЮЧЕНО», насколько допускает процесс, чтобы свести к минимуму содержание водорода, внедряющегося в материал.[0103] Accordingly, the preferred conditions of the modulation process of the end of the crack or removal are those that give very high removal rates, while minimizing or eliminating hydrogenation. As discussed below, these conditions are generally obtained when the concentration of carboxylic acid (e.g., citric acid) is low, the concentration of fluoride ions (e.g., in the form of ammonium hydrodifluoride) is high and the temperature is high. Although effective large-scale removal can be carried out at all power densities, good results were achieved when the power density is low and the power is cyclically changed to have the “DISABLED” period as long as possible to minimize the amount of hydrogen introduced into material.

[0104] При проведении обработки в пределах этих технологических параметров способности водного раствора электролита к модуляции трещины обеспечивают значительное общее улучшение выхода металла сравнительно с современными методами обработки, в которых поверхность металла равномерно или локально удаляют механически (сошлифовыванием или стачиванием), пока дно самой глубокой трещины не будет сошлифовано заподлицо с окружающим металлом. В дополнение затраты на обработку и расходные материалы являются значительно более низкими при использовании раствора электролита и раскрытого здесь способа по сравнению с современными методами механического удаления.[0104] When processing within these process parameters, the ability of an aqueous electrolyte solution to modulate cracks provides a significant overall improvement in metal yield compared to modern processing methods in which the metal surface is uniformly or locally removed mechanically (by grinding or grinding) until the bottom of the deepest crack will not be sanded flush with the surrounding metal. In addition, the processing costs and consumables are significantly lower when using the electrolyte solution and the method disclosed herein compared to modern mechanical removal methods.

[0105] Еще одним значительным преимуществом способа, достижимым с помощью водного раствора электролита, является удаление слоя оксида реакционноспособного металла или, в случае титана и титановых сплавов, альфа-оболочки. Подобно оксидным слоям других реакционноспособных металлов альфа-оболочка представляет собой обогащенную кислородом фазу, которая возникает, когда титан и его сплавы подвергаются воздействию нагретого воздуха или кислорода. Альфа-оболочка является хрупкой и склонна создавать серию поверхностных микротрещин, которые будут ухудшать рабочие характеристики, включая прочность, усталостные свойства и коррозионную стойкость металлической детали. Титан и титановые сплавы входят в число реакционноспособных металлов, что означает, что они реагируют с кислородом и образуют хрупкий связный оксидный слой (TiO2 для Ti, ZrO2 для Zr и т.д.) всякий раз, когда их нагревают на воздухе или в окислительной атмосфере при той или более высокой температуре, при которой образуется естественный оксидный слой, которая зависит от конкретных сплава и окислительной атмосферы. Как отмечено выше, оксидный слой или оксидный слой альфа-оболочки может быть создан при любом нагревании металла до температур, необходимых для ковки в вальцах или прокатки в прокатном стане, в результате сварки или при нагревании для проковки готовой детали или горячего формования детали. Альфа-оболочка является хрупкой и полна микротрещин, которые проникают в объем металла, потенциально вызывая преждевременные разрушения при растяжении или из-за усталости и делая поверхность более восприимчивой к химическому воздействию.[0105] Another significant advantage of the method achievable with an aqueous electrolyte solution is the removal of a layer of reactive metal oxide or, in the case of titanium and titanium alloys, an alpha shell. Like the oxide layers of other reactive metals, the alpha shell is an oxygen-enriched phase that occurs when titanium and its alloys are exposed to heated air or oxygen. The alpha shell is fragile and tends to create a series of surface microcracks that will degrade performance, including strength, fatigue properties and corrosion resistance of the metal part. Titanium and titanium alloys are among the reactive metals, which means that they react with oxygen and form a brittle bonded oxide layer (TiO 2 for Ti, ZrO 2 for Zr, etc.) whenever they are heated in air or in oxidizing atmosphere at one or more high temperatures at which a natural oxide layer forms, which depends on the particular alloy and oxidizing atmosphere. As noted above, the oxide layer or the oxide layer of the alpha shell can be created by any heating of the metal to temperatures necessary for forging in rollers or rolling in a rolling mill, as a result of welding or by heating to forge a finished part or hot forming a part. The alpha shell is fragile and full of microcracks that penetrate the metal volume, potentially causing premature failure upon stretching or fatigue and making the surface more susceptible to chemical attack.

[0106] Поэтому слой альфа-оболочки должен быть удален перед любой последующей горячей или холодной обработкой давлением или эксплуатацией готового изделия. Описанные здесь водные растворы электролитов и способы с использованием этих растворов могут удалять альфа-оболочку до появления незатронутого основного металла. Удаление альфа-оболочки составляет сложную проблему при обработке титана и титановых сплавов, поскольку альфа-оболочка исключительно устойчива к воздействию, и традиционный здравый смысл подсказывает, что перед электрохимической обработкой требуется некоторое механическое вмешательство.[0106] Therefore, the alpha-shell layer must be removed before any subsequent hot or cold pressure treatment or operation of the finished product. The aqueous electrolyte solutions described herein and methods using these solutions can remove the alpha shell until an unaffected base metal appears. Removing the alpha shell is a difficult problem when machining titanium and titanium alloys, since the alpha shell is exceptionally resistant to impact, and conventional wisdom suggests that some mechanical intervention is required before electrochemical treatment.

[0107] Это затруднение ярко проявилось в раннем испытании, в котором титановую альфа-оболочку сначала обдували дробью и/или слегка шлифовали в качестве предварительной обработки перед электрохимической обработкой. Будучи подвергнутым такой абразивной обработке, остальной оксидный слой наиболее легко удаляется при цикле питания постоянного тока «ВКЛЮЧЕНО», с последующей простой обдиркой жесткой щеткой, с последующим циклом «ОТКЛЮЧЕНО» источника питания постоянного тока, в циклическом процессе, который затем повторяют несколько раз. Следует отметить, что альтернативой обдирке жесткой щеткой была бы система нагнетания большого объема высокого давления. Как только слой альфа-оболочки удален, скорости удаления материала при электрохимическом травлении повышаются. Однако реализация такого многостадийного технологического цикла является очень дорогостоящей и дает низкий доход.[0107] This difficulty was clearly manifested in an early test in which the titanium alpha shell was first blown with a shot and / or lightly ground as a pretreatment before electrochemical treatment. Having been subjected to such abrasive treatment, the rest of the oxide layer is most easily removed during the “ON” DC power cycle, followed by a simple brushing off with a hard brush, followed by the “OFF” DC power source cycle, in a cyclic process, which is then repeated several times. It should be noted that an alternative to brushing with a stiff brush would be a high-pressure injection system. As soon as the alpha-shell layer is removed, the rates of material removal during electrochemical etching increase. However, the implementation of such a multi-stage technological cycle is very expensive and gives a low income.

[0108] Для преодоления этих затруднений заготовку со слоем оксида или альфа-оболочки обрабатывают в ванне с водным раствором электролита, обладающим низкими концентрациями карбоновой кислоты (например, лимонной кислоты), высокими концентрациями фторид-ионов (например, гидродифторида аммония), высокими температурами и предпочтительно при низких плотностях мощности. Низкие концентрации лимонной кислоты, высокие концентрации гидродифторида аммония и высокие температуры максимизируют скорости удаления материала, а поскольку скорости удаления относительно нечувствительны к плотности тока, когда мощность подводится циклически, более низкую плотность мощности используют, чтобы обеспечить меньшее проникновение водорода в поверхность материала.[0108] To overcome these difficulties, a preform with a layer of oxide or alpha shell is treated in a bath with an aqueous electrolyte solution having low concentrations of carboxylic acid (eg, citric acid), high concentrations of fluoride ions (eg, ammonium hydrodifluoride), high temperatures and preferably at low power densities. Low concentrations of citric acid, high concentrations of ammonium hydrodifluoride and high temperatures maximize material removal rates, and since removal rates are relatively insensitive to current density when power is applied cyclically, a lower power density is used to provide less hydrogen penetration into the material surface.

[0109] В целом же раскрытые здесь водный раствор электролита и способ с использованием такого раствора позволяют удалять оксидные слои и титановую альфа-оболочку с поверхности реакционноспособного металла в контролируемом воспроизводимом режиме. Этим они отличаются от современного кислотного травления HF-HNO3, при котором происходит сильно экзотермическая реакция, которая в случае титана использует выделяющийся титан в качестве катализатора в реакции, тем самым обусловливая непрерывные изменения концентрации кислоты и скоростей реакции, затрудняя воспроизводимость и делая почти невозможным точное удаление поверхностного металла. Более того, раскрытые водный раствор электролита и способ не привносят вредный водород в объем металла. Действительно, раскрытый способ может быть осуществлен таким образом, чтобы удалять водород из объема металла. Напротив, современный способ, по самой своей природе, вводит вредный водород в объем металла, делая необходимыми дополнительные дорогостоящие стадии дегазации для удаления водорода.[0109] In general, the aqueous electrolyte solution disclosed herein and the method using such a solution make it possible to remove oxide layers and a titanium alpha shell from the surface of the reactive metal in a controlled reproducible manner. In this way, they differ from modern acid etching of HF-HNO 3 , in which a strongly exothermic reaction takes place, which in the case of titanium uses the liberated titanium as a catalyst in the reaction, thereby causing continuous changes in acid concentration and reaction rates, making reproducibility difficult and making it almost impossible to accurately surface metal removal. Moreover, the disclosed aqueous electrolyte solution and method do not introduce harmful hydrogen into the metal volume. Indeed, the disclosed method can be implemented in such a way as to remove hydrogen from the bulk of the metal. On the contrary, the modern method, by its very nature, introduces harmful hydrogen into the bulk of the metal, making it necessary for additional expensive degassing stages to remove hydrogen.

[0110] Водный раствор электролита является экологически безопасным и не создает опасных отходов, тогда как в современном способе используются угрожающие окружающей среде и опасные фтористоводородная кислота (HF) и азотная кислота (HNO3), которые исключительно трудны в обращении и которые могут быть применены только в строго регламентированных программах. В результате этого процессы с использованием такого водного раствора электролита могут осуществляться без привлечения значительного оборудования обработки воздуха и не требуют ношения оператором спецодежды для защиты от опасных химикатов, как это необходимо при использовании современного процесса на основе HF-HNO3.[0110] The aqueous electrolyte solution is environmentally friendly and does not create hazardous waste, while the modern method uses environmentally hazardous and dangerous hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO 3 ), which are extremely difficult to handle and which can only be used in strictly regulated programs. As a result of this, processes using such an aqueous electrolyte solution can be carried out without involving significant air-handling equipment and do not require the operator to wear protective clothing against hazardous chemicals, as is necessary when using a modern process based on HF-HNO 3 .

[0111] Хотя для модуляции трещин и удаления альфа-оболочки поверхностная отделка не особенно важна и улучшение поверхностной отделки не составляет необходимости ввиду дальнейших стадий обработки, которые будут проведены впоследствии, все же желательно не наносить серьезных повреждений поверхности материала или не вызывать точечную коррозию или прочие глубокие дефекты в материале.[0111] Although the surface finish is not particularly important for modulating cracks and removing the alpha shell, and improving the surface finish is not necessary due to the further processing steps that will be carried out subsequently, it is still advisable not to cause serious damage to the surface of the material or cause pitting or other deep defects in the material.

[0112] На фигурах 3D, 4E-4J, 7A, 8A, 9А и 10А можно видеть, что наибольшие скорости удаления материала получены максимизацией концентрации ГФА и температуры (т.е. при концентрации ГФА 120 г/л и температуре 85°C, как показано на графиках), в то же время с поддерживанием концентрации лимонной кислоты на уровне или ниже 300 г/л. Кроме того, как подчеркивается на некоторых из фигур, в том числе на фигурах 4E-4G, поскольку лимонная кислота склонна смягчать воздействие фторид-ионов на поверхность материала, можно видеть, что скорость удаления материала проявляет тенденцию к резкому повышению по мере приближения концентрации лимонной кислоты к 0 г/л. Однако в условиях почти нулевой концентрации лимонной кислоты фигуры 4Н, 7В, 8В, 9В и 10В показывают, что может происходить точечная коррозия поверхности и серьезное ухудшение отделки поверхности.[0112] In figures 3D, 4E-4J, 7A, 8A, 9A and 10A, it can be seen that the highest rates of material removal were obtained by maximizing the concentration of HFA and temperature (ie, at a HFA concentration of 120 g / l and a temperature of 85 ° C, as shown in the graphs), while maintaining the concentration of citric acid at or below 300 g / l. In addition, as emphasized in some of the figures, including in figures 4E-4G, since citric acid tends to mitigate the effect of fluoride ions on the surface of the material, it can be seen that the removal rate of the material tends to increase sharply as the concentration of citric acid approaches to 0 g / l. However, under conditions of an almost zero concentration of citric acid, figures 4H, 7B, 8B, 9B, and 10B show that surface pitting and serious deterioration of surface finish can occur.

[0113] Поэтому при применении водного раствора электролита для модуляции трещин, где предпочтительно избегать серьезного повреждения поверхности, следует использовать по меньшей мере небольшое количество лимонной кислоты, например, 1 г/л или 10 г/л, для смягчения наиболее серьезных эффектов воздействия фторид-ионов. Однако при применении водного раствора электролита для удаления альфа-оболочки, где серьезное повреждение поверхности было бы не особенно вредным, может быть допустимо как можно более агрессивное воздействие фторид-ионов без проявления серьезной точечной коррозии, и поэтому концентрация лимонной кислоты может быть снижена почти до нулевой.[0113] Therefore, when using an aqueous electrolyte solution to modulate cracks, where it is preferable to avoid severe surface damage, at least a small amount of citric acid, for example, 1 g / l or 10 g / l, should be used to mitigate the most serious effects of fluoride- ions. However, when using an aqueous electrolyte solution to remove the alpha shell, where severe surface damage would not be particularly harmful, the most aggressive exposure to fluoride ions may be acceptable without severe pitting, and therefore, the concentration of citric acid can be reduced to almost zero .

[0114] Как в ситуации с модуляцией трещин, так и в ситуации с удалением альфа-оболочки, желательно избегать введения водорода в материал с тем, чтобы предотвратить охрупчивание. Поскольку, как видно, в частности, на фигурах 1А-1С, 2А-2В и 4E-4G, скорости удаления материала относительно нечувствительны к плотности тока, и поскольку более высокие плотности тока склонны вызывать внедрение водорода в материал, предпочтительно работать при самых низких эффективных плотностях тока.[0114] In both a crack modulation situation and an alpha shell removal situation, it is desirable to avoid introducing hydrogen into the material so as to prevent embrittlement. Since, in particular, in Figures 1A-1C, 2A-2B and 4E-4G, the material removal rates are relatively insensitive to current density, and since higher current densities tend to cause hydrogen to enter the material, it is preferable to operate at the lowest effective current densities.

[0115] Хотя описание приведено в связи с примерными вариантами воплощения, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть проделаны конкретно не описанные дополнения, удаления, модификации и замещения без отступления от сути и объема изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения, и что изобретение не ограничено раскрытыми конкретными вариантами воплощения.[0115] Although the description is given in connection with exemplary embodiments, those skilled in the art will understand that specific, undescribed additions, deletions, modifications, and substitutions can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims, and that the invention is not limited to the disclosed specific embodiments.

Claims (29)

1. Применение водного раствора электролита для электрохимической обработки поверхности металлической заготовки, являющейся анодом, содержащего:
от 0,1% по массе до 59% по массе карбоновой кислоты; и
от 0,1% по массе до 25% по массе фторидной соли; и
содержащего не более 3,35 г/л сильной кислоты.
1. The use of an aqueous electrolyte solution for electrochemical surface treatment of a metal billet, which is the anode, containing:
from 0.1% by weight to 59% by weight of carboxylic acid; and
from 0.1% by weight to 25% by weight of fluoride salt; and
containing not more than 3.35 g / l strong acid.
2. Применение по п.1, причем фторидная соль выбрана из группы, состоящей из фторидов щелочных металлов, фторидов щелочноземельных металлов, травящих силикаты соединений и их сочетаний.2. The use according to claim 1, wherein the fluoride salt is selected from the group consisting of alkali metal fluorides, alkaline earth metal fluorides, etching silicates of compounds and their combinations. 3. Применение по п.2, причем фторидная соль представляет собой гидродифторид аммония.3. The use according to claim 2, wherein the fluoride salt is ammonium hydrodifluoride. 4. Применение по любому из пп. 1-3, причем карбоновая кислота выбрана из группы, состоящей из муравьиной кислоты, уксусной кислоты, пропионовой кислоты, масляной кислоты, валериановой кислоты, капроновой кислоты, энантовой кислоты, каприловой кислоты, пеларгоновой кислоты, каприновой кислоты, лауриновой кислоты, пальмитиновой кислоты, стеариновой кислоты и лимонной кислоты.4. The use according to any one of paragraphs. 1-3, wherein the carboxylic acid is selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valerianic acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid, palmitic acid, stearic acid acid and citric acid. 5. Применение по п.4, причем карбоновая кислота представляет собой лимонную кислоту.5. The use according to claim 4, wherein the carboxylic acid is citric acid. 6. Применение водного раствора электролита для электрохимической обработки поверхности металлической заготовки, являющейся анодом, содержащего:
от 1,665 г/л до 982 г/л лимонной кислоты; и
от 2 г/л до 360 г/л гидродифторида аммония; и
содержащего не более 3,35 г/л сильной кислоты.
6. The use of an aqueous electrolyte solution for electrochemical surface treatment of a metal billet, which is the anode, containing:
from 1.665 g / l to 982 g / l of citric acid; and
from 2 g / l to 360 g / l ammonium hydrodifluoride; and
containing not more than 3.35 g / l strong acid.
7. Способ электрохимической обработки поверхности заготовки из цветного металла, включающий стадии, на которых:
подвергают поверхность заготовки воздействию водного раствора электролита в ванне, включающего лимонную кислоту с концентрацией от 1 г/л до 982 г/л и гидродифторид аммония с концентрацией, большей или равной 2 г/л, и имеющего не более чем 3,35 г/л сильной кислоты;
подключают заготовку к аноду источника питания постоянного тока и погружают катод источника питания постоянного тока в ванну с упомянутым раствором электролита; и
пропускают ток через ванну.
7. A method for electrochemical surface treatment of a non-ferrous metal billet, comprising the steps of:
subjecting the surface of the workpiece to an aqueous electrolyte solution in a bath, including citric acid with a concentration of 1 g / l to 982 g / l and ammonium hydrodifluoride with a concentration greater than or equal to 2 g / l, and having no more than 3.35 g / l strong acid;
connect the workpiece to the anode of the DC power source and immerse the cathode of the DC power source in the bath with said electrolyte solution; and
pass current through the bath.
8. Способ по п.7, в котором температуру ванны регулируют большей или равной 71°C.8. The method according to claim 7, in which the temperature of the bath is regulated greater than or equal to 71 ° C. 9. Способ по п.7, в котором пропускаемый через ванну ток меньше или равен 255000 ампер на квадратный метр.9. The method according to claim 7, in which the current passed through the bath is less than or equal to 255000 amperes per square meter. 10. Способ по п.9, в котором пропускаемый через ванну ток меньше или равен 538 ампер на квадратный метр.10. The method according to claim 9, in which the current passed through the bath is less than or equal to 538 amperes per square meter. 11. Способ по п.10, в котором пропускаемый через ванну ток меньше или равен 53,8 ампер на квадратный метр.11. The method according to claim 10, in which the current passed through the bath is less than or equal to 53.8 amperes per square meter. 12. Способ по любому из пп. 7-11, в котором концентрация лимонной кислоты составляет менее чем 60 г/л.12. The method according to any one of paragraphs. 7-11, in which the concentration of citric acid is less than 60 g / l. 13. Способ по любому из пп. 7-11, в котором концентрация гидродифторида аммония является большей или равной 60 г/л.13. The method according to any one of paragraphs. 7-11, in which the concentration of ammonium hydrodifluoride is greater than or equal to 60 g / l. 14. Способ модуляции трещин в поверхности заготовки из цветного металла, включающий стадии, на которых:
подвергают поверхность заготовки воздействию водного раствора электролита в ванне, включающего карбоновую кислоту с концентрацией от 1 г/л до 982 г/л и фторидную соль с концентрацией от 1 г/л до 360 г/л и имеющего не более чем 3,35 г/л сильной кислоты;
подключают заготовку к аноду источника питания постоянного тока и погружают катод источника питания постоянного тока в ванну с упомянутым раствором электролита; и
пропускают через ванну ток менее чем 255000 ампер на квадратный метр.
14. A method for modulating cracks in the surface of a non-ferrous metal billet, comprising the steps of:
subjecting the surface of the workpiece to an aqueous electrolyte solution in a bath, including carboxylic acid with a concentration of from 1 g / l to 982 g / l and a fluoride salt with a concentration of from 1 g / l to 360 g / l and having no more than 3.35 g / l strong acid;
connect the workpiece to the anode of the DC power source and immerse the cathode of the DC power source in the bath with said electrolyte solution; and
less than 255,000 amperes per square meter are passed through the bath.
15. Способ по п.14, дополнительно включающий стадии, на которых:
поддерживают ток в течение времени, достаточного для скругления дна трещин; и
прерывают ток и вынимают заготовку из ванны до того, как поверхность заготовки удалится до уровня дна трещин.
15. The method according to 14, further comprising stages, in which:
maintain current for a time sufficient to round the bottom of the cracks; and
interrupt the current and remove the workpiece from the bath before the workpiece surface is removed to the level of the bottom of the cracks.
16. Способ по п.14, в котором карбоновая кислота выбрана из группы, состоящей из муравьиной кислоты, уксусной кислоты, пропионовой кислоты, масляной кислоты, валериановой кислоты, капроновой кислоты, энантовой кислоты, каприловой кислоты, пеларгоновой кислоты, каприновой кислоты, лауриновой кислоты, пальмитиновой кислоты, стеариновой кислоты и лимонной кислоты.16. The method according to 14, in which the carboxylic acid is selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valerianic acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid , palmitic acid, stearic acid and citric acid. 17. Способ по п.16, в котором карбоновая кислота представляет собой лимонную кислоту.17. The method according to clause 16, in which the carboxylic acid is citric acid. 18. Способ по любому из пп. 14-17, в котором фторидная соль выбрана из группы, состоящей из фторидов щелочных металлов, фторидов щелочноземельных металлов, фторидов аммония, травящих силикаты соединений и их сочетаний.18. The method according to any one of paragraphs. 14-17, in which the fluoride salt is selected from the group consisting of alkali metal fluorides, alkaline earth metal fluorides, ammonium fluorides, etching silicates of compounds and their combinations. 19. Способ по п.18, в котором фторидная соль представляет собой гидродифторид аммония.19. The method of claim 18, wherein the fluoride salt is ammonium hydrodifluoride. 20. Способ удаления оксида металла с поверхности подложки заготовки из цветного металла, включающий стадии, на которых:
подвергают поверхность заготовки воздействию водного раствора электролита в ванне, включающего карбоновую кислоту с концентрацией от 1 г/л до 180 г/л и фторидную соль с концентрацией от 1 г/л до 120 г/л и имеющего не более чем 3,35 г/л сильной кислоты;
регулируют температуру ванны с упомянутым раствором электролита меньшей или равной 85°C;
подключают заготовку к аноду источника питания постоянного тока и погружают катод источника питания постоянного тока в ванну; и
пропускают через ванну ток менее чем 255000 ампер на квадратный метр.
20. A method of removing metal oxide from the surface of a substrate of a non-ferrous metal workpiece, comprising the steps of:
expose the surface of the workpiece to an aqueous solution of an electrolyte in a bath, including carboxylic acid with a concentration of from 1 g / l to 180 g / l and a fluoride salt with a concentration of from 1 g / l to 120 g / l and having no more than 3.35 g / l strong acid;
regulate the temperature of the bath with said electrolyte solution less than or equal to 85 ° C;
connect the workpiece to the anode of the DC power source and immerse the cathode of the DC power source in the bath; and
less than 255,000 amperes per square meter are passed through the bath.
21. Способ по п.20, в котором карбоновая кислота выбрана из группы, состоящей из муравьиной кислоты, уксусной кислоты, пропионовой кислоты, масляной кислоты, валериановой кислоты, капроновой кислоты, энантовой кислоты, каприловой кислоты, пеларгоновой кислоты, каприновой кислоты, лауриновой кислоты, пальмитиновой кислоты, стеариновой кислоты и лимонной кислоты.21. The method according to claim 20, in which the carboxylic acid is selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valerianic acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid , palmitic acid, stearic acid and citric acid. 22. Способ по п.21, в котором карбоновая кислота представляет собой лимонную кислоту.22. The method according to item 21, in which the carboxylic acid is citric acid. 23. Способ по любому из пп. 20-22, в котором фторидная соль выбрана из группы, состоящей из фторидов щелочных металлов, фторидов щелочноземельных металлов, фторидов аммония, травящих силикаты соединений и их сочетаний.23. The method according to any one of paragraphs. 20-22, in which the fluoride salt is selected from the group consisting of alkali metal fluorides, alkaline earth metal fluorides, ammonium fluorides, etching silicates of compounds and their combinations. 24. Способ по п.23, в котором фторидная соль представляет собой гидродифторид аммония.24. The method according to item 23, in which the fluoride salt is an ammonium hydrodifluoride. 25. Способ удаления альфа-оболочки с поверхности подложки заготовки из титана или титанового сплава, включающий стадии, на которых:
подвергают поверхность заготовки воздействию водного раствора электролита в ванне, включающего карбоновую кислоту с концентрацией от 1 г/л до 180 г/л и фторидную соль с концентрацией от 1 г/л до 120 г/л и имеющего не более чем 3,35 г/л сильной кислоты;
регулируют температуру ванны с упомянутым раствором электролита меньшей или равной 85°C;
подключают заготовку к аноду источника питания постоянного тока и погружают катод источника питания постоянного тока в ванну; и
пропускают через ванну ток менее чем 5000 ампер на квадратный метр.
25. A method of removing an alpha shell from a surface of a substrate of a preform of titanium or a titanium alloy, comprising the steps of:
expose the surface of the workpiece to an aqueous solution of an electrolyte in a bath, including carboxylic acid with a concentration of from 1 g / l to 180 g / l and a fluoride salt with a concentration of from 1 g / l to 120 g / l and having no more than 3.35 g / l strong acid;
regulate the temperature of the bath with said electrolyte solution less than or equal to 85 ° C;
connect the workpiece to the anode of the DC power source and immerse the cathode of the DC power source in the bath; and
less than 5000 amperes per square meter is passed through the bath.
26. Способ по п.25, в котором карбоновая кислота выбрана из группы, состоящей из муравьиной кислоты, уксусной кислоты, пропионовой кислоты, масляной кислоты, валериановой кислоты, капроновой кислоты, энантовой кислоты, каприловой кислоты, пеларгоновой кислоты, каприновой кислоты, лауриновой кислоты, пальмитиновой кислоты, стеариновой кислоты и лимонной кислоты.26. The method according A.25, in which the carboxylic acid is selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valerianic acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid , palmitic acid, stearic acid and citric acid. 27. Способ по п.26, в котором карбоновая кислота представляет собой лимонную кислоту.27. The method according to p, in which the carboxylic acid is citric acid. 28. Способ по любому из пп. 25-27, в котором фторидная соль выбрана из группы, состоящей из фторидов щелочных металлов, фторидов щелочноземельных металлов, фторидов аммония, травящих силикаты соединений и их сочетаний.28. The method according to any one of paragraphs. 25-27, in which the fluoride salt is selected from the group consisting of alkali metal fluorides, alkaline earth metal fluorides, ammonium fluorides, etching silicates of compounds and their combinations. 29. Способ по п.28, в котором фторидная соль представляет собой гидродифторид аммония. 29. The method of claim 28, wherein the fluoride salt is ammonium hydrodifluoride.
RU2013128610/02A 2010-11-22 2010-11-22 Electrolyte solution and electrochemical methods of surface modification RU2561549C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2010/057687 WO2012071030A1 (en) 2010-11-22 2010-11-22 Electrolyte solution and electrochemical surface modification methods

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015126375A Division RU2631575C2 (en) 2010-11-22 2015-07-01 Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013128610A RU2013128610A (en) 2014-12-27
RU2561549C2 true RU2561549C2 (en) 2015-08-27

Family

ID=46063307

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013128610/02A RU2561549C2 (en) 2010-11-22 2010-11-22 Electrolyte solution and electrochemical methods of surface modification
RU2015126375A RU2631575C2 (en) 2010-11-22 2015-07-01 Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015126375A RU2631575C2 (en) 2010-11-22 2015-07-01 Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20120125787A1 (en)
JP (1) JP5913349B2 (en)
KR (3) KR20170138575A (en)
EA (2) EA036890B1 (en)
RU (2) RU2561549C2 (en)
UA (1) UA108138C2 (en)
WO (1) WO2012071030A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3269848B1 (en) 2016-07-13 2019-09-11 Airbus Defence and Space GmbH A method for the surface finishing of metals and alloys
KR102410936B1 (en) 2017-04-04 2022-06-20 현대자동차주식회사 Apparatus and mathod for controlling motor of a vehicle
EP3640372A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-22 Hirtenberger Engineered Surfaces GmbH Method for removing metallic support structures on a metal component manufactured using an additive process
IT202100025232A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-01 T A G Srl METHOD OF REMOVING A CERAMIC THERMAL BARRIER COATING

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU876808A1 (en) * 1979-11-29 1981-10-30 Харьковский Государственный Педагогический Институт Им.Г.С.Сковороды Solution for electrochemical polishing of niobium articles
SU1236081A1 (en) * 1984-12-17 1986-06-07 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им.В.В.Куйбышева Method of producing the heating board of forms
RU1225282C (en) * 1983-11-21 1995-10-20 Московский электроламповый завод Solution for electrochemical etching of molybdenum and its alloys
WO2006039983A1 (en) * 2004-09-25 2006-04-20 Chemetall Gmbh Method for removing laser scales

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4220509A (en) * 1979-07-30 1980-09-02 Karyazin Pavel P Electrolyte for electrochemical polishing of articles made of titanium and titanium alloys
SU1059937A1 (en) * 1982-05-11 1986-02-07 Организация П/Я В-2108 Method of processing molybdenum surface
SU1236018A1 (en) * 1984-08-09 1986-06-07 Харьковский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.В.И.Ленина Solution for electrochemical treatment of titanium and its alloys
JPS63195300A (en) * 1987-02-09 1988-08-12 Mitsubishi Metal Corp Electrolytic solution for electropolishing zirconium and zirconium alloy
WO1990000476A1 (en) * 1988-07-12 1990-01-25 The Regents Of The University Of California Planarized interconnect etchback
RU2046158C1 (en) * 1990-08-17 1995-10-20 Акимов Евгений Николаевич Method for anodic treatment of billets made from alloy and high-alloy steel
US5417819A (en) * 1994-01-21 1995-05-23 Aluminum Company Of America Method for desmutting aluminum alloys having a highly reflective surface
US5567300A (en) * 1994-09-02 1996-10-22 Ibm Corporation Electrochemical metal removal technique for planarization of surfaces
FR2795433B1 (en) * 1999-06-25 2001-08-31 Org Europeene De Rech BATH COMPOSITION FOR ELECTROLYTIC POLISHING OF TITANIUM, AND METHOD OF USING SAME
JP3484525B2 (en) * 2001-07-06 2004-01-06 株式会社ケミカル山本 Stainless steel surface cleaning and passivation treatment method
RU2227818C1 (en) * 2002-11-28 2004-04-27 Костромской государственный технологический университет Method of electrochemical polishing of silver and silver alloys by pulse current
DE10259934B3 (en) * 2002-12-20 2004-10-14 H.C. Starck Gmbh Process for the production of molded parts from niobium or tantalum by electrochemical etching and molded parts obtainable in this way
KR20040059132A (en) * 2002-12-28 2004-07-05 주식회사 포스코 Electroplating Steel Sheet Having Superior Corrosion Resistance And Weldability And Plating Solution Thereof
KR100680255B1 (en) * 2003-11-24 2007-02-09 신홍섭 The coating method of magnesium-alloy for the protection of environment
KR20070006061A (en) * 2005-07-07 2007-01-11 한국아이디켐주식회사 Metal cleaner
JP2007231413A (en) * 2006-02-06 2007-09-13 Chiaki Taguchi Electrolytic solution to be used for electrolytic polishing method for stainless steel
DE102006047713B3 (en) * 2006-10-09 2008-03-27 Poligrat Gmbh Electrolyte for electro-polishing surfaces of metal and metal alloys used in the production of gas turbines contains methane sulfonic acid and ammonium difluoride
RU2373306C2 (en) * 2007-06-25 2009-11-20 ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" Method of multistage electrolyte-plasma polishing of products made of titanium and titanium alloys
JP2009108405A (en) * 2007-10-10 2009-05-21 Ebara Corp Electrolytic polishing method and apparatus of substrate
KR100976787B1 (en) * 2008-04-25 2010-08-18 남동화학(주) Zinc plated steel having iron flash plating film thereon and composition of bath of iron flash plating and method for manufacturing the zinc plated steel

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU876808A1 (en) * 1979-11-29 1981-10-30 Харьковский Государственный Педагогический Институт Им.Г.С.Сковороды Solution for electrochemical polishing of niobium articles
RU1225282C (en) * 1983-11-21 1995-10-20 Московский электроламповый завод Solution for electrochemical etching of molybdenum and its alloys
SU1236081A1 (en) * 1984-12-17 1986-06-07 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им.В.В.Куйбышева Method of producing the heating board of forms
WO2006039983A1 (en) * 2004-09-25 2006-04-20 Chemetall Gmbh Method for removing laser scales

Also Published As

Publication number Publication date
EA201501129A2 (en) 2016-04-29
RU2015126375A (en) 2017-01-12
KR20130126644A (en) 2013-11-20
WO2012071030A1 (en) 2012-05-31
UA108138C2 (en) 2015-03-25
KR20170043668A (en) 2017-04-21
JP2013543060A (en) 2013-11-28
JP5913349B2 (en) 2016-04-27
EA201501129A3 (en) 2016-08-31
EA024812B1 (en) 2016-10-31
EA201390753A1 (en) 2014-03-31
EA036890B1 (en) 2021-01-12
RU2013128610A (en) 2014-12-27
US20120125787A1 (en) 2012-05-24
RU2631575C2 (en) 2017-09-25
KR20170138575A (en) 2017-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK2504469T3 (en) Methods of Electropolishing
RU2631575C2 (en) Electrolyte solution and electrochemical methods for surface modification
DE10207632B4 (en) Process for plasma polishing of articles of metal and metal alloys
US20170051428A1 (en) Electrolyte solution and electrochemical surface modification methods
CN1754992A (en) Titanium-nickel alloy electrochemical polish liquid
JP6219991B2 (en) Electrolyte solution and electrochemical surface modification method
EP3488030B1 (en) Method for polishing conductive metal surfaces
CN110449676B (en) Processing pretreatment method for electrolytic grinding of high-chromium alloy based on NaOH electrolyte
IL127079A (en) Method for obtaining well defined edge radii by electropolishing