RU2820090C1 - Method for dry electrolytic polishing of aluminum alloy part - Google Patents
Method for dry electrolytic polishing of aluminum alloy part Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820090C1 RU2820090C1 RU2023123436A RU2023123436A RU2820090C1 RU 2820090 C1 RU2820090 C1 RU 2820090C1 RU 2023123436 A RU2023123436 A RU 2023123436A RU 2023123436 A RU2023123436 A RU 2023123436A RU 2820090 C1 RU2820090 C1 RU 2820090C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- granules
- electropolishing
- carried out
- ion
- polishing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 11
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title abstract description 21
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 17
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-Divinylbenzene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 4
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 4
- 229920005553 polystyrene-acrylate Polymers 0.000 claims description 4
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 5
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 5
- 102220411551 c.74G>T Human genes 0.000 description 4
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000406 trisodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019801 trisodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии электрополирования поверхности деталей из алюминия и его сплавов и может быть использовано для обработки поверхностей деталей турбомашин для повышения их эксплуатационных характеристик.The invention relates to the technology of electropolishing the surface of parts made of aluminum and its alloys and can be used to treat the surfaces of turbomachinery parts to improve their performance characteristics.
С повышением шероховатости поверхности ответственных деталей, работающих в условиях воздействия значительных механических нагрузок, например, центробежных колес, лопаток компрессора и детандера, резко снижаются их эксплуатационные характеристики. Качество обработки поверхностей пера существенно влияет на их прочностные характеристики, так, например, повышение класса чистоты поверхности способствует увеличению предела выносливости и статической прочности лопаток (В.Ф. Макаров, Е.Н. Бычина, А.О. Чуян. Математическое моделирование процесса полирования лопаток газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология. №8 (85), 2011, с. 11-14). Повышенная шероховатость поверхности лопаток газовых турбин приводит к ухудшению газодинамической устойчивости газотурбинного двигателя (ГТД), к возрастанию аэродинамических потерь, приводящих к снижению КПД, к потере мощности, росту удельных расходов и к снижению экономичности двигателя или газотурбинной установки.As the surface roughness of critical parts operating under significant mechanical loads, such as centrifugal wheels, compressor and expander blades, increases, their performance characteristics sharply decrease. The quality of surface treatment of the blade significantly affects their strength characteristics, for example, increasing the class of surface cleanliness helps to increase the endurance limit and static strength of the blades (V.F. Makarov, E.N. Bychina, A.O. Chuyan. Mathematical modeling of the polishing process blades of gas turbine engines // Aerospace technology and technology. No. 8 (85), 2011, p. Increased surface roughness of gas turbine blades leads to a deterioration in the gas-dynamic stability of a gas turbine engine (GTE), to an increase in aerodynamic losses leading to a decrease in efficiency, a loss of power, an increase in specific costs and a decrease in the efficiency of the engine or gas turbine unit.
В то же время производство и ремонт деталей газотурбинных двигателей (ГТД) и установок (ГТУ), в связи с высокими требованиями к качеству поверхности (Ra≤0,32…0,16 мкм), характеризуется значительной трудоемкостью их финишной обработки. Это вызывает проблемы при механической обработке поверхностей деталей турбомашин. В этой связи развитие способов получения высококачественных поверхностей деталей турбомашин является весьма актуальной задачей.At the same time, the production and repair of parts of gas turbine engines (GTE) and installations (GTU), due to high requirements for surface quality (Ra≤0.32...0.16 microns), is characterized by significant labor intensity in their finishing. This causes problems when machining the surfaces of turbomachinery parts. In this regard, the development of methods for obtaining high-quality surfaces of turbomachinery parts is a very urgent task.
Известен способ полирования поверхности детали кругом, при котором детали сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно инструмента (А.С. СССР №1732604. МПК B24B 19/14. Способ полирования пера лопаток ГТД лепестковым кругом. Опубл. Бюл. №1, 2014 г.), в котором полирование производят с деформацией лепесткового круга.There is a known method of polishing the surface of a part with a circle, in which the parts exhibit reciprocating movement relative to the tool (A.S. USSR No. 1732604. IPC B24B 19/14. Method of polishing the blades of gas turbine engines with a flap circle. Publ. Bull. No. 1, 2014. ), in which polishing is carried out with deformation of the petal circle.
Однако применение в известных способах полирования поверхности детали механического воздействия вызывает ухудшение параметров качества поверхностного слоя материалов, что приводит к снижению ее эксплуатационных характеристик, особенно в случаях обработки таких деталей как лопатки турбины с тонким пером.However, the use of mechanical action in known methods for polishing the surface of a part causes a deterioration in the quality parameters of the surface layer of materials, which leads to a decrease in its performance characteristics, especially in cases of processing such parts as turbine blades with thin feathers.
Наиболее перспективными методами обработки деталей сложной формы, в частности лопаток турбомашин, являются электрохимические методы полирования поверхностей [Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. Л., Машиностроение, 1987], при этом наибольший интерес для рассматриваемой области представляют методы электролитно-плазменного полирования (ЭПП) деталей [Патент ГДР (DD) №238074 (А1), МПК C25F 3/16, опубл. 06.08.1986].The most promising methods for processing parts of complex shapes, in particular turbomachinery blades, are electrochemical methods of surface polishing [Grilikhes S.Ya. Electrochemical and chemical polishing: Theory and practice. Influence on the properties of metals. L., Mechanical Engineering, 1987], while the greatest interest for the area under consideration is the methods of electrolytic plasma polishing (EPP) of parts [Patent of the GDR (DD) No. 238074 (A1), IPC C25F 3/16, publ. 08/06/1986].
Известен также способ полирования металлических поверхностей, включающий анодную обработку в электролите [Патент РБ №1132, МПК C25F 3/16, опубл. 1996, БИ №3], а также способ электрохимического полирования [Патент США №5028304, МПК B23H 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, опубл. 02.07.1991].There is also a known method for polishing metal surfaces, including anodic treatment in an electrolyte [RB Patent No. 1132, IPC C25F 3/16, publ. 1996, BI No. 3], as well as a method of electrochemical polishing [US Patent No. 5028304, IPC B23H 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, publ. 07/02/1991].
Однако известные способы электрополирования не позволяют производить однородную обработку поверхности детали из металлического сплава, особенно деталей сложной формы.However, known electropolishing methods do not allow uniform surface treatment of a metal alloy part, especially parts of complex shapes.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ сухого электрополирования детали, включающий предварительную подготовку поверхности детали под электрополирование, погружение детали в проводящую среду из гранул-ионитов, пропитанных раствором электролита, обеспечивающего электропроводность гранул-ионитов и ионный унос металла с поверхности детали с удалением микровыступов при подаче противоположного по знаку электрического потенциала на деталь и проводящую среду через введенный в нее внешний электрод [WO2017186992 - Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method. Опубл. 02.11.2017].The closest technical solution, chosen as a prototype, is the method of dry electropolishing of a part, which includes preliminary preparation of the surface of the part for electropolishing, immersion of the part in a conductive medium of ion exchange granules impregnated with an electrolyte solution, ensuring the electrical conductivity of the ion exchange granules and ion ablation of metal from the surface of the part. with the removal of microprotrusions when applying an electrical potential of the opposite sign to the part and the conducting medium through an external electrode inserted into it [WO2017186992 - Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method. Publ. 02.11.2017].
Однако известный способ-прототип обладает низкой надежностью и не может быть использован для обработки поверхности ответственных деталей, выполненных из алюминия и алюминиевых сплавов, поскольку наличие электроизолирующей оксидной пленки на их поверхности препятствует протеканию электрохимических процессов ионного уноса материала с поверхности обрабатываемой детали.However, the known prototype method has low reliability and cannot be used for surface treatment of critical parts made of aluminum and aluminum alloys, since the presence of an electrically insulating oxide film on their surface prevents the occurrence of electrochemical processes of ion ablation of material from the surface of the workpiece.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа, повышающего качество и надежность обработки деталей из алюминиевых сплавов, особенно ответственных деталей сложной формы, таких как лопатки турбомашин.The problem to be solved by the claimed invention is the creation of a method that improves the quality and reliability of processing parts made of aluminum alloys, especially critical parts of complex shape, such as turbomachinery blades.
Техническим результатом изобретения является повышение качества и надежности обработки поверхности металлической детали за счет повышения однородности обработки ее поверхности, снижения вероятности появления дефектов.The technical result of the invention is to improve the quality and reliability of surface treatment of a metal part by increasing the uniformity of its surface treatment and reducing the likelihood of defects.
Технический результат достигается за счет того, что в способе сухого электрополирования детали из алюминиевого сплава, включающем предварительную подготовку поверхности детали под электрополирование, погружение детали в проводящую среду из гранул-ионитов, пропитанных раствором электролита, обеспечивающего электропроводность гранул-ионитов и ионный унос металла с поверхности детали с удалением микровыступов при подаче противоположного по знаку электрического потенциала на деталь и проводящую среду через введенный в нее внешний электрод, в отличие от прототипа, предварительную подготовку поверхности детали под электрополирование осуществляют цинкатной обработкой, а электрополирование проводят до полного удаления пленки, образованной в результате цинкатной обработки.The technical result is achieved due to the fact that in the method of dry electropolishing of an aluminum alloy part, which includes preliminary preparation of the surface of the part for electropolishing, immersion of the part in a conductive medium of ion exchange granules impregnated with an electrolyte solution, ensuring the electrical conductivity of the ion exchange granules and ion ablation of metal from the surface parts with the removal of microprotrusions when an electrical potential of opposite sign is applied to the part and the conducting medium through an external electrode inserted into it, unlike the prototype, preliminary preparation of the surface of the part for electropolishing is carried out by zincate treatment, and electropolishing is carried out until the film formed as a result of zincate is completely removed processing.
Кроме того, возможны следующие дополнительные приемы выполнения способа: в качестве электролита для пропитки гранул-ионитов используется водный раствор NaCl концентрацией от 8% до 11% или водный раствор щелочи рН 11-14; цинкатную обработку проводят в водном растворе концентрацией 50 г/л ZnO и 262,5 г/л NaOH при 60-70°C в течение времени от 1,5 мин до 3 мин; в качестве щелочи используют NaOH или КОН; в качестве материала гранул-ионитов используют ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола, причем размеры гранул-ионитов выбирают из диапазона от 0,1 мм до 0,8 мм, причем гранулы-иониты дополнительно приводят в вибрационное движение; электрополирование гранулами-ионитами проводят либо подавая на деталь положительный, а на гранулы-иониты отрицательный электрический потенциал от 12 до 35 В, либо в импульсном режиме со сменой полярности при диапазоне частот импульсов от 20 до 100 Гц, периоде импульсов от 50 до 10 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса +50 А и их длительности от 0,4 до 0,8 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса -20 А и их длительности от 0,2 до 0,4 мкс, при прямоугольной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 49,6 до 9,2 мкс.In addition, the following additional methods of performing the method are possible: an aqueous solution of NaCl with a concentration of 8% to 11% or an aqueous solution of alkali pH 11-14 is used as an electrolyte for impregnation of ion exchanger granules; zincate treatment is carried out in an aqueous solution with a concentration of 50 g/l ZnO and 262.5 g/l NaOH at 60-70°C for a period of time from 1.5 minutes to 3 minutes; NaOH or KOH is used as an alkali; the material used for ion exchange granules is ion exchange resins obtained from the copolymerization of either polystyrene or polyacrylate and divinylbenzene, and the sizes of the ion exchange granules are selected from the range from 0.1 mm to 0.8 mm , and the ion exchange granules are additionally set into vibrational motion ; electropolishing with ion exchanger granules is carried out either by applying a positive electric potential to the part and a negative electrical potential to the ion exchanger granules from 12 to 35 V, or in a pulsed mode with a change in polarity with a pulse frequency range from 20 to 100 Hz, a pulse period from 50 to 10 μs, with a current amplitude of positive polarity during a pulse of +50 A and their duration from 0.4 to 0.8 μs, with a current amplitude of negative polarity during a pulse of -20 A and their duration from 0.2 to 0.4 μs, with a rectangular the shape of the output current pulses and the duration of pauses between pulses from 49.6 to 9.2 μs.
Заявляемый способ сухого электрополирования детали из алюминиевого сплава, в частности поверхности пера лопатки в процессе его полирования, осуществляется следующим образом.The inventive method for dry electropolishing of an aluminum alloy part, in particular the surface of a blade blade during its polishing, is carried out as follows.
Вначале проводят предварительную подготовку поверхности детали под электрополирование методом цинкатной обработки.First, preliminary preparation of the surface of the part is carried out for electropolishing using the zincate treatment method.
Процесс цинкатной обработки целесообразнее проводить по способу двойной обработки с предварительной очисткой поверхности детали: очистка в концентрированной азотной кислоте (50-58%) в течение 10-12 секунд с последующей промывкой в дистиллированной воде. Затем помещают обрабатываемую деталь в ванну раствором для цинкатной обработки (например, состава оксид цинка с концентрацией – 15 г/л и гидроксид натрия – 100 г/л). Первая цинкатная обработка в течение 15-20 секунд, затем второй этап цинкатной обработки в течение 2-3 минут с последующей промывкой в воде (проточной воде в течение 4-7 минут, при температуре 40-50°С).It is more expedient to carry out the zincate treatment process using a double treatment method with preliminary cleaning of the surface of the part: cleaning in concentrated nitric acid (50-58%) for 10-12 seconds, followed by rinsing in distilled water. Then the workpiece is placed in a bath with a solution for zincate treatment (for example, zinc oxide with a concentration of 15 g/l and sodium hydroxide - 100 g/l). The first zincate treatment is for 15-20 seconds, then the second stage of zincate treatment is for 2-3 minutes, followed by rinsing in water (running water for 4-7 minutes, at a temperature of 40-50°C).
Затем детали погружают в проводящую среду из гранул-ионитов, пропитанных раствором электролита (например, электролитом в виде раствора щелочи NaOH, обеспечивающий рН 11-14). В результате цинкатной обработки происходит удаление оксидной пленки с поверхности обрабатываемой детали и формируется электропроводная металлическая пленка с содержанием цинка. Then the parts are immersed in a conducting medium of ion exchanger granules impregnated with an electrolyte solution (for example, an electrolyte in the form of an NaOH alkali solution, providing a pH of 11-14). As a result of zincate processing, the oxide film is removed from the surface of the workpiece and an electrically conductive metal film containing zinc is formed.
Электропроводность гранул-ионитов должна обеспечивать ионный унос металла с поверхности детали с удалением микровыступов при подаче противоположного по знаку электрического потенциала на обрабатываемую деталь и проводящую среду через введенный в нее внешний электрод. При этом должен обеспечиваться электрический контакт всей полируемой поверхности детали с гранулами-ионитами, а гранул-ионитов между собой и с внешним электродом. При этом возникает интенсивное перемещение гранул-ионитов относительно друг друга, а также относительно обрабатываемой детали. Тем самым создаются благоприятные условия для протекания процессов электрохимического массобмена, что обеспечивает однородный ионный унос материала с обрабатываемой детали. Последнее обстоятельство приводит к повышению качества и производительности электрополирования. The electrical conductivity of ion exchanger granules should ensure ion ablation of metal from the surface of the part with the removal of microprotrusions when an electrical potential of the opposite sign is applied to the workpiece and the conductive medium through an external electrode inserted into it. In this case, electrical contact must be ensured between the entire polished surface of the part and the ion exchange granules, and between the ion exchange granules and with each other and with the external electrode. In this case, intensive movement of ion exchange granules occurs relative to each other, as well as relative to the workpiece. This creates favorable conditions for the occurrence of electrochemical mass transfer processes, which ensures uniform ion entrainment of material from the workpiece. The latter circumstance leads to an increase in the quality and productivity of electropolishing.
Для повышения однородности обработки в случае обработки деталей сложной формы можно также дополнительно воздействовать на систему «электрод-гранулы-деталь» вибрацией и/или приводить деталь во вращение. Вибрационное движение детали относительно гранул-ионитов можно обеспечивать возвратно-поступательным движением детали вдоль ее продольной оси, например, с частотой от 30 до 200 Гц, амплитудой от 0,1 до 2 мм.To increase the uniformity of processing in the case of processing parts of complex shapes, it is also possible to additionally influence the “electrode-granules-workpiece” system with vibration and/or cause the part to rotate. The vibrational movement of the part relative to the ion exchange granules can be ensured by the reciprocating movement of the part along its longitudinal axis, for example, with a frequency from 30 to 200 Hz, an amplitude from 0.1 to 2 mm.
При необходимости повышения производительности обработки можно использовать установку для электрополирования с несколькими внешними электродами.If it is necessary to increase processing productivity, you can use an electropolishing installation with several external electrodes.
Электрополирование детали проводят посредством протекания электрохимических процессов (ионного уноса материала детали 1) между деталью и внешним электродом через гранулы-иониты, пропитанные раствором электролита, обеспечивающим их электропроводность и ионный унос металла с поверхности детали с удалением с нее микровыступов. При этом отсутствие оксидной пленки на поверхности обрабатываемой детали из алюминиевого сплава, обеспеченным за счет предварительной цинкатной обработки, способствует протеканию электрических процессов и полированию поверхности детали.Electropolishing of a part is carried out through electrochemical processes (ionic entrainment of part material 1) between the part and an external electrode through ion exchange granules impregnated with an electrolyte solution, ensuring their electrical conductivity and ion ablation of metal from the surface of the part with the removal of microprotrusions from it. At the same time, the absence of an oxide film on the surface of the workpiece made of aluminum alloy, ensured by preliminary zincate treatment, promotes the occurrence of electrical processes and polishing of the workpiece surface.
В качестве гранул используют ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола. Средние размеры гранул-анионитов выбирают из диапазона от 0,1 до 0,8 мм.Ion exchange resins obtained from the copolymerization of either polystyrene or polyacrylate and divinylbenzene are used as granules. The average sizes of anion resin granules are selected from the range from 0.1 to 0.8 mm.
Электрополирование проводят либо подавая на деталь положительный, а на внешний электрод отрицательный электрический потенциал величиной от 12 до 35 В, либо в импульном режиме со сменой полярности при диапазоне частот импульсов от 20 до 100 Гц, периода импульсов от 50 мкс до 10 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса +50 А и их длительности 0,4 до 0,8 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса -20 А, и их длительности 0,2 до 0,4 мкс, при прямоугольной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 49,6 мкс до 9,2 мкс.Electropolishing is carried out either by applying a positive electric potential of 12 to 35 V to the external electrode, or in a pulse mode with a change in polarity with a pulse frequency range of 20 to 100 Hz, a pulse period of 50 μs to 10 μs, and an amplitude of current of positive polarity during a pulse of +50 A and their duration of 0.4 to 0.8 μs, with a current amplitude of negative polarity during a pulse of -20 A, and their duration of 0.2 to 0.4 μs, with a rectangular shape of output pulses current and duration of pauses between pulses from 49.6 μs to 9.2 μs.
При полировании использовались детали из алюминиевого сплава Д16 и АА2139. When polishing, parts made of aluminum alloy D16 and AA2139 were used.
Процесс полирования осуществляют до получения заданной величины шероховатости поверхности детали.The polishing process is carried out until a given value of the surface roughness of the part is obtained.
Были проведены также следующие исследования по полированию деталей из алюминиевого сплава Неудовлетворительным результатом (Н.Р.) считался результат, при котором на полируемой поверхности не наблюдался эффект полирования или происходило недопустимое изменение геометрии пера лопатки. При отсутствии дефектов на поверхности детали результат признавался удовлетворительным (У.Р.).The following studies were also carried out on polishing parts made of aluminum alloy. An unsatisfactory result (N.R.) was considered to be a result in which the polishing effect was not observed on the polished surface or an unacceptable change in the geometry of the blade blade occurred. If there were no defects on the surface of the part, the result was considered satisfactory (UR).
Во всех случаях следующие режимы обработки деталей оказались универсальными.In all cases, the following modes of processing parts turned out to be universal.
При обработке по условиям и режимам по способу-прототипу [WO2017186992] практически полирования не происходило из-за наличия оксидной пленки на поверхности деталей.When processing according to the conditions and modes according to the prototype method [WO2017186992], practically no polishing occurred due to the presence of an oxide film on the surface of the parts.
Применяемые гранулы-иониты - ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола. Марки использованных в предлагаемом изобретении анионитов на основе синтетических смол: Анионит 17-8ЧС, Анионит Purolite A520E, Lewatit S 6328 A (на основе сополимера стирол-дивинилбензола), «Lewatit М500», «Lewatit MonoPlus MК 51», «Lewatit MonoPlus MP 68», Purolite C150E, Purolite A-860 (макропористая сильноосновная анионообменная смола основанная на акрилатах), анионит сульфированный сополимер стирол-дивинилбензола. Перечисленные гранулы-иониты, пропитанные приведенными ниже составами электролитов, показали положительный результат.The ion exchange granules used are ion exchange resins obtained from the copolymerization of either polystyrene or polyacrylate and divinylbenzene. Brands of anion exchangers based on synthetic resins used in the present invention: Anion exchanger 17-8ChS, Anion exchanger Purolite A520E, Lewatit S 6328 A (based on styrene-divinylbenzene copolymer), “Lewatit M500”, “Lewatit MonoPlus MK 51”, “Lewatit MonoPlus MP 68” ", Purolite C150E, Purolite A-860 (macroporous strongly basic anion exchange resin based on acrylates), anion exchanger sulfonated styrene-divinylbenzene copolymer. The listed ion exchanger granules, impregnated with the electrolyte compositions given below, showed a positive result.
При импульном режиме со сменой полярности:In pulse mode with polarity reversal:
- диапазон частот импульсов от 20 до 100 Гц: 15 Гц (Н.Р.), 20Гц (У.Р.), 40Гц (У.Р.), 60Гц (У.Р.), 80Гц (У.Р.), 100 Гц (У.Р.), 120Гц (Н.Р.);- pulse frequency range from 20 to 100 Hz: 15 Hz (N.R.), 20Hz (U.R.), 40Hz (U.R.), 60Hz (U.R.), 80Hz (U.R.) , 100 Hz (U.R.), 120Hz (N.R.);
- период импульсов от 50 мкс до 10 мкс: 60 мкс (Н.Р.), 50 мкс (У.Р.), 40 мкс (У.Р.), 30 мкс (У.Р.), 20 мкс (У.Р.), 10 мкс (У.Р.), 5 мкс (Н.Р.);- pulse period from 50 μs to 10 μs: 60 μs (N.R.), 50 μs (U.R.), 40 μs (U.R.), 30 μs (U.R.), 20 μs (U. .R.), 10 μs (U.R.), 5 μs (N.R.);
- амплитуда тока положительной полярности во время импульса +50 А и их длительности 0,4 мкс до 0,8 мкс: 0,2 мкс (Н.Р.), 0,4 мкс (У.Р.), 0,6 мкс (У.Р.), 0,8 мкс (У.Р.), 10,0 мкс (Н.Р.);- current amplitude of positive polarity during a pulse of +50 A and their duration 0.4 μs to 0.8 μs: 0.2 μs (N.R.), 0.4 μs (U.R.), 0.6 μs (U.R.), 0.8 μs (U.R.), 10.0 μs (N.R.);
- при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса -20 А и их длительности 0,2 мкс до 0,4 мкс, 0,1 мкс (Н.Р.), 0,2 мкс (У.Р.), 0,3 мкс (У.Р.), 0,4 мкс (У.Р.), 0,5 мкс (Н.Р.);- with a current amplitude of negative polarity during a pulse -20 A and their duration 0.2 µs to 0.4 µs, 0.1 µs (N.R.), 0.2 µs (U.R.), 0.3 μs (U.R.), 0.4 μs (U.R.), 0.5 μs (N.R.);
- при прямоугольной форме выходных импульсов тока (У.Р.);- with a rectangular shape of output current pulses (UR);
- и длительности пауз между импульсами от 49,6 мкс до 9,2 мкс - (У.Р.) выход за пределы диапазона - (Н.Р.).- and the duration of pauses between pulses from 49.6 μs to 9.2 μs - (U.R.) going beyond the range - (N.R.).
При режиме без смены полярности: электрополирование проводили, подавая на деталь положительный, а на внешний электрод отрицательный электрический потенциал от 12 до 35 В: 8 В (Н.Р.), 12 В (У.Р.), 20 В (У.Р.), 30 В (У.Р.), 35 В (У.Р.), 45 В (Н.Р.).In the mode without polarity change: electropolishing was carried out by applying a positive electric potential to the part and a negative electric potential to the external electrode from 12 to 35 V: 8 V (N.R.), 12 V (U.R.), 20 V (U. R.), 30 V (U.R.), 35 V (U.R.), 45 V (N.R.).
Применяемые электролиты для пропитки гранул-ионитов по предлагаемому способу:Electrolytes used for impregnation of ion exchange granules according to the proposed method:
- первая группа: водный раствор соли NaCl (от 8 % до 11% весовых) (6,0 % (Н.Р.), 8,0 % (У.Р.), 11,0 % (У.Р.), 13,0 % (Н.Р.);- first group: aqueous solution of NaCl salt (from 8% to 11% by weight) (6.0% (N.R.), 8.0% (U.R.), 11.0% (U.R.) , 13.0% (N.R.);
- вторая группа: щелочи NaOH и КОН, обеспечивающие рН 9 (Н.Р.); рН 11(У.Р.); рН 11(У.Р.); рН 12(У.Р.); рН 14(У.Р.); рН 16(Н.Р.).- second group: alkalis NaOH and KOH, providing pH 9 (NR); pH 11(U.R.); pH 11(U.R.); pH 12(U.R.); pH 14(U.R.); pH 16(H.R.).
Цинкатная обработка, состав:Zincate treatment, composition:
- первый вариант: водный раствор концентрацией 50 г/л ZnO и 262,5 г/л NaOH: 50°C - (Н.Р.), 60°C - (У.Р.), 70°C - (У.Р.), 80°C - (Н.Р.). Время обработки 1,0 мин (Н.Р.), 1,5 мин (У.Р.), 2,0 мин (У.Р.), 3,0 мин (У.Р.), 4,0 мин (Н.Р.); - first option: aqueous solution with a concentration of 50 g/l ZnO and 262.5 g/l NaOH: 50°C - (N.R.), 60°C - (U.R.), 70°C - (U. R.), 80°C - (N.R.). Processing time 1.0 min (N.R.), 1.5 min (U.R.), 2.0 min (U.R.), 3.0 min (U.R.), 4.0 min (N.R.);
- второй вариант: щелочной раствор, содержащий, г/л: тринатрийфосфат - 20 г/л (Н.Р.), 30 г/л (У.Р.), 50 г/л (У.Р.), 70 г/л (У.Р.), 80 г/л (Н.Р.); кальцинированная сода - 5 г/л (Н.Р.), 10 г/л (У.Р.), 20 г/л (У.Р.), 30 г/л (Н.Р.);- second option: alkaline solution containing, g/l: trisodium phosphate - 20 g/l (N.R.), 30 g/l (U.R.), 50 g/l (U.R.), 70 g /l (U.R.), 80 g/l (N.R.); soda ash - 5 g/l (N.R.), 10 g/l (U.R.), 20 g/l (U.R.), 30 g/l (N.R.);
-третий вариант: оксид цинка с концентрацией: 15 г/л и гидроксид натрия – 100 г/л.- third option: zinc oxide with a concentration of 15 g/l and sodium hydroxide – 100 g/l.
Время обработки 1,0 мин (Н.Р.), 1,5 мин (У.Р.), 2,0 мин (У.Р.), 3,0 мин (У.Р.), 4,0 мин (Н.Р.).Processing time 1.0 min (N.R.), 1.5 min (U.R.), 2.0 min (U.R.), 3.0 min (U.R.), 4.0 min (N.R.).
По сравнению с известным способом полирования [WO2017186992] при обработке пера лопатки из алиминиевого сплава по предлагаемому способу образование дефектов в виде неполированных участков поверхности, недопустимых изменений геометрии пера лопатки практически не наблюдалось, в то время как при обработке по известному способу [WO2017186992] полирования поверхности детали практически не было осуществлено из-за наличия на поверхности оксидной пленки, препятствующей ионному уносу материала детали.In comparison with the known polishing method [WO2017186992], when processing a blade blade made of an aluminum alloy using the proposed method, the formation of defects in the form of unpolished surface areas, unacceptable changes in the geometry of the blade blade were practically not observed, while when processing using the known surface polishing method [WO2017186992] the part was practically not carried out due to the presence of an oxide film on the surface, which prevents ion entrainment of the part material.
Таким образом, предложенный способ сухого электрополирования детали из алюминиевого сплава позволил достигнуть поставленного в изобретении технического результата - повышения качества и надежности обработки поверхности металлической детали за счет повышения однородности обработки ее поверхности, снижения вероятности появления дефектов.Thus, the proposed method of dry electropolishing of an aluminum alloy part made it possible to achieve the technical result set in the invention - improving the quality and reliability of surface treatment of a metal part by increasing the uniformity of its surface treatment and reducing the likelihood of defects.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2820090C1 true RU2820090C1 (en) | 2024-05-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5028304A (en) * | 1988-10-21 | 1991-07-02 | Stanishevsky Vladimir K | Method of electrochemical machining of articles made of conducting materials |
WO2017186992A1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | Drylyte, S.L. | Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method |
RU2779560C1 (en) * | 2022-03-09 | 2022-09-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Method for anode magnetic abrasive polishing of non-magnetic tubular products |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5028304A (en) * | 1988-10-21 | 1991-07-02 | Stanishevsky Vladimir K | Method of electrochemical machining of articles made of conducting materials |
WO2017186992A1 (en) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | Drylyte, S.L. | Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method |
RU2779560C1 (en) * | 2022-03-09 | 2022-09-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Method for anode magnetic abrasive polishing of non-magnetic tubular products |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11697154B2 (en) | Polishing method for inner wall of hollow metal part | |
RU2734206C1 (en) | Method of ion polishing part | |
RU2700229C1 (en) | Blisk blades electropolishing method | |
CN108018592B (en) | Zirconium alloy micro-arc oxidation surface modification method | |
CN111032929A (en) | H2SO4Use as electrolyte in a method for smoothing and polishing metals by ion transport through free solids | |
RU2724734C1 (en) | Method of electropolishing part | |
RU2715396C1 (en) | Method for electric polishing of gte blade of alloyed steel and device for its implementation | |
CN204123241U (en) | Based on the ultra-precision processing apparatus of non-Newtonian shear thickening and electrolysis complex effect | |
RU2697757C1 (en) | Method for dry local electropolishing blisk blades and working container for its implementation | |
RU2820090C1 (en) | Method for dry electrolytic polishing of aluminum alloy part | |
CN111515480A (en) | Particle-assisted mask electrolytic machining device and method | |
RU2700226C1 (en) | Method of electropolishing of metal part | |
CN107999908B (en) | Manufacturing method of micro-pit array | |
RU2822229C1 (en) | Method for electrolytic polishing of aluminum alloy part | |
RU2731705C1 (en) | Method of electropolishing of metal part | |
CN101173361A (en) | Non-equilibrium liquid condition composite pulse plasma polishing method | |
RU2730306C1 (en) | Method of dry electrically polishing of part | |
RU2715395C1 (en) | Blisk blades electropolishing method and device for its implementation | |
RU2706263C1 (en) | Method of electrolytic-plasma polishing of articles from titanium and iron-chromium-nickel alloys | |
CN104109894B (en) | Magnesium alloy compound surface protective treatment equipment and method | |
RU2716292C1 (en) | Method of electropolishing of metal part | |
RU2786767C1 (en) | Method for electropolishing a metal part and the installation for its implementation | |
RU2755908C1 (en) | Installation for electropolishing blades of turbomachine | |
CN105525325A (en) | Surface treatment method for metal alloy | |
CN106245107A (en) | A kind of surface polishing method of beryllium material |