Электролит для электрохимической размерной обработки металлов

(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ(21) 4914839/ (22) 28.02.91 (46) 15.05.93, (71) Произво ский оружей (72) А.С.Мо ров, Б.Л.Шел (56) Авторско И. 1454591, к (54) ЗЛЕКТР СКОЙ РАЗМ ЛОВ Бюл, 1"ч. 18дственное объединение ный завод"шев, Б.И,Богомолов, А.Ю испанский и С.А,Климов е свидетельство СССР л. В 23 Н 3/08, 1986. ОЛИТ ДЛ Я ЭЛ ЕКТРОХИМ ИЧ ЕЕ Р Н ОЙ О Б РАБОТКИ. М ЕТАЛ(57) Использование; в машиностроении для обработки металлов, преимущественно ле ЬИзобретение относится к электрохимической размерной обработке (ЭХРО) металлов, преимущественно легированнь 1 х инструментальных сталей, содержащих легирующие компоненты в виде хрома, ванадия,молибдена и др.Целью изобретения является повышение производительности процесса обработки легированных инструментальных сталей, содержащих легирующие компоненты в виде хрома, ванадия, молибдена при обеспечении низкой шероховатости обработанной поверхности.Для достижения укаэанной цели в электролит на основе водного раствора смеси солей нитрата и хлорида натрия дополнительно введен дигидрат динатриевой соли 2-(2 ф,41-динитрофенилаэо)-1-амино-оксинафталин,6-дисульфокислоты, именуемый далее по тексту сокращенно ДДС ДФАОС, при следующем соотношении компонентов,гированных инструментальных сталей, и позволяет повысить производительность процесса обработки при обеспечении низкой шероховатости обработанной поверхности, Сущность изобретения: в водный раствор смеси солей азотнокислого и хлористого натрия вводят дигидрат динатриевой соли 2-(2l. 4-динитрофенилазо)-1-амина-оксинафталин,6-дисульфокислоты при следующем соотношении компонентов, мас.о: азотнокислый натрий 15-18; хлористый натрий 2-5; дигидрат динатриевой соли 2(2,4-динитрофенилазо)-.1-амино-оксинафталин,6-ди сульфокислоты 2,5-6,0, вода ос"гальное. 2 табл. мас.%; нитрат натрия 15-18; хлорид натрия 2-5. ДДС ДФАОС 2,5-6,0: вода - остальное.Положительный эффект может быть д обусловлен склонностью органической до- СО бавки к образованию растворимых металло- а комплексов с продуктами анодного (Я растворения обрабатываемого металла, что С) приводит к стабилизации физико-химических параметров электролита по длине рабочей зоны; адсорбцией органической добавки на анодной поверхности, что улуч. шает смачиваемость обрабатываемой поверхности и тем способствуета формировани 1 а прианодного слоя, оказывающего благоприятное воздействие на процессы выравнивания микрорельефа анодной поверхности.Основной объем металла, удаляемого при ЭХРО. переходит в раствор по схемеМе(1 в Ме+ пе, где и - показательвалентного состояния металла.1815038 В электролитах, представляющих собой чистые водные растворы неорганических солей щелочных металлов (хлоридов, нитратов), образование взвешенного шлама происходит из-за связывания ионов металла 5 Ме со скапливающимися у анода ионамии+гидроксила ОН с образованием гидрооксидов Ме(ОН)п.В присутствии же ДДС ДФАОС в среде, содержащей анионы.йОэ и СГ, переходя щие в раствор ионы металла образуют с молекулами органической добавки водорастворимые макроциклические комплексные соединения с донорно-акцепторным типом связей. 15Для ионов железа Ге этот процесс можно интерпретировать схемой 20 30 экспериментальные исследования по ЭХРОлегированных инструментальных сталей марок 9 ХС и 6 ХВГ при различных концентрациях компонентов в электролите.3Режим обработки. плотность тока 9,5гВ/см; напряжение 6 В; давление электро 2,лита на входе в межэлектродный зазор(МЭЗ) 0,5-0,6 МПа; величина МЭЗ 0,02-0,025мм; частота осцилляции электрода-образца0 50 Гц; шероховатость исходной поверхности Яа 10 мкм, температура электролита25 + 2 С, время обработки 2 мин,П р и м е р 1. Готовят электролит, растворяя в 250, мл водопроводной воды 50 гч 5 аэотнокислого натрия и 5 г хлористого натрия при постоянном перемешивании прикомнатной температуре, После полного ратворения компонентов в полученный ратвор вводят 12,5 г ДДС ДФАОС и и50 перемешивании доводят водой объем раствора до 500 мл, В этом электролите обрабатывают плоские прямоугольные образцыиз стали 6 ХВГ при вышеуказанных режимах. По окончании обработки скорость съема металла составила 0,106 г/см мин, что в2 раза ниже, чем в электролите-прототипе,но на 0,9 Д больше, чем в электролите, несодержащем ДДС ДФАОС. Удельное шламосодержание по сравнению с электролитомбез добавки снизилось на 12 о (с 8,7 до 7,77 с- с- ри Известн соединения группировки ионом раст друг с друго вышепривед единения на прочности, и динация нес ющих донор Возможность образования таких макро- циклических комплексов объясняется тем, что при образовании последних из иона металла и лиганда неприходится затрачивать много энергии на придание молекуле органического вещества необходимой конформации и на сближение одноименно заряженных донорных атомов, поскольку энергия эта уже затрачена раньше при синтезе лиганда. Кроме того, при комплексообразовании в раствор вытесняются несколько протонов водорода Н, окружающих ион металла, а вместо них из раствора изымается одна молекула макроциклического лиганда, Все это приводит к тому, что реакция комплексообразования становится термодинамически выгодной. о, что прочность комплексного значительно повышается, если атомов, взаимодействующие с воренного металла, связаны 1. Анализ структурной формулы енного макроциклического соглядно свидетельствует о его оскольку одновременная кооркольких согласованно действуных атомов (в данном случае,азота) чрезвычайно затрудняет выход металла из макроцикла.Предпочтительность связывания молекул органической добавки с ионами переходных металлов с образованием макроциклических комплексов объясняется взаимодействием сильного элекростатического поля, создаваемого макроциклическими молекулами, со свободными орбиталями переходных д-элементов, являющихся в то же время и основными легирующими компонентами сталей и сплавов: хром, никель, ванадий и др,Из-за наличия в молекуле ДДС ДФАОС гидроксильных групп наряду с образованием макроциклического металлокомплекса с центральным расположением иона металла, возможно также образование комплексного соединения, в котором роль лиганда играет сам макроциклический металлокомплекс, причем ион металла реагирует с последним по связи - О - Н с отщеплением протона Н .Известно применение ДДС ДФАОС в качестве реагента для определения белков в полиакриламидном геле, В предлагаемом составе электролита не используются свойства ДДС ДФАОС как реагента для определения белков в полиакриламидном геле, .Для проверки эффективности предлагаемого состава электролита были проведеныг/л), В результате обработки была полученаровная светло-серая поверхность с йа 7,8мкм, что о 1,95 раза больше значений, достигаемых на электролите-прототипе.П р и м е р 2, Готовят-электролит, растворяя в 250 мп водопроводной воды 75 газотнокислого натрия и 10 г хпорида натрияпри постоянном перемешивании при комнатной температуре, После полного растворения компонентов в полученный раствор 10вводят 22,5 г ДДС ДФАОС и при перемешивании доводят водой объем раствора до 500мл. В этом электролите обрабатывают плоские прямоугольные стальные образцы. Поокончании обработки скорость съема металла составила 0,172 г/см мин, что на 27 меньше, чем в электролите-прототипе, но на200 больше, чем в электролите, не содержащем органической добавки, Удельное .шламосодержание по сравнению с электропитом без добавки снизилось в 2,6 раза (с12,5 до 4,75 г/л). В результате обработкибыла получена ровная светлая латооая поверхность без питтингоо с йа 5,6 мкм, что в1,4 раза выше значений, достигаемых на 25электролите-прототипе,П р и м е р 3. Готовят электролит, растворяя в 250 мп водопроводной воды 90 газотнокислого натрия и 25 г хлорида натрияпри постоянном перемешивании при комнатной температуре. После полного растворения компонентов.в полученный растворвводят ЗО г ДДС ДФАОС и при перемешивании доводят водой объем раствора до 500мл. В этом электролите обрабатывают плоские прямоугольные стальные образцы. Поокончании обработки скорость съема металла составила 0,279 гсм мин, что в 1,3 разавыше, чем о электролите-прототипе, и о 1,7раза - чем в электролите, нв содержащем 40ДДС ДФАОС. Удельное шламосодержаниепо сравнению с электролитом без добавкиснизилось в .9,5 раз (с 16,64 до 1,75 г/л). Врезультате обработки была получена блестящая поверхность без питтингов с йа 3,5 45мкм, что на 14% ниже значений, достигаемых на электролите-прототипе.П р и м е р 4, Готовят электролит, растворяя в 250 мл водопроводной воды 100 газотнокислого натрия и ЗО г хлористого натрия при постоянном перемешивании прикомнатной температуре. После полного растворения компонентов в полученный раствор вводят 32,5 г ДДС ДФАОС и приперемешивании доводят водой обьем растоора до 500 мл, В этом электролите обрабатывают плоские прямоугольные стальныеобразцы. По окончании обработки скоростьсъема металла составила 0,241 г/см 2 мин,что на 10";ь больше, чем в электролите-прототипе, и в 1,4 раза выше, чем о электролите,не содержащем ДДС ДФАОС, Удельное шламосодержание по сравнению с электролитомбез добавки снизилось в 2,75 раза (с 17,14 до6,23 г/л). Поверхность после обработки светлосерая с Яа 5,1 мкм, что на 270 выше значений,достй гаем ых на электролите-прототипе.Результаты исследований для граничныхзначений концентраций основных компонентов электролита для ЭХРО стали 6 ХВГ представлены о табл. 1, данные по прототипу - втабл. 2,Анализ полученных реэультатоо позволилустановить, что производительность обработки при использовании электролита предлагаемогоо состава значительно (практически в 1,4раза) превышает значения, полученные приЭХО на электролите-прототипе: максимальная скорость съема металла в электролитепредлагаемого состава при плотности токав 9,5 А/см составляет 0,279 гlсм мин про 2тио 0,388 г/см мин, достигаемой на элект 2родите-прототипе при плотности тока 19,2А/см,.В нешний вид поверхностей, обработанных в электролите предлагаемого состава,иэлектролите-прототипе, практически одина- .ков. Шероховатость обработанной поверхности на 8,5% ниже значений, достигаемыхпри использовании электролита-прототипа;на 40-600 нитратно-хлоридного электролита без добавок при снижении в 8-9 разудельного шпамосодержания электролита,Таким образом, наиболее оптимальнымс точки зрения повышения производительности процесса обработки при обеспечениинизкой шероховатости обработанной поверхности является электролит следующегосостава, мас,: азотнокислый натрий 15-18;хпористый натрий 2-5; ДДС ДФАОС 2,5-6,0;вода - остальное. Формула изобретения Эпектролитдля электрохимической размерной обработки металлов на основе водного раствора смеси солей азотнокислого и хлористого натри в присутствии органической добавки,. о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности процесса при обработке легированных инструментальных сплавов, в качестве органической добавки он содержит дигидрат динатриевой соли 2-(2,4-динитрофенилазо)- 1-амина-оксинафталин,6-дисупьфокислоты при следующем соотношении компонентов, мяс. (:Азотнокислый натрий 15-18 Хлористый натрий 2-5 Дигидрат динатриевойсоли 2-(2,4-динитрофенилазо)-1-амин о-нксинафталин 3,6-дисульфнкислнты 2,5-6,0 Вода Остальное Таблица 1 Н 20 ДДСДФАСС хлнрид натрия"0,161 76,5 6,5 2,68 0,164 16,64 77 Ка 50 2,0 14,73 0,167 74,5 0,21 9,44 4,5 72,5 0,237 4,52 6,0 0,279 1,75 2,17 70,5 0;224 Таблица 2 нставитель А.Петровехред М;Моргентал аксимишинец Редак Корректс Заказ 1607 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета пн изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1.13035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/5 ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Прнизвндственн Кнн ент а ия компонентов взлект олите мас, ф Скорость сьема металла, г/см 2 мин Удельное шламнсодержание,г/л Визуальная оценка качества и шероховатости пн" верхннсти,Ва мкм Поверхность свет лая матовая,Ва 5,6Поверхность светлая блестящая без питтингов,йа 3,5