Способ электрохимического формообразования

(5 К 621. 357 .7(088.8 Дата опублнкованнн опнсання 23 . 05 . 72) Автор нзобрете 71) Заявитель СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ Изобретение относится к гальваностегии, в частности, к гальванопластическому изготовлению деталей, в том числе полых, например, волноводно-рупорных узлов, и может быть применено для изготовления деталей, отличных по форме наружной поверхности от оправки, а также наращивания ребер, шипов и других объемных элементов рельефа на поверхности металлических деталей, изготовленных другими способами - электрохимического оформовывания их поверхности.Известен способ электроосажденияметаллов, в котором с целью улучше.ния равномерности распределения металла процесс ведут при непрерывном подключении покрываемой детали к двум независимым источникам тока при отношении силы тока в анодной и катодной цепях равному 0,6-0,8 ( 1.Этот способ повышает равномерност распределения металла, однако при этом рационально используется только 20-40 осаждаемого металла и тока, так как 60-804 (0,6-0,8) осаждаемого металла и тока идет на покрытие дополнительного электрода (катода)В гальванопластике обрастание катода существенно увеличивает его размеры, что приводит к изменению конфигурации электрического поля и, соответственно, не обеспечивает воспроизводимости распределения металла на детали . Кроме того, дополнительные электроды могут только снизить избыточную толщину покрытия на выступающих уцастках, например краях плоской детали, но не обеспечивают 51повышения толщины покрытия на зна.чительно углубленных участках сложной поверхности, Кроме того, способ не обеспецивает формование наружной йоверхности изделий, отличной от формы оправки.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ элек929748 трохимического нанесения металла, заключающийся в том, что на постоянныйток накладывают анодную составляющую .между покрываемым изделием и дополнительными электродами, причем, анодную 5составляющую накладывают импульсами,амплитуда которых в 1,)-5 раз вышеамплитуды постоянного тока при часто.те импульсов 2-4 Гц и длительностиимпульсов 10-20 мс 2 1 0Этот способ позволяет получитьпокрытия большой толщины при хорошем их качестве. Однако полезное использование металла и тока согласно этомуспособу составляет 60-9 Й, так как 15 6-403 металла тратится на покрытие дополнительного электрода, обрастание которого не позволяет обеспечитьвоспроизводимость распределения металла на детали. Способ также не решает вопроса повышения равномерности распределения металла на углубленных участках сложных деталей, напримерна внутренних углах волноводно-рупорных узлов, не обеспечивает достаточ- д ной воспроизводимости распределения металла вследствие обрастания дополнительного электрода и не позволяет осуществлять формование наружной поверхности изделий, отличных от формыоправки.Цель изобретения - повышение точности формообразования и исключение непроизводительных потерь осаждаемого металла.35Поставленная цель. достигается тем, что согласно способу, включающему наложение на постоянный ток аноднойимпульсной составляющей между формуемым изделием и дополнительным электродом, формуемое изделие экранируют дополнительным электродом, выполненным из пористого или перфорированного материала, обладающего вентильными свойствами в электролите45 и имеющим с стороны формообразования форму готового изделия.Способ осуществляется следующим образом.При прохождении прямого (постоян 50 ного) тока дополнительный электрод поляризуется положительно и находится в пассивном состоянии. Ток при этом от анодов идет к детали через отверстия или поры дополнительного электрода, которые заполнены электро 55 литом. Расположение отверстий, их диаметр, толщина дополнительного электрода и его пористость обеспечивают заданное распределение прямого тока на поверхности формуемой детали. При импульсах обратного тока дополнительный электрод активируется и начинает работать как формообразующий катод - инструмент относительно формуемой поверхности детали, растворяя на ней дендриты, утолщения на выступах и приближенные к поверхности электрода участки. На удаленных от электрода участках, внутренних углах и т.д растворение резко замедляется.Таким образом, предлагаемый способ управляет распределением металла за счет перераспределения как прямого, так и обратного тока в отличие от известного способа, в котором повышение равномерности достигается только за счет избирательного воздействия обратного тока на отдельные участки детали. Металл, осадившийся на дополнительном электроде во время импульса обратного тока, растворяется вначале периода прямого тока, что исключает потери металла на покрытие дополнительного электрода.Предлагаемый способ может быть реализован в большей части применяемых в гапьваностегии электролитов (за исключением фторсодержащих), При этом количество электричества, проходящего за время периода обратного тока, не должно превышать 30 от количества электричества, проходящего за период прямого тока. В противном случае на отдельных участках дополнительного электрода может накапливаться металл, препятствующий нормально-му ходу процесса. Расстояние между изделием и дополнительным электродом должно составлять 2-15 мм, 2,5-4 толщины стенки формуемой детали. Процесс формования в этом случае можно производить как с протоком электролита, так и при механическом покачивании изделия. Расстояние между перфорациями электрода должно составлять не более двух межэлектродных зазоров.В случае формования изделий, отличных по форме от первоначальных, пригодны только электролиты, в которых осаждаемый металл не пассивируется при высоких значениях плотности тока обратного импульса, а катодный выход по току при этих же значениях плотности тока резко снижен, что необходимо для исключения накопленияметалла на вспомогательном электроде, которое в этом случае, может привести к короткому замыканию. Снижение скорости осаждения металла навспомогательном электроде при высоких плотностях импульса обратноготока достигается вводом конкурирующего иона, разряжающегося на катоде,В хлористых никелевых электролитахвводят свободную кислоту, которая содержит конкурирующий ион водорода. Всульфатные электролиты меднения вэтом случае вводят нитрат-ион (азотная кислота. до 100 г/л) которыйпрактически не влияет на выход потоку при плотностях тока 3-10 А/дми снижает его до (5-253) при высокихплотностях тока (100-500 А/дм). Приформовании в этих электролитах напряжение импульсов обратного токамежду дополнительным электродом идеталью задают в пределах 6-30 В.Плотность обратного тока по мереприближения поверхности детали (засчет наращивания металла) к вспомогательному электроду возрастает дотех пор, пока скорость растворенияметалла не станет равной скоростиего осаждения - образуется равновесный зазор. В зависимости от заданного напряжения, относительной продолжительности обратного импульса,фактической величины межзлектродногозазора, электропроводности электролита плотность обратного тока, например, в электролитах никелированияи меднения, устанавливают в 20-200 разбольше плотности прямого тока. Приболее низких плотностях тока идетпроцесс злектрополировки, который может дать менее локальный съем металла, а повышение плотности обратноготока свыше двухсоткратной потребуетустановки источников тока. неоправдано большой мощности, Межэлектродныйзазор (относительно готовой детали)составляет 0,2-1,5 мм. Процесс формования при указанных межэлектродныхзазорах производят в протоке электролита, Дополнительные электроды, обладающие вентильными свойствами, могут изготавливаться из различных материалов. Вентильными свойствами вкислых электролитах обладают вольфрам, молибден, титан, тантал; в щелочных - титан, тантал; в нейтральных - алюминий; в хлорсодержащих ищелочных, не содержащих комплексообразователей, - серебро. Наиболее универсальным из этих материалов является титан.П р и м е р 1. На оправку дляформования волноводно-рупорного узла,5 содержащую четыре внутренних трехгранных угла и шестнадцать внутренних ребер, наращивали медь в электролитеследующего состава, г/л;Медь сернокислая 250Кислота серная 50Дополнительный перфорированныйэлектрод был выполнен из титана, межэлектродный зазор составлял 2 мм.Плотность тока в катодный период сос 5 тавляла 1,5 А/дм , напряжение междуанодом и оправкой составляло 2,5 В.На вспомогательный электрод подавалиположительное напряжение 10-12 В относительно формуемого изделия. Обрат 20 ный ток задавали импульсами продолжительностью 10 мс и плотностью 15 А/дм .Импульсы обратного тока подавали"пакетом" по 40-43 импульса с скваж;ностью 10 мс и интервалами между25 "пакетами" в 1 мин.При обратном токе. вспомогательныйэлектрод и аноды поляризовались доодного и того же потенциала. Оправкавместе с дополнительным электродомЗо периодически покачивалась при электролизе. После наращивания металла всеграни отформованного изделия на расстоянии более 5 мм от внутренних ребер и 10 мм от внутренних трехгранныхострых углов имели толщину стенок0,7 мм+153, причем оправка не имела обычного для аналогичных случаевтехнологического припуска.Толщина слоя металла на расстоянии 7 мм от вершины трехгранного угла была на 303 меньше, чем на гранях.В опыте, проведенном согласно известному способу как с использованиемвспомогательных катодов, так и без45 них, внутренние углы оправки не покрывались при плотностях тока 1,8;3; 5 А/дм . Даже толчок тока в10 А/дм, без дополнительных катодови в 20 А/дмф с вспомогательными катодами не позволил нарастить металл50в внутренних двугранных. и трехгран. ных углах оправок на расстоянии3-5 мм от ребер и 5-8 мм от вершины.П р и м е р 2. Осуществляли формование ребер жесткости на трубе прямоугольного сечения.Состав электролита:Никель хлористый 300 г/лКислота борная 30 г/л,92974 Формула изобретения Составитель Ю. Ипатов Редактор О.Юрковецкая Техред Е, Харитончик Корректор М,ДемцикФЗаказ 3421/37 Тираж 687 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Соляная кислота 5 мл/лРабочая температура 60+2 ССоединяя катодная плотность тока10 А/дм напряжение 8 В,Обратный ток задавали импульсами1 о 1 О мс, 40-43 имп/мин. Напряжениеимпульсов 24 В. Плотность тока 2001600 А/дм. Подача обратного тока начиналась после наращивания слоя никеля 0,1-0,3 мм на постоянном токе. 1 вОпыт производили с принудительнымпротоком электролита. Время опыта 8 ч,В результате, на трубе были сформированы поперечные ребра высотой2 мм при толщине покрытия между ребрами 0,2-0,4 мм.П р и м е р 3, Формование ребержесткости на трубе прямоугольногосечения.Состав электролита:20Медь сернокислая 220 г/лКислота азотная 100 г/лНатрий хлористый 50 мг/лТемпература комнатная.Средняя катодная плотность тока6 А/дм, Напряжение на анодах 5 В, надополнительном электроде 15 В, Обратный ток задавали импульсами по 10 мс,40-43 имп. /мин, Напряжение обратногоистока 16 В, анод имел потенциал вспомогательного электрода. 11 лотност 9 тока300800 А/дм, Подачу обратного токаначинали после наращивания слоя меди О, 1-0, 3 мм. Опыт проводили в протоке электролита. В результате опытана трубу наращены ребра высотой 1,5 ммпри толщине покрытия вне ребер 0, 20,4 мм.Как видно из примеров, предлагаемый способ значительно повышает рав 40номерность покрытия, цто позволяет 8 8на деталях особо сложной конфигурации снизить расход металла в 5-6,5 раз, устранить промежуточную механическую обработку формуемого иэделия и сократить время ее изготовления в 8- 12 раз.Кроме того, предлагаемый способ может быть применен для получения конфигурации наружной поверхности осаждаемого металла, отличной от формы первоначального гальванически оформовываемого изделия, причем получение необходимой формы определяется формой противостоящей поверхности дополнительного электрода. Способ электрохимицеского Формообразования металлических изделий,включающий наложение на постоянныйток анодной импульсной составляющеймежду формуемым изделием и дополнительным электродом, о т л и ц а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности Формообразования и исключения непроизводительных потерьосаждаемого металла, формуемое изделие экранируют дополнительным электродом, выполненным из пористого илиперфорированного материала, обладающего вентильными свойствами в электролите и имеющим с стороны формообразования форму готового изделия,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 254298, кл. С 25 О 5/00, 19692. Авторское свидетельство СССРМ 7171.57, кл. С 25 О 5/18, 1980,