Способ электрохимического избирательного травления стальных изделий

Союз Советски кСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1945258до делам изобретений н открытей(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКОГО ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ТРАВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 1Изобретение относится к электрохимицеской обработке металлов, в иастности, к избирательному травлению высоколегированных сталей, обладающих высоким химическим сопротивлением, например типа элинвар (44 НХТЮ), и может быть использовано при изготовлении иэделий, имеющих сложную конфигурацию, например резонаторов для электромеханицеских фильтров, когда нежелательны Механические напряжения, возникающие в детали при ее обработке.Известный способ электрохимического травления стальных изделий, при котором процесс ведут с применением постоянного тока, в водном циркулирующем растворе (153 бромистого калия) при механической вибрации электрода не позволяет равномер о но о 6 рабатывать большие поверхности 1.Поверхность травления в данном способе составляет около 10 мм2 2Увеличение обрабатываемой поверхности ведет к значительному увеличению силы тока и к появлению градиента потенциала по поверхности детали, что в свою очередь приводит к неравномерности травления детали и снижению ее качества.Известен способ электрохимицеского травления стальных иэделий, когда травление ведут в,водном растворе минеральных солей, например, сульфата натрия прикладыванием к электродам попеременно положительного и отрицательного потенциала, При этом плотность тока составляет 160 А/дм 2.Недостатком этого способа является медленная скорость травления и то, что оба электрода подвергаются травлению одинаково, что ведет к быстрому загрязнение раствора,Наиболее близким к изобретению является способ электрохимического травления стальных изделий постоян 945258ным током плотностью 01-11 А/дм в водном растворе смеси азотной и соляной кислот с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ) - перфторсульфокислоты 3.5Однако этот способ имеет малую скорость травления (1-100 мг/м ).Попытки увеличить скорость травления путем повышения плотности тока приводят к обратному эффекту - скорость травления уменьшается. Это связано с электрохимической пассивацией поверхности обрабатываемой детали, кроме того, возникают локальные перегревы и неравноМерность трав ления, что снижает качество обработки деталей. Недостатком известных способов является также их неэкономичность, обусловленная тем, что вытравливается вся поверхность, кото рую необходимо удалить для образования конфигурации деталей, что приводит к излишнему переводу прецизионного сплава детали в раствор, расхо" ду электроэнергии, уменьшению срока 25 службы раствора.Целью изобретения является интенсификация процесса, повышение равномерности травления по всей площади рисунка, образованного в слое фото резиста и стабильности раствора. Указанная цель достигается тем,что согласно способу электрохимического избирательного травления стальных изделий, преимущественно из высоколегированных сталей типа элинварв водном растворе смеси азотной исоляной кислот с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ), в качестве ПАВ используют лаурилсульфат40натрия в колицестве 0,1-0,2 г/л, апроцесс ведут асимметричным перемен"ным током промышленной частоты приплотности прямого и обратного тока150-200 и 1,5-2,0 А/дм соответст 45венно с использованием циркуляциираствора и наложения ультразвуковыхколебаний на изделие,Изобретение позволяет экономитьметалл изделия (прецизионного спла"ва элинвар) и электроэнергию, предотвратить локальные перегревы за счеттого, что травлению подвергают невсю поверхность, а только поверхность, представляющую собой полосушириной 10-100 мкм, образованную вслое фоторезиста, химицески стойкогок данному раствору, одинаковую по всей длине и ограничивающую контуррисунка, причем травление ведут сдвух сторон изделия,Проведение процесса при меньших или больших плотностях тока, указанных выше, ведет к повышению газовыделения и к уменьшению скорости растворения. Образующийся пассивирующий слой из окислов металлов, тормозящий процесс травления устраняют путем восстановления окислов периодическим пропусканием тока обратной полярности, Амплитуду этого тока выбирают на 2-3 порядка меньше амплитуды прямого тока и устанавливают в пределах 1,5-2 А/дм . Обратный ток меньшейЯ.величины чем 1,5 А/дм недостаточно1.устраняет окисную пленку. Гсли же его величина больше 2 А/дмто это ведет к нежелательному растворению катодов, Повышение скорости травления сопровождается интенсивным образованием газообразных продуктов анодной реакции, которые адсорбируются на поверхности детали и ухудшают качество ее обработки, Устранение этого вредного фактора достигается введением в раствор в качестве ПАВ лаурилсульфата натрия в количестве 0,1- 0,2 г/л, Иеньшая концентрация лаурилсульфата недопустимо снижает эффект удаления газообразных продуктов с поверхности травления, большая концентрация приводит к образованию продуктов реакции с компонентами электролита, снижающих скорость растворения, и приводит к интенсивному пенообразованию. Продукты анодного растворения, непрерывно образующиеся на поверхности детали в прианодной зоне и замедляющие процесс травления, удаляются путем воздействия на деталь ультразвуковых колебаний частотой 18-44 кГц и интенсивностью 0,5-10 Вт/см и непрерывной циркуляцией раствора в ванне травления, Последнее способствует также выравниванию температуры и концентрации электролита, что повышает равномерность травления, Дальнейшее повышение скорости травления обеспецивается встречным травлением детали с обеих сторон.Способ осуществляют следующим образом (на примере получения партии резонансных систем для электромеханических фильтров из сплава элинвар).5 9452На элинварных пластинах - заготовках толщиной 0,1-0,2 мм с нанесенным с обеих сторон слоем фотореэиста формируют рисунок резонансной системы электромеханицеского фильтра, 5 Заготовки помещают в водный раствор смеси 50-ных азотной и соляной кислот в соотношении 1:1В качестве ПАВ добавляют лаурилсульфат натрия, Катоды, изготовленные из титана, размещают в ванне по обе стороны от анода-детали на расстоянии 50 мм, При этом производится циркуляция раствора, обеспечивающая пятикратный обмен в течение цаса. Рабочий объем составляет 5 л. Токоподвод Способ Предлагаемый12Известныи Показатели ГгЗ И Азотная кислота (раэб. 1:1), 0,4г/мл 0,6 Растворыминеральных солей(напримерИа .Ю ) 0 5 0,5 0,2 0,15 0,2 0,1 0,15 Перфторсульфокислота 0,2 0,1 До 1 л До 1 л До 1 л До 1 л До 1 л Вода 20 20 20 30 150 1,0-60 150 200 10 прямо го, мс 12 Ф 2.Д обратного, А/дм 1,0-60 1,5 2,0 10 12 Г обратного, мс 20 Графит Свинец .Титан Элинвар (44 НХТЮ) Материал катода Свинец СвинецСталь Сталь Иатериал анодаЧастота УЗК, кГц 44 25 1,0 1,0 2 Интенсивность, Вт/см-30 Соляная кислота ( разб. 1:1),г/мл Лаурилсульфат натрия, г/л Температура раствора, о С1Д прямого, А/дм Продолжительность процесса, мин Равномерность травления,мкм осуществляется через шины, причем,на аноде закрепляют пьезокерамический вибратор, обеспечивающий передачу детали ультразвуковых колебаний,При травлении используют асимметричный ток, получаемый из симметричного синусоидального тока промышленной частоты путем создания двух цепей с различным сопротивлением длятоков положительной и отрицательнойполуволн, что обеспечивается вклюцением двух диодов в противоположныхнаправлениях,Состав раствора, режим и результаты обработки приведены в таблице,-10 " +100 +1009 15258 Способ Показатели Предлагаемый Известный служб й зам о раствора дны (предельконцентрациго металлатвора), мест, изделий) полн имая раст100 реннл ра000 день 1 день,5 2,5 250 00 2,5 од ыход годных,50 Экономия элинвара10000 шт., кг Расход электролит10000 шт., л Как видноозволяет зн ерность тра аствова, ин водит к эатериала приводит к иизделий.Технико-эиспользовани фект отетениярезонат ономическии данного из нии 10000 ш т 50000 руб при изготовл оставл рмула изобретения Способ электрох ического избиратальных изделий,соколегированвар в водном ой и соляной 5 верхностно-активо т л и ч д ю ираж 686 ИПИ Заказ 5269/38 одписное(на 10000 шт.) Время на корректиров ного резонатора, мин из таблицы, изобретение ачительно повысить равновления и срок службы тенсифицировать процесс, кономии электроэнергии изделия, что в,целом 35 овышению выхода годных тельного травления с преимущественно из в ньх сталей типа элин растворе смеси азотн кислот с добавкой по ного вещества (ПАВ),Продолжение таблицы 20 600 1000 щ и и с я тем, что, с целью интенсификации. процесса, повышения равномерности травления по всей площади рисунка, образованного в слоефоторезиста и стабильности раствора,в качестве ПАВ используют лаурилсульфат натрия в количестве 0,1-0,2 г/л,а процесс ведут асимметричным переменным током промышленной частотыпри плотности прямого и обратноготока 150-200 и 1,5-2,0 А/дм соответственно с использованием циркуляции раствора и наложения ультразвуковых колебаний на изделие.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Круглов В.В. Глубокое электрохимическое маркирование. - "Судостроение", 1978, Ю 8, с. 26.2. Патент Великобритании Ю 522535,кл. С 25 Г 1/06, опублик, 1978.3, Патент Великобритании 11521966,кл. С 25 Р 3/06, опублик. 1978,