РАСТВОР ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ТИТАНА Российский патент 2005 года по МПК C23F3/03 

Область техники.

Химическое полирование титана используется в качестве предварительной обработки поверхности перед ионно-плазменным напылением слоя нитрида титана при изготовлении компрессорных лопаток для газовой и авиационной промышленности, для придания декоративного вида изделиям в ювелирной промышленности, а также при подготовке поверхности перед нанесением металлопокрытий.

Уровень техники.

Известен раствор для химического полирования титана методом погружения в полирующий раствор, содержащий HNO₃, HF, Н₂O₂ и Н₃РО₄ или раствор дополнительно насыщенный солью NH₄F·HF или NaF·HF [Пат. Японии Ватанабэ Норикадзу. Химическое полирование титана и его сплавов, кл. 12 АО, (С 09 К 13/08), №50-8689, заявл. 2.10.69., опубл. 07.04.75].

Недостатками аналога являются: сложный состав раствора, высокая агрессивность и трудность его корректировки.

Известен раствор для химического полирования титана методом погружения в полирующий раствор, содержащий H₂SO₄-400 мл/л, HF-200 мл/л, HNO₃-400 мл/л, время обработки 1-2 мин при температуре 80-90°С [Ямпольский Я.М., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. 3-е изд., перераб. и доп. Л: Машиностроение, 1981.].

Недостатками аналога являются: высокая агрессивность раствора и трудность его корректировки.

Известен раствор для химического полирования титана методом погружения в полирующий раствор, содержащий (в об.%) H₂SiF₆-33, HF-8, HNO₃-25, Н₃PO₄-17, СН₃СООН-17, время обработки 15-90 мин, температура 20°С (Пат. США Missel Leo. Химическое полирование титана и его сплавов, кл.252-79.3 (С 23 F 3/4) №3514407, заявл. 28.09.66., опубл. 26.0570].

Недостатками аналога являются: сложный состав раствора, высокая агрессивность, трудность его корректировки, а также длительная обработка.

Наиболее близким к заявляемому изобретению, т.е. прототипом, является раствор для химического полирования титана методом погружения в полирующий раствор, содержащий Н₂O₂ (30%-ная) 600 мл/л, HF (40-ная) 80-100 мл/л, остальное вода, время обработки 30-60 с [Липкин Я.Н., Бершадская Т.М. Химическое полирование металлов. М: Машиностроение, 1988]. После обработки титана ВТ1-0 в растворе при температуре 80-90°С в течении 30-60 с относительная степень сглаживания составляет 50-66%, при начальном значении шероховатости Ra=0,650 мкм, степень блеска 24-46%, съем металла 35-75 мкм. При данных условиях работоспособность раствора составляет 2-4 дм²/л.

Недостатками прототипа являются:

- большой съем металла

- низкая работоспособность полирующего раствора из-за быстрого расхода перекиси водорода при полировании.

Сущность изобретения.

Изобретательская задача состояла в разработке раствора для химического полирования титана, который позволил бы уменьшить съем металла и увеличить работоспособность полирующего раствора при сохранении качественных показателей поверхности деталей после полирования.

Поставленная задача достигается разработкой раствора для химического полирования титана, содержащего окислитель, фторсодержащее соединение и воду, который в качестве окислителя содержит гидроксиламин сернокислый [(NH₂OH)₂·H₂SO₄] или гидроксиламин солянокислый [NH₂OH·HCl], а в качестве фторсодержащего соединения аммоний фтористый кислый [NH₄F·HF] или кислую фторсодержащую соль щелочного металла: калий фтористый кислый [KF-HF] или натрий фтористый кислый [NaF·HF], при следующем соотношении компонентов, г/л:

Гидроксиламин сернокислый или гидроксиламин солянокислый200-250Фторсодержащее соединение60-80водадо литра

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Для реализации химического полирования титана методом погружения в растворе используют следующие вещества:

Гидроксиламин солянокислыйГОСТ 5456-79Гидроксиламин сернокислыйГОСТ 7298-79Аммоний фтористый кислыйГОСТ 9546-75Натрий фтористый кислыйТУ 6-09-5288-86Калий фтористый кислыйГОСТ 10067-80

Пример 1. Для приготовления 1 литра раствора для полирования титана 200 г гидроксиламина сернокислого и 60 г аммония фтористого кислого необходимо растворить в 600 мл дистиллированной воды при температуре 60-70°С и довести до 1 литра водой.

Пример 2. Для приготовления 1 литра раствора для полирования титана 225 г гидроксиламина солянокислого и 70 г натрия фтористого кислого необходимо растворить в 600 мл дистиллированной воды при температуре 60-70°С и довести до 1 литра водой.

Пример 3. Для приготовления 1 литра раствора для полирования титана 250 г гидроксиламина солянокислого и 80 г калия фтористого кислого необходимо растворить в 600 мл дистиллированной воды при температуре 60-70°С и довести до 1 литра водой.

Химическое полирование титана ВТ 1-0 реализуется методом погружения в полирующий раствор при перемешивании раствора или при покачивании титановых деталей при температуре 80-90°С в течении 60-90 с, с последующей промывкой в холодной воде.

Съем металла определяли весовым методом, т.е. по убыли массы образца с известной площадью и рассчитывали по формуле:

где h - съем металла мкм, m - масса растворившегося металла, г, S - обрабатываемая поверхность образца, см², ρ - плотность титана, равная 4,5 г/см²; работоспособность определяли путем поочередной обработки в 1 литре раствора полирования образцов площадью 1 дм², с последующим измерением параметров полированной поверхности (степень блеска и относительную степень сглаживания) и раствор считался работоспособным, если параметры полированной поверхности отличались от параметров первого обработанного образца не более чем на 15-20%; степень блеска измеряли с помощью блескомера фотоэлектрического ФБ-2; относительную степень сглаживания рассчитывали по формуле:

где Ra и Rh - исходное и конечное значение параметра шероховатости, соответственно, в мкм, значение шероховатости измеряли при помощи профилографа-профилометра "Калибр"-252.

Таблица
Параметры поверхности титана после полирования в разработанном растворе и в прототипе№ примера п/пСъем, мкмРаботоспособность раствора, дм²/лСтепень блеска, %Относительная степень сглаживания, %Исходное значение шероховатости, мкм.112-186-830-4260-750,650215-226-835-4561-780,650318-266-940-5063-790,650Прототип35-752-424-4650-660,650

Таким образом, из представленной таблицы видно, что изобретение позволяет: уменьшить съем металла в 2-3 раза, увеличить работоспособность раствора при полировании более чем в 1,5 раза, увеличить относительную степень сглаживания на 10-14%.

Изобретение относится к области химического полирования металлов и может быть использовано для предварительной обработки поверхности изделий из титана перед ионно-плазменным напылением слоя нитрида титана при изготовлении компрессорных лопаток для газовой и авиационной промышленности, для придания декоративного вида изделий в ювелирной промышленности, а также при подготовке поверхности перед нанесением металлопокрытий. Раствор содержит окислитель, фторсодержащее соединение и воду, при этом в качестве окислителя содержит гидроксиламин сернокислый [(NH₂OH)₂·H₂SO₄] или гидроксиламин солянокислый [NH₂OH·HCl], а в качестве фторсодержащего соединения аммоний фтористый кислый [NH₄F·HF] или кислую фторсодержащую соль щелочного металла: калий фтористый кислый [KF·HF] или натрий фтористый кислый [NaF·HF], при следующем соотношении компонентов, г/л: гидроксиламин сернокислый или гидроксиламин солянокислый 200-250, фторсодержащее соединение 60-80, вода до 1 литра. Изобретение позволяет: уменьшить съем металла в 2-3 раза, увеличить работоспособность раствора при полировании более чем в 1,5 раза, увеличить относительную степень сглаживания на 10-14%. 1 табл.

Раствор для химического полирования титана, включающий окислитель, фторсодержащее соединение и воду, отличающийся тем, что в качестве окислителя содержит гидроксиламин серно-кислый или гидроксиламин соляно-кислый, а в качестве фторсодержащего соединения аммоний фтористый кислый или кислую фторсодержащую соль щелочного металла, при следующем соотношении компонентов, г/л:

Гидроксиламин серно-кислый или гидроксиламин соляно-кислый200-250Фторсодержащее соединение60-80ВодаДо 1 л