СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2012 года по МПК C25F1/00 C23C16/02 

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхности токопроводящего проката и может найти применение при осуществлении технологических операций очистки и травления металлов и сплавов.

Известен способ обработки поверхности, включающий воздействие на поверхность изделия-катода электроразрядной плазмой при принудительной подаче электролита в межэлектродное пространство между катодом и анодом, причем анод устанавливают эквидистантно обрабатываемой поверхности. (RU 96104583 A, C25D 5/00, опубликовано 27.02.1998 г.)

Недостатком известного способа является образование дефектов поверхности на стадии подъема напряжения до величины зажигания плазменных разрядов U_KP на поверхности изделия, поскольку подъем напряжения идет при высоких плотностях тока с выделением значительной энергии. При повышенных температурах и возникновении плазменных разрядов формируется вспененный электролит, обладающий значительным сопротивлением, что обеспечивает возникновение плазменных разрядов на поверхности изделия при более низких плотностях тока. Это резко снижает вероятность образования прожогов и других дефектов на поверхности изделия, снижающих качество обработки.

Наиболее близким по сущности и достигаемому техническому результату является способ электролитно-плазменной обработки поверхности токопроводящего проката на катоде, включающий протягивание изделия через реактор электролитно-плазменной обработки, корпус которого выполнен из токонепроводящего материала с образованием верхней и нижней симметричных зон реактора, прокачивание потока электролита через верхнюю и нижнюю зоны реактора и затем через отверстия в его анодах, запуск плазменного процесса путем повышения напряжения на анодах и обработку поверхности изделия в прокачиваемом электролите. По известному способу электролит получают в отдельных секциях подготовки в виде пены и затем принудительно прокачивают через анод с отверстиями через реакционную камеру (реактор). Формирование вспененного электролита ведут при пропускании через электролит постоянного электрического тока при напряжении 150±20 В. (RU 2149930, C25F 1/00, опубликовано 27.05.2000 г.)

Недостатком известного способа являются значительные затраты электроэнергии и сложность формирования горячего электролита с температурой, по меньшей мере, 75-80°С. Кроме того, при прекращении стационарного хода известного способа по самым различным причинам (резкое увеличение потока электролита, падение напряжения на анодах, вынужденная остановка технологической линии по производственным причинам с отключением реактора от источника электропитания и т.д.) сложно за минимальное время вновь запустить процесс зажигания плазменных разрядов. Возобновление обработки поверхности токопроводящего проката занимает достаточно большое время, что снижает производительность способа, приводит к увеличению расхода электроэнергии на подогрев электролита.

Задачей и техническим результатом изобретения является снижение потерь времени, расхода электроэнергии и дефектов поверхности из-за локального тепловыделения при обработке токопроводящих изделий. Кроме того, обработку поверхности изделий можно осуществить без предварительного нагрева электролита.

Технический результат достигается тем, что способ управления электролитно-плазменной обработкой поверхности токопроводящих изделий включает протягивание изделия через реактор электролитно-плазменной обработки, корпус которого выполнен из токонепроводящего материала с образованием верхней и нижней симметричных зон реактора, прокачивание потока электролита через верхнюю и нижнюю зоны реактора и затем через отверстия в его анодах, запуск плазменного процесса путем повышения напряжения на анодах и обработку поверхности изделия в прокачиваемом электролите, при этом при повышении напряжения в пространство между анодами и изделием через форсунки подают под давлением газ, подачу которого при достижении устойчивого плазменного процесса снижают до полного прекращения подачи и увеличивают расход электролита до рабочего уровня.

Технический результат также достигается тем, что в качестве газа используют углекислый газ, инертные газы или азот.

Осуществление способа по изобретению можно проиллюстрировать на примере с использованием установки электролитно-плазменной обработки, представленной на фиг.1, где:

1 - реактор;

2 - токонепроводящие трубы подачи электролита;

3 - аноды с отверстиями;

4 - запорные ролики;

5 - провода;

6 - входы системы сопел форсунок;

7 - обрабатываемое токопроводящее изделие;

8 - нижняя и верхняя зоны реактора 1;

9 - пространство между анодами 3 и поверхностью изделия 7;

10 - трубопровод;

11 - заземляющие ролики.

Через реактор 1 установки электролитно-плазменной обработки, корпус которого состоит из верхней и нижней симметричных зон, выполненных из токонепроводящего материала, в направлении D протягивают обрабатываемое токопроводящее изделие 7: стальной лист, пруток, проволока, сортовой стальной прокат и т.д. Из внешней гидравлической сети на вход А токонепроводящих труб 2 подают электролит, который прокачивают через реактор 1, подавая электролит сначала в верхнюю и нижнюю симметричную зоны 8 реактора, а затем через отверстия в анодах 3 реактора - в пространство 9 между анодами 3 и соответствующими поверхностями изделия 7. Потери электролита, а также непредусмотренный выход газов и паров, образующихся при осуществлении способа, предотвращают запорными роликами 4. Выход отработанного электролита, паров и газов осуществляют через отверстия в торце корпуса реактора 1 и трубопровод 10, который выходом С соединен с преемниками и баком отработанного электролита. Для обеспечения функционирования электролитно-плазменной обработки поверхности изделия 7 через реактор 1 непрерывно прокачивают электролит.

Аноды 3 подключают к положительному полюсу постоянного или однополярного импульсного источника тока с помощью проводов 5. Электрическую цепь замыкают через токопроводящий электролит, находящийся в реакторе 1, токопроводящее изделие 7, заземляющие ролики 11 и заземление отрицательного полюса источника тока.

При повышении напряжения, подаваемого на аноды от внешнего источника электрического тока, через входы В системы сопел 6 форсунок из внешней сети в пространство 9 между анодами 3 и изделием 7 подают под давлением газ, который вспенивает электролит, тем самым увеличивая электрическое сопротивление электролита между анодами 3 и соответствующими поверхностями обрабатываемого изделия 7. Поэтому достижение напряжения зажигания микроплазменных разрядов U_KP и запуск плазменного процесса на поверхности обрабатываемого изделия 7 происходит при более низких плотностях тока и при любой температуре вспененного электролита, в том числе и при температуре менее 80°С. Возобновление плазменного процесса также легко происходит после внезапных остановок протягивания изделия 7, а также при резких увеличениях скорости протягивания изделия 7, отключении тока, т.е. в ситуациях, требующих повторных запусков плазменного процесса.

Запуск плазменного процесса осуществляют путем ручного управления подачей газа в реактор 1 через систему сопел 6 форсунок с одновременным управлением величиной напряжения на аноде или с использованием автоматической системой управления всем процессом электролитно-плазменной обработки изделий.

При достижении устойчивого плазменного процесса обработки изделия подачу газа снижают до полного прекращения подачи и увеличивают расход электролита через реактор 1 до рабочего уровня.

В случае обработки поверхности токопроводящих изделий с целью удаления окалины, оксидных пленок или технологической смазки эффективнее использовать в качестве электролита водный раствор бикарбоната натрия, а в качестве газа - углекислый газ СО₂. В случае обработки поверхности изделий с использованием водных растворов солей цинка, алюминия, никеля (ZnSO₄, Al₂(SO₄)₃, NiSO₄) и т.д. с образованием защитных покрытий эффективнее использовать в качестве газа азот или инертные газы.

Для обработки стальной ленты из стали 08КП толщиной 1 мм и шириной 200 мм в 10% растворе бикарбоната натрия с температурой 65-70°С в реакторе с межэлектродным зазором 10 мм напряжение устойчивого плазменного процесса составило 125-135 В при скорости его повышения 25-30 В/мин, а расходы электролита и углекислого газа составили 5-8 л/мин и 4-7 л/мин соответственно. Скорость движения ленты обеспечивала время обработки поверхности 0,2-0,5 сек. При этом давление углекислого газа в магистрали форсунки диаметром 0,2-0,3 мм составило 3-4 атм., а давление вспененного электролита внутри реактора - 1,1-1,2 атм.

Изобретение относится к области электролитно-плазменной обработки поверхности токопроводящего проката и может найти применение при осуществлении технологических операций очистки и травления металлов и сплавов. Способ включает протягивание изделия через реактор электролитно-плазменной обработки, корпус которого выполнен из токонепроводящего материала, с образованием верхней и нижней симметричных зон реактора, прокачивание потока электролита через верхнюю и нижнюю зоны реактора и затем через отверстия в его анодах, запуск плазменного процесса путем повышения напряжения на анодах и обработку поверхности изделия в прокачиваемом электролите. При повышении напряжения в пространство между анодами и изделием через форсунки подают под давлением газ, расход которого при достижении устойчивого плазменного процесса снижают до полного прекращения подачи и увеличивают расход электролита до рабочего уровня. Технический результат: снижение потерь времени, расхода электроэнергии и дефектов поверхности, кроме того, обработку можно производить без предварительного нагрева электролита. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления электролитно-плазменной обработкой поверхности токопроводящих изделий, включающий протягивание изделия через реактор электролитно-плазменной обработки, корпус которого выполнен из токонепроводящего материала, с образованием верхней и нижней симметричных зон реактора, прокачивание потока электролита через верхнюю и нижнюю зоны реактора и затем через отверстия в его анодах, запуск плазменного процесса путем повышения напряжения на анодах и обработку поверхности изделия в прокачиваемом электролите, отличающийся тем, что при повышении напряжения в пространство между анодами и изделием через форсунки подают под давлением газ, расход которого при достижении устойчивого плазменного процесса снижают до полного прекращения подачи и увеличивают расход электролита до рабочего уровня.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа используют углекислый газ, инертные газы или азот.