СПОСОБ ИОННОГО ПОЛИРОВАНИЯ ДЕТАЛИ Российский патент 2020 года по МПК C25F3/16 

Изобретение относится к технологии электрополирования поверхностей деталей из металлов и сплавов и может быть использовано для обработки поверхностей лопаток турбомашин для повышения их эксплуатационных характеристик.

С повышением шероховатости поверхности ответственных металлических деталей, работающих в условиях воздействия значительных знакопеременных нагрузок, например валов, лопаток газовых турбин и т.п., резко снижаются их эксплуатационные характеристики. Качество обработки поверхности пера лопаток существенно влияет на их прочностные характеристики, так например, повышение класса чистоты поверхности способствует увеличению предела выносливости и статической прочности лопаток (В.Ф. Макаров, Е.Н. Бычина, А.О. Чуян. Математическое моделирование процесса полирования лопаток газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология. №8 (85), 2011, с.11-14). Развитая шероховатость поверхности лопаток газовых турбин приводит к ухудшению газодинамической устойчивости газотурбинного двигателя (ГТД), к возрастанию аэродинамических потерь, приводящих к снижению КПД, к потере мощности, росту удельных расходов и к снижению экономичности двигателя или газотурбинной установки.

В то же время производство и ремонт лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и установок (ГТУ), в связи с высокими требованиями к качеству поверхности (Ra ≤ 0,32-0,16 мкм), характеризуется значительной трудоемкостью их финишной обработки. Это вызывает проблемы при механической обработке поверхностей деталей турбомашин. В этой связи развитие способов получения высококачественных поверхностей деталей турбомашин является весьма актуальной задачей.

Известен способ полирования поверхности детали кругом, при котором детали (лопатке турбины) сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно инструмента (А.С. СССР №1732604. МПК B24B 19/14. Способ полирования пера лопаток ГТД лепестковым кругом. Опубл. Бюл. № 1, 2014 г.), в котором полирование производят с деформацией лепесткового круга.

Известен также способ обработки, позволяющий полировать криволинейную кромку пера лопаток газовой турбины заправленным по радиусу полировальным кругом, движущимся вдоль пера лопатки (Патент РФ №2379170. МПК B24B 19/14. Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей. Опубл. 2010 г.).

Однако применение в известных способах полирования поверхности детали механического воздействия вызывает ухудшение параметров качества поверхностного слоя материалов, что приводит к снижению ее эксплуатационных характеристик, особенно в случаях обработки таких деталей как лопатки турбины с тонким пером.

Наиболее перспективными методами обработки деталей сложной формы, в частности лопаток турбомашин являются электрохимические методы полирования поверхностей [Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. Л., Машиностроение, 1987], при этом наибольший интерес для рассматриваемой области представляют методы электролитно-плазменного полирования (ЭПП) деталей [например, Патент ГДР (DD) №238074 (А1), МПК C25F 3/16, опубл. 06.08.1986].

Известен также способ полирования металлических поверхностей, включающий анодную обработку в электролите [Патент РБ №1132, МПК C25F 3/16, опубл. 1996, БИ №3], а также способ электрохимического полирования [Патент США №5028304, МПК B23H 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, опубл. 02.07.1991].

Однако известные способы электрополирования не позволяют производить однородную обработку поверхности детали из металлического сплава, особенно деталей сложной формы.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ полирования металлической детали, заключающийся в заполнении электропроводящими гранулами рабочего контейнера, выполненного из электропроводного материала, закрепление детали на держателе, погружении детали в электропроводящие гранулы, заполняющие контейнер, подключении детали к аноду, а контейнера к катоду [ WO2017186992 - |Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method. Опубл. 2017.11.02].

Однако известный способ-прототип [WO2017186992] обладает низкой надежностью и не может быть использован для обработки поверхности ответственных деталей, таких как лопатки турбомашин, поскольку происходит хаотичное взаимодействие поверхности с гранулами, что приводит к неоднородной обработки поверхности, приводящих к снижению эксплуатационных характеристик обработанных деталей.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества и надежности обработки металлических деталей, особенно деталей сложной формы, таких как лопатки турбомашин, а также возможность обеспечения заданного радиуса скругления входных и выходных кромок пера лопатки.

Техническим результатом изобретения является повышение качества и надежности обработки поверхности металлической детали за счет повышения однородности обработки ее поверхности, снижения вероятности появления дефектов, уменьшения ее шероховатости и скругления кромок пера лопатки.

Технический результат достигается за счет того, что в способе ионного полирования детали, включающем осуществление контакта обрабатываемой поверхности детали с электропроводящей средой и электропроводящей среды с, по крайней мере одним, электродом, подачу противоположного по знаку электрического потенциала на деталь и электрод, в отличие от прототипа, в качестве электропроводящей среды используют ленту, выполненную из волокон анионитов, пропитанных раствором электролита, обеспечивающего электропроводность упомянутой ленты и ионный унос металла с поверхности детали с удалением с обрабатываемой поверхности детали микровыступов, а электрод располагают внутри ленты, обеспечивая отсутствие прямого контакта между электродом и обрабатываемой деталью, обеспечивают контакт полируемой поверхности детали с лентой, приводят в движение ленту относительно поверхности обрабатываемой детали, подают на деталь и на электрод противоположные по знаку электрические потенциалы, обеспечивающие ионный унос металла с поверхности обрабатываемой детали и ее полирование до получения заданной шероховатости обрабатываемой поверхности детали.

Кроме того возможны следующие, дополнительные приемы выполнения способа: в качестве электрода используют гибкую металлическую сетку, а в качестве анионитов волокон ленты используют ионообменные смолы полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола, причем размеры поперечного сечения волокон выбирают из диапазона от 0,05 до 0,6 мм при их длине от 4 мм до 45 мм, а обработку лентой проводят подавая на деталь положительный, а на ленту отрицательный электрический потенциал от 12 до 35 В, причем при перемещении ленты относительно обрабатываемой поверхности детали, деталь дополнительно проводят в вибрационное движение частотой 50-400 Гц, обеспечивающее равномерное взаимодействие между лентой и обрабатываемой поверхностью детали; обработку лентой проводят в импульсном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 до 250 Гц, период импульсов от 4,3 до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 до 120 А и его длительности 0,2 до 1,4 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса от 25 до 40% от используемой амплитуды тока положительной полярности, и его длительности 0,1 до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 до 70 мкс; в качестве детали используют лопатку турбомашины, выполненную из легированной стали, а в качестве электролитов для пропитки ленты используют один из следующих водных растворов: или NH₄F, концентрацией от 6 до 24 г/л, или NaF, концентрацией от 4 до 18 г/л, или KF концентрацией от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л и KF - от 30 до 50 г/л, или смеси NaF и KF при содержании NaF - от 3 до 14 г/л и KF - от 35 до 60 г/л, или смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F - от 4 до 12 г/л и NaF - от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F , NaF и KF при содержании NH₄F - от 3 до 9 г/л и KF - от 20 до 30 г/л, и NaF - от 10 до 25 г/л, или смеси NH₄F и HF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л и HF - от 3 до 5 г/л, или от 8 до 14% водном растворе NaNO₃, или в электролите состава, мас.%: (NH₄)₂SO₄ - 5; Трилон Б - 0,8, или в электролите, содержащем серную и орт-фосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Серная кислота 10-30 Ортофосфорная кислота 40-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 Натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 Вода Остальное

Причем лопатку турбомашины дополнительно приводят в возвратно-поступательное движение относительно ее продольной оси; в качестве детали используют лопатку турбомашины, выполненную из титанового сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутой ленты используют один из следующих водных растворов: водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 8 до 14 г/л и KF - от 36 до 48 г/л, или водный раствор с содержанием 30 - 50 г/л KF⋅2H₂O и 2 - 5 г/л CrO₃; в качестве детали используют лопатку турбомашины, выполненную из никелевого сплава, а в качестве электролита для пропитки ленты используют один из следующих водных растворов: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 6,0 - 9,0 г/л, или водный раствор сульфата аммония с концентрацией 0,8-3,4 г/л или водный раствор, содержащий серную и орто-фосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Серная кислота 10-30 Ортофосфорная кислота 40-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 Натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 Вода Остальное

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана обрабатываемая деталь, охваченная по обрабатываемой поверхности лентой с сетчатым электродом. На фиг.2 показано схематическое расположение в поперечном сечении полируемой детали обрабатываемая движущаяся лентой из волокон-анионитов с сетчатым электродом. Фигуры 1 и 2 содержат: 1 - обрабатываемая деталь; 2 - электрод; 3 - лента из волокон-анионитов, пропитанных электролитом; 4 - прижимное устройство; 5 - разделительная перегородка; 6 - источник электропитания; 7 - барабан с лентой; 8 - держатель (стрелками обозначены направление движения ленты).

Заявляемый способ ионного полирования детали, в частности поверхности пера лопатки в процессе его изготовления или восстановительного ремонта осуществляется следующим образом.

На держателе 8 закрепляют деталь 1 (фиг.1 и фиг.2) и размещают ее во прижимном устройстве 4 таким образом, чтобы электрод 2 и обрабатываемая деталь 1 не касались друг друга. При этом, между деталью 1 и прижимным устройством 4 оставляют зазор, обеспечивающий свободное перемещение в нем ленты 3 при обеспечении контакта с деталью 1. Деталь 1 с сетчатым электродом 2 помещают в рабочую камеру установки для полирования (не показано), заводят ленту 3 в зазор между деталью 1 и прижимным устройством 4, обеспечивая постоянное перемещение ленты 3 в указанном зазоре (фиг.1) (например, ее перемоткой с одной бобины 7 на другую). При этом, в ленте 3 поддерживается требуемый уровень содержания электролита. Для интенсификации процесса ленту 3 и/или деталь 1 можно дополнительно приводить в вибрационное движение. На обрабатываемую деталь 1 и электрод 2 подается электрический потенциал и включают привод устройства (барабан 7) для перемещения ленты 3 в зазоре между деталью 1 и прижимным устройством 4 и проводят полирование поверхности детали 1 до получения заданной шероховатости поверхности а, при обработке пера лопатки - радиуса закругления входной и выходной кромок пера. После окончания обработки готовую деталь 1 вынимают и складывают в тару для хранения. При этом, в зависимости от конфигурации детали 1 можно использовать различные варианты сетчатого электрода 2 .

Электрополирование детали 1 (фиг.1) проводят посредством протекания электрохимических процессов (ионного уноса материала детали 1) между деталью 1 и электродом 2 через ленту 3, выполненную из волокон анионитов, пропитанных раствором электролита, обеспечивающего электропроводность ленты 3 и ионный унос металла с поверхности детали 1 с удалением с нее микровыступов.

В качестве анионитов для ленты 3 используют ионообменные смолы полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола. Размеры поперечного сечения волокон выбирают из диапазона от 0,05 до 0,6 мм при их длине от 4 мм до 45 мм.

Электрополирование лентой 3 проводят либо подавая на деталь 1 положительный, а на электрод 2 отрицательный электрический потенциал, величиной от 12 до 35 В, либо в импульном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 до 100 Гц, периода импульсов от 50 мкс до 10 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса +50 А и их длительности 0,4 до 0,8 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса - 20 А, и их длительности 0,2 до 0,4 мкс, при прямоугольной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 49,6 мкс до 9,2 мкс.

При полировании лопатки турбомашины (детали 1), выполненной из легированной стали, в качестве электролита для пропитки ленты 3 из анионитов используют один из следующих водных растворов: NH₄F с концентрацией от 6 до 24 г/л, или NaF с концентрацией от 4 до 18 г/л, или KF с концентрацией от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л и KF - от 30 до 50 г/л, или смеси NaF и KF при содержании NaF - от 3 до 14 г/л и KF - от 35 до 60 г/л, или смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F - от 4 до 12 г/л и NaF - от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F , NaF и KF при содержании NH₄F - от 3 до 9 г/л и KF - от 20 до 30 г/л, и NaF - от 10 до 25 г/л, или смеси NH₄F и HF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л и HF - от 3 до 5 г/л, или от 8 до 14% водном растворе NaNO₃, или в электролите состава, мас.%: (NH₄)₂SO₄ - 5, Трилон Б - 0,8, или в электролите, содержащем серную и ортофосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Серная кислота 10-30 Ортофосфорная кислота 40-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 Натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 Вода Остальное

При полировании лопатки турбомашины, выполненной из титанового сплава, в качестве электролита для пропитки ленты 3 из анионитов используют один из следующих водных растворов: водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 8 до 14 г/л и KF - от 36 до 48 г/л, или водный раствор с содержанием 30 - 50 г/л KF⋅2H₂O и 2 - 5 г/л CrO₃.

При полировании лопатки турбомашины, выполненной из никелевого сплава, в качестве электролита для пропитки ленты 3 из анионитов используют один из следующих водных растворов: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 6,0 - 9,0 г/л, или водный раствор сульфата аммония с концентрацией 0,8-3,4 г/л или водный раствор, содержащий серную и ортофосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Серная кислота 10-30 Ортофосфорная кислота 40-80 Блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 Натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 Вода Остальное

Процесс полирования осуществляют до получения заданной величины шероховатости поверхности детали 1.

Движение ленты 3 через зазор и ее вибрация позволяют обеспечить равномерную обработку всей поверхность детали 1 и тем самым повышают качество и однородность свойств ее поверхности, а кроме того, при обработке деталей типа пера лопатки, обеспечить финишную размерную обработку входной и выходной кромок лопатки. Перемещение ленты 3 позволяет осуществлять равномерный контакт, а следовательно и обработку поверхности детали 1, в то время как использование гранул, как это осуществляется в прототипе [WO2017186992] , приводит к образованию точечных дефектов, вызванных прилипанием гранул к обрабатываемой поверхности детали.

При осуществлении способа происходят следующие процессы. При движении ленты 3 происходят ее одновременный контакт с обрабатываемой поверхностью детали 1 и расположенном внутри ленты 3 электродом 2, создавая равномерные условия протекания электрохимических процессов при полировании детали 1. При этом ионный унос материала с обрабатываемой поверхности между деталью 1 (анодом) и лентой 3 (катодом) происходят за счет контакта волокон-анионитов ленты 3 с находящимся под отрицательным потенциалом электродом 2 (катодом). При столкновениях ленты 3 с микровыступами на обрабатываемой поверхности детали 1 происходит ионный унос массы с микровыступов, в результате чего происходит выравнивание поверхности, уменьшается ее шероховатость и происходит полирование поверхности.

Были проведены также следующие исследования по полированию деталей (лопаток турбомашин) из легированых сталей, никелевых и титановых сплавов. Неудовлетворительным результатом (Н.Р.) считался результат, при котором на полируемой поверхности не наблюдался эффект полирования, а при обработке деталей типа пера лопатки - не происходило скругление кромок детали. При отсутствии дефектов на поверхности детали результат признавался удовлетворительным (У.Р.)

Во всех случаях, следующие режимы обработки деталей оказались универсальными.

Лента, выполненная из волокон анионитов размерами

- поперечного сечения волокон (0,03 мм (Н.Р.), 0,05 мм (У.Р.), 0,1 мм (У.Р.), 0,2 мм (У.Р.), 0,4 мм (У.Р.), 0,6 мм (У.Р.), 0,8 мм (Н.Р.));

- длина волокон от 4 мм до 45 мм (3 мм (Н.Р.), 5 мм (У.Р.), 10 мм (У.Р.), 25 мм (У.Р.), 45 мм (У.Р.), 60 мм (Н.Р.));

Применяемые аниониты - ионообменные смолы полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола. Марки использованных в предлагаемом изобретении анионитов на основе синтетических смол: Анионит 17-8ЧС , Анионит Purolite A520E , Lewatit S 6328 A (на основе сополимера стирол-дивинилбензола), «Lewatit М500», «Lewatit MonoPlus MК 51», «Lewatit MonoPlus MP 68 », Purolite C150E, Purolite A-860 (макропористая сильноосновная анионообменная смола основанная на акрилатах), анионит сульфированный сополимер стирол-дивинилбензола. Перечисленные аниониты пропитанные вышеприведенными составами электролитов, показали положительный результат при полировании лопаток из легированных сталей.

При обработке использовались вибрационное движение детали с частотой от 50 - 400 Гц: 40 Гц (Н.Р.), 50 Гц (У.Р.), 100Гц (У.Р.), 150 Гц (У.Р.), 250 Гц (У.Р.), 300 Гц (У.Р.), 350 Гц (У.Р.), 400 Гц (У.Р.), 450 Гц (Н.Р.) и амплитудой 1,0 до 6,0 мм (0,5 мм - Н.Р., 1,0 мм - У.Р., 2,0мм - У.Р., 3,0 мм - У.Р., 4,0 мм - У.Р., 5,0 мм - У.Р., 6,0 мм - У.Р., 7,0 мм - Н.Р.).

При импульсном режиме со сменой полярности:

- диапазон частот импульсов от 20 до 100 Гц: 15Гц (Н.Р.), 20Гц (У.Р.), 40Гц (У.Р.), 60Гц (У.Р.), 80Гц (У.Р.), 100Гц (У.Р.), 120Гц (Н.Р.)

- период импульсов от 50 мкс до 10 мкс,: 60 мкс (Н.Р.), 50 мкс (У.Р.), 40 мкс (У.Р.), 30 мкс (У.Р.), 20 мкс (У.Р.), 10 мкс (У.Р.), 5 мкс (Н.Р.);

- амплитуда тока положительной полярности во время импульса +50 А и их длительности 0,4 мкс до 0,8 мкс : 0,2 мкс (Н.Р.), 0,4 мкс (У.Р.), 0,6 мкс (У.Р.), 0,8 мкс (У.Р.), 10,0 мкс (Н.Р.);

- при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса - 20 А, и их длительности 0,2 мкс до 0,4 мкс, 0,1 мкс (Н.Р.), 0,2 мкс (У.Р.), 0,3 мкс (У.Р.), 0,4 мкс (У.Р.), 0,5 мкс (Н.Р.);

- при прямоугольной форме выходных импульсов тока(У.Р.),

- и длительности пауз между импульсами от 49,6 мкс до 9,2 мкс - (У.Р.) выход за пределы диапазона - (Н.Р.).

При режиме без смены полярности: электрополирование проводили, подавая на деталь положительный, а на электрод ленты - отрицательный электрический потенциал от 12 до 35 В: 8 В (Н.Р.), 12 В (У.Р.), 20 В (У.Р.), 30 В (У.Р.), 35 В (У.Р.), 45 В (Н.Р.),

Первая группа: детали из легированных сталей.

Обработке подвергались детали (образцы и лопатки) из легированных сталей ЭП718-ИД, ВЖ105-ИД, ЭП718-ПД, ВЖ105-ПД.

Условия обработки по предлагаемому способу.

Применяемые электролиты для пропитки ленты, выполненной из анионитов:

1) NH₄F, концентрацией от 6 до 24 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F от 6 до 24 г/л дает отрицательный результат);

2) NaF, концентрацией от 4 до 18 г/л, (выход за пределы концентраций от 4 до 18 г/л дает отрицательный результат);

3) KF концентрацией от 35 до 55 г/л, (выход за пределы концентраций от 35 до 55 г/л дает отрицательный результат);

4) смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F - от 5 до 15 г/л дает отрицательный результат) и KF - от 30 до 50 г/л (выход за пределы концентраций KF - от 30 до 50 г/л дает отрицательный результат),

5) смеси NaF и KF при содержании NaF - от 3 до 14 г/л (выход за пределы концентраций NaF - от 3 до 14 г/л дает отрицательный результат), и KF - от 35 до 60 г/л (выход за пределы концентраций KF - от 35 до 60 г/л, дает отрицательный результат),

6) смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F - от 4 до 12 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F - от 4 до 12 г/л, дает отрицательный результат) и KF - от 35 до 55 г/л (выход за пределы концентраций KF - от 35 до 55 г/л дает отрицательный результат),

7) смеси NH₄F , NaF и KF при содержании NH₄F - от 3 до 9 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F - от 3 до 9 г/л дает отрицательный результат), и KF - от 20 до 30 г/л, (выход за пределы концентраций KF - от 20 до 30 г/л дает отрицательный результат), и NaF - от 10 до 25 г/л (выход за пределы концентраций NaF - от 10 до 25 г/л дает отрицательный результат),

8) смеси NH₄F и HF при содержании NH₄F - от 5 до 15 г/л (выход за пределы концентраций NH₄F - от 5 до 15 г/л дает отрицательный результат), и HF - от 3 до 5 г/л (выход за пределы концентраций HF от 3 до 5 г/л дает отрицательный результат),

9) от 8 до 14% водном растворе NaNO₃ (выход за пределы концентраций NaNO₃ от 8 до 14% дает отрицательный результат).

Вторая группа: детали (образцы и лопатки) из титановых сплавов марок ВТ9, ВТ-1, ВТ3-1, ВТ8. Лопатки обрабатывали лентой из волокон анионитов, пропитанных электролитом состава водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F - от 8 до 14 г/л и KF - от 36 до 48 г/л и проводили полирование при плотности тока 1,2 до 1,8 А/см² до достижения минимально возможной шероховатости поверхности.

Условия обработки по предлагаемому способу.

Состав электролита: водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F (6 г/л - Н.Р., 8 г/л - У.Р., 10 г/л - У.Р., 12 г/л - У.Р., 14 г/л - У.Р., более14 г/л- Н.Р.) и KF ( 32 г/л - Н.Р., 36 г/л - У.Р., 42 г/л - У.Р., 45 г/л - У.Р., 48 г/л - У.Р., 52 г/л - Н.Р.)

Третья группа: детали (образцы и лопатки) из никелевых сплавов марок ЖС6У, ЖС32. Лопатки обрабатывали лентой из волокон анионитов, пропитанными электролитом, с сетчатым электродом, проводили полирование при плотности тока 1,5 до 2,1 А/см² до достижения минимально возможной шероховатости поверхности.

Условия обработки по предлагаемому способу.

Лента, пропитанная электролитом состава: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 6 - 9,0 г/литр (5,0 г/литр (Н.Р.), 6,0 г/литр (У.Р.), 7,0 г/литр (У.Р.), 8,0 г/литр (У.Р.), 10,0 г/литр (У.Р.), 12,0 г/литр (Н.Р.) ) и при плотности тока 1,5 до 2,1 А/см² (1,3 А/см² (Н.Р.), 1,5 А/см² (У.Р.), 1,6 А/см² (У.Р.), 1,9 А/см² (У.Р.), 2,1 А/см² (У.Р.), 2,3 А/см² (Н.Р.)).

По сравнению с известным способом полирования [WO2017186992] при обработке деталей сложной формы из легированных сталей, никелевых и титановых сплавов по предлагаемому способу образование дефектов в виде неполированных участков поверхности, практически не наблюдалось, в то время как при обработке по известному способу полирования [WO2017186992] происходило образование дефектов в виде локальных необработанных участков и точечных дефектов (в результате налипания и припайки гранул). В среднем, при обработке по способу-прототипу [WO2017186992] наблюдалось около 14% случает возникновения дефекта от количества всех обработанных деталей (легированные стали - 17 %, никелевые сплавы - 12%, титановые сплавы - 14%).

Таким образом, предложенный способ ионного полирования детали позволил достигнуть поставленного в изобретении технического результата - повышения качества и надежности обработки поверхности металлической детали за счет повышения однородности обработки ее поверхности, снижения вероятности появления дефектов, уменьшения ее шероховатости и скругления кромок пера лопатки.

Изобретение относится к технологии электрополирования поверхностей деталей из металлов и сплавов, и может быть использовано для обработки поверхностей лопаток турбомашин для повышения их эксплуатационных характеристик. Способ включает осуществление контакта обрабатываемой поверхности детали с электропроводящей средой и электропроводящей среды с электродом, подачу противоположного по знаку электрического потенциала на деталь и электрод. В качестве электропроводящей среды используют ленту, выполненную из волокон анионитов, пропитанных раствором электролита, обеспечивающего электропроводность ленты и ионный унос металла с поверхности детали с удалением с обрабатываемой поверхности детали микровыступов, а электрод располагают внутри ленты, обеспечивая отсутствие прямого контакта между электродом и деталью, обеспечивают контакт полируемой поверхности детали с лентой, приводят в движение ленту относительно поверхности детали, подают на деталь и на электрод противоположные по знаку электрические потенциалы и полируют до получения заданной шероховатости обрабатываемой поверхности детали. Технический результат: повышение качества и надежности обработки детали. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ионного полирования детали, включающий осуществление контакта обрабатываемой поверхности детали с электропроводящей средой и электропроводящей среды с, по крайней мере одним, электродом, подачу противоположного по знаку электрического потенциала на деталь и упомянутый электрод, отличающийся тем, что в качестве электропроводящей среды используют ленту, выполненную из волокон анионитов, пропитанных раствором электролита, обеспечивающего электропроводность упомянутой ленты и ионный унос металла с поверхности детали с удалением с обрабатываемой поверхности детали микровыступов, а упомянутый электрод располагают внутри упомянутой ленты, обеспечивая отсутствие прямого контакта между упомянутым электродом и обрабатываемой деталью, обеспечивают контакт полируемой поверхности детали с упомянутой лентой, приводят в движение упомянутую ленту относительно поверхности обрабатываемой детали, подают на деталь и на упомянутый электрод противоположные по знаку электрические потенциалы, обеспечивающие ионный унос металла с поверхности обрабатываемой детали и ее полирование до получения заданной шероховатости обрабатываемой поверхности детали.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве упомянутого электрода используют гибкую металлическую сетку, а в качестве анионитов упомянутых волокон ленты используют ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации, либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола, причем размеры поперечного сечения волокон выбирают из диапазона от 0,05 до 0,6 мм при их длине от 4 мм до 45 мм, а обработку упомянутой лентой проводят подавая на деталь положительный, а на упомянутую ленту отрицательный электрический потенциал от 12 до 35 В, причем при перемещении упомянутой ленты относительно обрабатываемой поверхности детали, деталь дополнительно проводят в вибрационное движение частотой 50-400 Гц, обеспечивающее равномерное взаимодействие между упомянутой лентой и обрабатываемой поверхностью детали.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве упомянутого электрода используют гибкую металлическую сетку, а в качестве анионитов упомянутых волокон ленты используют ионообменные смолы, полученные на основе сополимеризации либо полистирола, либо полиакрилата и дивинилбензола, причем размеры поперечного сечения волокон выбирают из диапазона от 0,05 до 0,6 мм при их длине от 4 мм до 45 мм, а обработку упомянутой лентой проводят в импульсном режиме со сменой полярности, при диапазоне частот импульсов от 20 до 250 Гц, период импульсов от 4,3 до 72 мкс, при амплитуде тока положительной полярности во время импульса от + 20 до 120 А и его длительности 0,2 до 1,4 мкс, при амплитуде тока отрицательной полярности во время импульса от 25 до 40% от используемой амплитуды тока положительной полярности и его длительности 0,1 до 0,6 мкс, при прямоугольной или трапецеидальной форме выходных импульсов тока и длительности пауз между импульсами от 4 до 70 мкс, причем при перемещении упомянутой ленты относительно обрабатываемой поверхности детали, деталь дополнительно проводят в вибрационное движение частотой 50-400 Гц.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве детали используют лопатку турбомашины, выполненную из легированной стали, а в качестве электролита для пропитки упомянутой ленты используют один из следующих водных растворов: NH₄F c концентрацией от 6 до 24 г/л, или NаF c концентрацией от 4 до 18 г/л, или KF c концентрацией от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F от 5 до 15 г/л и KF от 30 до 50 г/л, или смеси NаF и KF при содержании NаF от 3 до 14 г/л и KF от 35 до 60 г/л, или смеси NH₄F и NaF при содержании NH₄F - от 4 до 12 г/л и NaF от 35 до 55 г/л, или смеси NH₄F , NаF и KF при содержании NH₄F от 3 до 9 г/л, KF от 20 до 30 г/л и NaF от 10 до 25 г/л, или смеси NH₄F и НF при содержании NH₄F от 5 до 15 г/л и НF от 3 до 5 г/л, или от 8 до 14% водном растворе NaNO_{3 ,} или в электролите состава, мас.%: (NH₄)₂SO₄ - 5; Трилон Б - 0,8, или в электролите содержащем серную и ортофосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас.%:

cерная кислота 10-30 ортофосфорная кислота 40-80 блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 вода остальное,

причем лопатку турбомашины дополнительно приводят в возвратно-поступательное движение относительно ее продольной оси.

5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве детали используют лопатку турбомашины, выполненную из титанового сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутой ленты используют один из следующих водных растворов: водный раствор смеси NH₄F и KF при содержании NH₄F от 8 до 14 г/л и KF от 36 до 48 г/л, или водный раствор с содержанием 30-50 г/л KF·2H₂O и 2-5 г/л СrO₃, причем лопатку турбомашины дополнительно приводят в возвратно-поступательное движение относительно ее продольной оси.

6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве детали используют лопатку турбомашины, выполненную из никелевого сплава, а в качестве электролита для пропитки упомянутой ленты используют один из следующих водных растворов: водный раствор соли фторида аммония с концентрацией 6,0 - 9,0 г/л, или водный раствор сульфата аммония с концентрацией 0,8-3,4 г/л, или водный раствор, содержащий серную и ортофосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас. %:

серная кислота 10-30 ортофосфорная кислота 40-80 блок-сополимер окисей этилена и пропилена 0,05-1,1 натриевая соль сульфированного бутилолеата 0,01-0,05 вода остальное,

причем лопатку турбомашины дополнительно приводят в возвратно-поступательное движение относительно ее продольной оси.