Раствор для химического травления металлов группы железа Советский патент 1992 года по МПК C23F1/28 

Изобретение относится к химии, в частности к.реактивам для травления изделий из железоникелевых, преимущественно маг- нитомягких, сплавов после их механической обработки.

Известны растворы для химического травления железоникелевых сплавов.

Наиболее близким к предлагаемому является раствор для химического травления никеля и ковара. Раствор содержит

Хлорное железо 450-490,г/л

Азотная кислота

(,41)240-260 мл/л

Уксусная кислота

(у 1,05)240-260 мл/л

Недостатками известного раствора, ограничивающими его использование, являются грубое и неравномерное растравливание поверхности презиционных изделий из железоникелевых магнитомягких сплавов при комнантной температуре (20...25°С), химическое полирование изделий из этих материалов, сопровождающееся неравномерным стравливанием сплавов с поверхности (от центра к краю) при повышенной температуре (40...50°С), раствор не позволяет удалять заусенцы длиной 50 мкм с острых кромок деталей с полем допуска на сторону 5 мкм без нарушения геометрических размеров, очень высокая скорость травления (при 25°С 30 мкм/мин), что усложняет процесс обработки деталей с полем допуска 5 мкм на сторону.

Целью изобретения является обеспечение удаления заусенцев длиной до 50 мкм при сохранении размеров изделий в пределах поля допуска 5 мкм на сторону и равномерной шероховатости поверхности в пределах 0,80 (v7)-O20 (v9).

В раствор, содержащий азотную кислоту, взаимен хлорного железа иуксусной кислоты дополнительно вводят аминоуксусную кислоту, при этом соотношение указанных ингредиентов должно находиться в следующих пределах, мас.%:

Азотная кислота

(у 1,40 г/см3)55-65

«акяоя&

Ч

Јь ю ы ел ел

Аминоуксусная

кислота5-8

ВодаОстальное

Раствор приготавливают следующим образом.

Расчетное количество аминоуксусной кислоты растворяют в расчетном количестве воды и при перемешивании в полученный раствор малыми порциями вводят расчетное количество азотной кислоты. Травление деталей из железоникелевых сплавов с целью удаления заусенцев в предлагаемом растворе производят при комнатной температуре в течение 1,5-3,0 мин-при небольшом покачивании.

Травление деталей из железоникелевых сплавов в предлагаемом растворе обеспечивает полное удаление заусенцев длиной не более 50 мкм практически без скругления острых кромок, при этом съем металла с остальных поверхностей деталей не превышает 5 мкм. Раствор исключает грубое растравливание поверхности деталей - изменения шероховатости деталей от исходной в пределах Rz20,( v5)(J-( tf9) практически не происходит (с учетом чувствительности измерительного прибора - профилографа-профилометра модели 253).

Микроскопические исследования поверхности деталей показывают, что после обработки в предлагаемом растворе следов заусенцев как на острых кромках, так и на других поверхностях не наблюдается. Невооруженным глазом видна ровная, слегка матовая поверхность. При большом увеличении (до 200 крат) видны мелкие точечные следы травления, равномерно распределенные по поверхности, Размер этих точек очень мал, находится на границе разрешающей способности металлографического микроскопа и не фиксируется профилогра- фом-профилометром. Равномерность трав- , ления высокая.

Проверка равномерности травления диска диаметром 25 мм, толщиной 0,150 мм с шероховатостью поверхности ) при помощи микронного индикатора с ценой делений 1,0 мкм от центра пластины к краю по сравнению с исходными размерами разницы не обнаружили. Процесс травления в растворе протекает спокойно, мягко. В зависимости от марки сплава и величины заусенцев травление длится 1,5-3,0 мин.

Выбор пределов концентрации азотной кислоты обусловлен резким снижением скорости процесса - нижняя граница концентрации и химической стойкостью аминоуксусной кислоты в азотной кислоте - верхняя граница концентрации. Увеличение концентрации азотной кислоты выше указанных пределов вызывает постепенное разложение аминоуксусной кислоты. Введение в состав раствора аминоуксусной кислоты оправдано тем, что в смеси с азотной

кислотой в указанном соотношении амино- уксусная кислота образует раствор с новыми свойствами. Чистая аминоуксусная кислота в широком диапазоне концентраций и температур ни с никелем, ни с его

0 сплавами с железом и (или) кобальтом не реагирует. В сильно кислой среде биполярный ион аминокислоты превращается в катион, способный двигаться к катоду в электрическом поле. Величина pKt аминоук5 сусной кислоты равна 2,34, Аминоуксусная кислота значительно более сильная кислота, чем уксусная, для которой pKt 4,3.

Благодаря этому смесь, содержащая аминоуксусную кислоту, наряду с ингибиру0 ющим действием, в кислой среде вызывает равномерное травление поверхности деталей из железоникелевых сплавов. Нижний предел концентрации аминоуксусной кислоты в растворе ограничен тем, чтодальней5 шее снижение концентрации приводит к растравливанию поверхности деталей из железоникелевых сплавов. Согласно экспериментальным данным неизменность шероховатости поверхности деталей из

0 указанных сплавов при одинаковом (оптимально 2 мин) времени травления сохраняется при соотношении концентрации компонентов в пределах, мас.%: Азотная кислота

5(у 1,40 г/см3)55-65

Аминоуксусная кислота5-8

ВодаОстальное

Верхний предел концентрации амино0 уксусной кислоты ограничен повышением выделения тепла, разложением при этом аминоуксусной кислоты и аномальным растворением металла. Необходимость удаления заусенцев с поверхности изделий при

5 сохранении геометрических и точностных параметров прецизионных деталей с полем допуска 5 мкм на сторону известна. Создание микрошероховатости поверхности изделий при этом и исключение химического

0 полирования поверхности вызваны необходимостью последующего склеивания деталей, например склеивание пластин в пакеты. В то же время глубокое растравливание поверхности вызывает искажение ге5 ометрических размеров деталей, а именно толщины.

Глубина протравленных пор на деталях

с шероховатостью (ЫЗД равняется 80 мкм,

(73). RHO-(tf4) - 40 (75) - 20 мкм.

Нэличив такой пористости на поверхности

деталей (особенно тонких пластин толщиной порядка 120-150мкм)изжелезоникеле- вых магнитомягких сплавов определяет истинную толщину деталей, отличную от замеряемой при помощи мерительных инст- рументов нередко на 15-50%. Уменьшение истинной толщины деталей вызывает возрастание коэрцитивной силы (по сравнению с заданным номиналом), Увеличение коэрцитивной силы вызывает увеличение электри- ческих потерь при работе на переменном токе и уменьшение магнитной проводимости при работе на постоянном токе.

Кроме того, после травления (перед склеиванием) пластины термически оксиди- руют для создания гарантированной электроизоляции пластин между собой в пакетах роторов, статоров электродвигателей, датчиков и т.д. На термически оксидированных поверхностях деталей с высокой шерохова- тостью (F;5z§Q- z2J5) при незначительных нагрузках наблюдаются сколы (шелушение) оксидной пленки. Сколы в основном наблюдаются на острых выступах растравленной поверхности. При сборке пакетов из таких деталей отмечаются случаи расслаивания и короткого замыкания между пластинами.

Проверка адгезии оксидной пленки проводится путем изгибания пластин на по: верхности цилиндра диаметром 10 мм. Ско- лы (шелушение) оксидной пленки на поверхности пластин с шероховатостью . (V7) 0 9) и ниже не наблюдаются.

Обработке в составе предлагаемого раствора подвергаются следующие марки железоникелевых магнитомягких сплавов: 79НМ, БОН, 50НХС, 80НХС.

В табл. 1 представлены данные о химическом составе исследуемых сплавов согласно ГОСТу.

На всех деталях, изготовленных из этих сплавов (табл.), достигнут положительный результат,

В табл. 2 приведены примеры использования предлагаемого состава раствора для травления пластин, вырубленных штамповкой и шлифованных по плоскости из листо- вого материала наиболее важных марок сплавов 79НМ и 50 Н.

Исследование эффективности предла- гаемого раствора на других марках сплава (50НХС и 80НХС) проводят в оптимальном составе реактива - раствора. Исходная шероховатость поверхности отобранных для эксперимента пластин находится в преде- лах (v7) (V9). Пластины имеют форму диска диаметром 25 мм с центральным отверстием диаметром 1,0 мм Толщина пластин равна 0,,005 мм. Длина заусенцев отобранных пластин находится в

пределах 40-50 мкм. Шероховатость поверхности деталей определяют при помощи профилографа-профилометра модели 253 с чувствительностью до 0,025 мкм.

Равномерность травления определяют путем сравнения толщин деталей до и после травления в трех заданных точках, у краев пластины и на расстоянии 6 мм от наружного края пластины. Оценка разнотолщинно- сти производится при помощи микронного индикатора с ценой деления 1.0 мкм. Травление пластин в предлагаемом растворе проводят при комнатной температуре. На каждый эксперимент используют не менее трех деталей. Время травления фиксируют после полного удаления (стравливания) заусенцев.

Анализ результатов, приведенных в табл. 2, показывает, что предлагаемый раствор по сравнению с известным обеспечивает сохранение размеров изделий в пределах поля допуска 5 мкм и равномерную шероховатость поверхности в пределах Q(.8U ( )-Q,2p ( ) в процессе травления пластин до полного удаления заусенцев длиной 40-50 мкм за 1,5-3,0 мин (технически удобное время).

Изделия (пакеты статоров, роторов, датчиков и т.п.), собранные из пластин, обработанных в предлагаемом растворе, характеризуются повышенными магнитнь,- ми свойствами (повышенной магнитной проницаемостью и пониженной коэрцитивной силой). Это связано с тем, что состав раствора позволяет равномерно по поверхности и на малую глубину (не более 5 мкм) стравливать наклепанный наружный слой с пластин, обеспечивая при этом стравливание заусенцев длиной до 50 мкм. Достигаемый в готовых изделиях эффект согласуется с данными ряда исследователей, что снижение магнитной проницаемости, повышение коэрцитивной силы и потери на гистерезис обусловлены резким наклепом поверхности листов материала малой толщины, не полностью устраняемым окончательной термообработкой

Полученный реактив - раствор характеризуется простотой состава, приготовления и использования. Разработанный реактив - раствор опробован в лабораторных условиях на производственных партиях пакетов (по 30-35 пластин в пакете) и дал положительный результат.

Формула изобретения

Раствор для химического травления металлов группы железа, преимущественно прецизионных изделий из железоникелевых магнитомягких сплавов, содержащий азотную кислоту, органическую кислоту и

воду, отличающийся тем, что, с целью обеспечения удаления заусенцев длиной до 50 мкм с поверхности изделий при сохранении размеров изделий в пределах поля допуска 5 мкм на сторону и равномерной шероховатости в пределах 0,8р (vT)) он в качестве органической кислоты содержит аминоуксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Азотная кислота

(у 1,4 г/см3)55-65

Аминоуксусная

кислота5-8

ВодаОстальное

Использование: травление прецизионных изделий из железоникелевых магнито- мягких сплавов. Сущность изобретения; раствор содержит, мае, %: азотная кислота (у 1,4 г/см ) 55,0-65,0; аминоуксусная кислота 5,0-8,0 и вода - остальное. 2 табл.

Примечание, Не показаны добавки и примеси серы, фосфора, углерода.

упорное ел«о 170 г/л

Азотная кислота (1,Н)250 мл/

Уксусная кислоте (т «(,05)250 мл/

Хлорное мелеэоJ 70 г/л

Азотная кислота (y-l.M)250 мл/л

Уксусная кислота (f-1,05) 250 nf

Хлорное железоt| 0 г/л

Аютная кислота (у,1)250 мл/

Уксусная кислота { I,OS)250 мл/

Хлорной желею470 г/л

Аютная кислота (f 1,М)250 ия/

Уксусная кислота (jf 1,05)250 ил/

Аютная кислоте (у (,)

Аминоуксусная кислота

вода

Аютная кивлот (f -),1)

Аминоуксус« я кислот

Вода

Азотная кислота (у-,)

Аминоуксуснвя кислота

вода

Аютная кислота (t,i)

Аминоуксусная кислота

Вода

Аютная кислота (I ll )

Аминоуксусная кислот .

Вода

Азотная кислота (Ґ,)

Аминохксусная кислота

вода

Аютная кислота j-l,t)

Ачиноуксусиая кислота

Воя

Аютням кислоте (,4)

Аниноуксуси«я кислота

«ада

Ааотиая кислоте ) Л)

Амимоухусиая кислот

Таблица 1

Таблица

2В7 ЮТраалсяио проводилось при 22 С

ID(5-17Травление проводилось npv 50 С

25 -5Трае-текир проооди ось при 22°С

1520-23Траеп ние проводигось при 50°С

±1,0Ровная матовая поверхность

2-3 Ј1,0

2-3 ±1,0

2-3 ±1,0

Ровная матовая поверхность Оптимальный состав

2-3 ±1,0

Ровная матовая поверхность

-3- i1FQ То и

З-1 ±1,0

i .O Ровная мвтойоя поверхность

(j«l,li)55.0

Известный сплав 79НМ

5011 2-Z.5 IVO)

сная кислоте

ислота (Ј«-,4

кислота

ислота (,4)

снзя кислота

ислота (у «1,4)

сиэя кислота

ислота ()

сная кислота

кислота ( J

уснал кислота

кислоте ( jf-ltM

усная кис/юта

кислота (,1)

усная кислота

кислота (J , )

5,0

Остальное

,5

Остальное

55,0

1,5-2.0 {MiO Wu)

i.5-z.e 8j.y

0,0

Остальное

(50,01,0-1,5 O.W

№)

Остальное 60,01,2-1,5

IV«) о,5

Остальное 60.0

0,0

Остальное

65,0

1,5-2.0 Ш..)

5,0

Остальное

65,0

Остальное

65,0

1,0-1,5

(v«

o,w

(v8)

s-is

N)

0,49 tw)

u)

(v6)

(чь)

5 we)

г-3 luo

2-3 ±1,0

3- t ,0

±1.0

±1.0

l-5 11,0

i-5 ±1.0

l|-5 ±1,0

1,2-1,5 8

(V8)(70)

усная кислота0,0

Остальное

Травление сплава. 50ИХС в оптимальном составе предлагаемого раствора

кислота ( J-1 60 03 0D ZO0 203 1 +1,0

усная кислота6,5

Остальное

Травление сплава 00НХС оптимальном составе предлагаемого раствор

кислота (-,60,03,50 200 202-3 ±М

уснал кислота6.5

Остальное

- -f

Продолжение тдбл,2

0,0

№6)

2-3 11,0

o,w

(v8)

г-3 luo

s-is

N)

2-3 ±1,0

0,49 tw)3- t ,0

±1.0

±1.0

Ровна матовая поверхность Оптимальный состав

То ме

(чь)

l-5 11,0

5 we)

i-5 ±1.0

l|-5 ±1,0

Ровная матовая поверхность

Ровная матовая поверхность

Ровная матовая поверхность