Способ травления деталей из алюминиевых сплавов Советский патент 1982 года по МПК C23F1/04 

I

Изобретение относится к обработке металлов и сплавов химичейкими способами, а именно к травлению металлов, и может быть использовано в машиностроении для получения BbicoKOKa4ectвенных поверхностей.

Известен способ травления алюминия и его сплавов в щелочном растворе. При травлении в таком щелочном растворе поверхность сплава становится шероховатой. С увеличением глубины травления шероховатость поверхности увеличивается на 2-k класса по сравнению с исходнойП}Недостатком данного способа травления алюминиевых сплавов в однокбмпонентном щелочном растворе является резкое увеличение шероховатости обрабатываемой поверхности. Для сиижения шероховатости в щелочной раствор вводят добавки - различного рода окислители, восстановители, поверхностно-активные вещества и т.д.

Наиболее близким к предложенному является способ травления деталей из алюминиевых сплавов в щелочном растворе, содержащем добавки, снижающие шероховатость обрабатываемой поверхности: надсернокислый аммоний, гипосульфид натрия и фтористый калий 2.

Недостатком этого способа травления является невозможность получения поверхности с шероховатостью выше пятого класса, в то время, как например, для обеспечения повышенной коррозионной стойкости требуется более высокое качество поверхности (шестой-девятый класс шероховатости).

Цель изобретения - снижение шероховатости поверхности. jjj Поставленная цель достигается тем, что согласно способу травления, в щелочном растворе, содержащем добавки, снижающие шероховатость поверхности, перёд травлением в ванну с

раствором устанавливают медную пласти ну и на период травления накоротко за мыкают ее с обрабатываемой алюминиевой заготовкой, при этом площадь мед

ной пластины в itO-50.pa3 больше площе-5 ( В) в зависимости от концентди поверхности алюминиевой заготовки, а в качестве добавок вводят смесь железосинеродистого калия и железистосинеродистого калия при соотношении содержания каждой из солей к содержа нию щелочи 1:1-1:. Алюминиевая заготовка имеет более отрицательный потенциал, чем медная пластина, поэтому при их соединении происходит перераспределение потенциалов, в результате чего повышается 1потенциал заготовки. Причем, чем бол ше площадь пластины, тем больше ее влияние на потенциал заготовки. Потенциал алюминиевых сплавов при растворении без пластины примерно 1,4-1,6 В. Потенциал окислительно-восстановительной системы Fe(CN)iTe(CN)B щелочной среде на медной пластине примерно + 0,6 В. При замыкании детали из алюминиевого сплава и медной пластины накоро ко устанавливается потенциал между значениями 3,ЙВи+0,6В. Так как площадь медной пластины во много раз больше площади алюминиевой детали (40-50 раз) , то средний потен циал устанавливается примерно + 0,8 и шероховатость травленой поверхности 0,2-1,8 мкм за счет снижения скорости растворения сплава и выравнивания скорости растворения его составляющих. Роль добавок железосинеродистого и железистосинеродистого калия. в растворе заключается в том, что только при их совместной присутствии образуется окислительно-восстановительная система, которая при наличии медной пластины;замедляет скорость растворения сплава и выравнивает ско рость растворения его составляющих, что приводит к снижению шероховатости. В щелочном растворе соли низшей и высшей валентности могут одновременно находиться, если не происходит образование гидроксидов железа, разрушающих комплексные ионы. Образова ние гидроксидов железа не прдисходит так как количество свободных ионов Fe и Fe существенно меньше, чем их нужно для образования осадка гид роксидов. Количество свободных ио92607t4

нов. Fe в щелочной среде обусловлено константой равновесия гидроксидов Ре(ОН)ди Fe(OH)2,.При потенциале в диапазоне (-07) рации щелочи в растворе, значительно снижается выделение водорода HQ из воды щелочного раствора на поверхность травящейся заготовки. В результате этого снижается экранирование водородом травящейся поверхности, что ведет к более равномерному растворению металла заготовки и за счет этого к значительному снижению шероховатости обрабатываемой заготовки. Если соотношение площадей медной пластины и обрабатываемой поверхности меньше, чем 40;1, то потенциал обрабатываемой заготовки смещается относительно указанного диапазона в более отрицательную сторону, и поэтому снижения шероховатости не наблюдается. При увеличении площади медной пластины более, чем в 50 раз по отношению к площади обрабатываемой поверхности, величина потенциала остается в указанном диапазоне и дальнейшего снижения шероховатости не наблюдается, поэтому дальнейшее увеличение площади медной пластины нецелесообразно. Изменение площади пластины внутри указанного диапазона мало влияет на эффект снижения шероховатости. Изменение содержания каждой из солей в указанном диапазоне влияет на эффект незначительно. При отсутствии в растворе одного из факторов - добавки или медной пластины, эффект не проявляется. Пример. Берут несколько щелочных растворов с различным содержанием в них солей (от 16 до 1бО г/л), при этом выдерживают соотношение каждой из солей к щелочи в растворе 1:0,. Содержание солей в смеси берут в равных количествах. Пример. Образец из алюминиевого сплава Д 16 размером 10x10 см с исходной шероховатостью поверхности седьмого класса обезжиривают, покрь вают защитным лакокрасочным покрытием, вырезают в покрытии окно травления площадью 2 см. Для травления берут раствор едкого натра с концентрацией 80 г/л, содержащий добавку, снижающую шероховатость травленой поверхности. В качестве добавки используют смесь двух солей: железосинеро-дистого калия (Ct) в коли5честве tO г/л и железистосинеродистого калия (CN)(, в количестве 0 г/л, т,е. соотношение концентраций каждой из солей к щелочи в раст воре равно 1:2. В процессе травления поддерживают температуру раствора 70+2С. Перед травлением в ван ну с раствором устанавливают медную пластину, после чего в раствор погружают образец и накоротко замыкают медной проволокой пластину и образец на весь период травления. Образец травят на глубину 0,05 см. т.е. Площадь медной пластины 80 ;ЛО раз больше площади обрабатываемо поверхности образца. В процессе травления стационарный потенциал за товки замеряют на потенциостате, и он равен +0, В. Скорость травления 0,3 мм/ч. После травления шероховатость поверхности 1,3 мкм, что соответствует седьмому классу шероховатости. Замеры шероховатости про

Отношение концентрации каждой соли к концентрации щелочи

1:0,5 1:1 1:2 1:4 1:5 Известный способ 23

Способ, принятый за базу сравнения

Значение стационарного потенциала растворения, В

22,(4) О,2,(9) 1,3,(7) 1,8, (7) 18, (5) 27-30, (Ю.

12-20,(5 ) водят на профилометре - профилографе модели 201. Предлагаемый способ химического травления обеспечивает высокое качество обработки поверхности деталей из алюминиевых сплавов. Так, после травления по предлагаемому способу поверхность имеет шероховатость шестого-девятого класса, а по известному способуС2 до пятого класса. Одновременно проводят травление аналогичных образцов по известному спосо6yt21 в растворе следующего состава, г/л: едкий натр 250 надсернокислый .аммоний 17-, серноватистокислый натрий 20-, калий фтористый 7 при , а также по способу,принятому за базу сравнения в растворе состава, г/л: едкий натр 170-, триэтаноламин 20V тиомочевина 8 при 85i:2 C. Результаты экспериментов занесены в таблицу.

При соотношении соли к щелочи как 1:0,5, щелочи нужно брать в два раза меньше, что,вызывает уменьше ние скорости травления и повышение роховатости поверхности, поэтому соотношение 1:0,5 принимаем в качестве нижнего предела. Из таблицы видно, что высокий кл шероховатости имеет образць),при соотношении концентрации каждой соли к щелочи 1:1-1:.При соотношении концентрации за указанным (пределом 1:5 потенциал растворения образцов изменяется в отрицательную сторону и шероховатость поверхности резко возрастает. Оптимальным является соотношение концентрации каждой из солей к щелочи 1:1. Изменение содержания каждой из солей в смеси в указанных пределах не оказывает существенного влияния на изменение шероховатости. При травлении меняют соотношение площадей медной пласти ны и заготовки, опуская в раствор пластины с площадями от 70 до 120 Если соотношение площадей меньше, мем , то потенциал обрабатывае мой заготовки смацается в более отрицательную сторону, что ведет к увеличению шероховатости. При увеличении площади медной пластины более, чем в 50 раз по от ношению к площади обрабатываемой поверхности, величина потенциала о Гается в пределах +0,4 - +0,5 и дальнейшего снижения шероховатоети не наблюдается, поэтому дальнейшее увеличение площади медной пластины нецелесообразно. Предложенный способ обеспечивае высокое качество обработки поверхности деталей из алюминиевых сплаВОВ. Так, после травления по предл женному способу поверхность имеет ше1эоховатость шестого-девятого классов, а после травления по известному способу t2 - четвертого класса, а по способу, принятому за базу сравнения - пятого класса, при этом фактор травления и томнос обработки не изменяются. Скорость травления снижается в раз, поэ способ целесообразно, использова му для доводки поверхности деталей по шероховатости. Формула изобретения Способ травления деталей из алюминиевых сплавов в щелочном растворе, содержащем добавки, снижающие шероховатость поверхности, отличающийся тем, что, с целью снижения шероховатости поверхности, перед травлением в ванну с раствором устанавливают медную пластину, на перирд травления накоротко замыкают ее с обрабатываемой алюминиевой заготовкой, при этом площадь медной пластины в 40-50 раз больше площади поверхности заготовки, а в качестве добавок взята смесь железосинеродистого и железистосинеродистого калия при соотношении содержания каждой из солей к содержанию щелочи 1:11:4. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Попилов Л.Я. Советы заводскому технологу. Л., Лениздат, 1975 с.176. 2.Авторское свидетельство СССР N 322423, кл. 23 Fl/04, 1970.