Способ электрохимического формообразования Советский патент 1982 года по МПК C25D1/00 C25D5/18 

(5) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

1

Изобретение относится к гальваностегии, в частности, к гальванопластическому изготовлению деталей, в том числе полых, например, волноводно-рупорных узлов, и может быть применено для изготовления деталей, отличных по форме наружной поверхности от оправки, а .также наращивания ребер, шипов и других объемных элементов рельефа на поверхности металлических деталей, изготовленных другими способами - электрохимического офо.рмовывания их поверхности.

Известен способ электроосаждения металлов, в котором с целью улучшения равномерности распределения металла процесс ведут при непрерывном подключении покрываемой детали к двум независимым источникам тока при отношений силы тока в анодной и катодной цепях равному 0,6-0,8 tl.

Этот способ повышает равномерность распределения металла, однако при этом рационально используется только

осаждаемого металла и тока, так как 60-80% (0,6-0,8) осаждаемого металла и тока идет на покрытие дополнительного электрода (катода). В гальванопластике обрастание катода существенно увеличивает его размеры, что приводит к изменению конфигурации электрического поля и, соответственно, не обеспечивает воспроизводимости распределения металла на детали. Кроме того, дополнительные электроды могут только снизить избыточную толщину покрытия на выступающих участках, например краях плоской детали, но не обеспечивают повышения толщины покрытия на зна.чительно углубленных участках сложной поверхности. Кроме того, способ не обеспечивает формование наружной поверхности изделий, отличной от формы оправки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ элек3929трохимического нанесения металла, за ключающийся в том, что на постоянный ток накладывают анодную составляющую между покрываемым изделием и дополни тельными электродами, причем, анодну составляющую накладывают импульсами, амплитуда которых в 1, раз выше амплитуды постоянного тока при часто те импульсов 2-Ц Гц и длительности импульсов 10-20 мс 2 . Этот способ позволяет получить покрытия большой толщины при хорошем их качестве. Однако полезное использование металла и тока согласно этом способу составляет 60-9, так как B-tjO металлу тратится на покрытие дополнительного электрода, обрастани которого не позволяет обеспечить воспроизводимость распределения металла на детали. Способ также не решает вопроса повышения равномерности распределения металла на углубленных участках сложных деталей, например на внутренних углах волноводно-рупор ных узлов, не обеспечивает достаточной воспроизводимости распределения металла вследствие обрастания дополнительного электрода и не позволяет осуществлять формование наружной поверхности изделий, отличных от формы оправки. Цель изобретения - повышение точности формообразования и исключение непроизводительных потерь осаждаемог металла. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему наложение на постоянный ток ано ной импульсной составляющей между формуемым изделием и дополнительным электродом, формуемое изделие экранируют дополнительным электродом, выполненным из пористого или перфорированного материала, обладающего вентильными свойствами в электролите и имеющим с стороны формообразования форму готового изделия. Способ осуществляется следующим образом. При прохождении прямого (постоянного) тока дополнительный электрод поляризуется положительно и находится в пассивном состоянии. Ток при этом от анодов идет к детали через отверстия или поры дополнительного электрода, которые заполнены электро литом. Расположение отверстий, их ди аметр, толщина дополнительного электрода и его пористость обеспечивают заданное распределение прямого тока на поверхности формуемой детали. При импульсах обратного тока дополнительный электрод активируется и начинает работать как формообразующий катод - инструмент относительно формуемой поверхности детали, растворяя на ней дендриты, утол1це 1ия на выступах и приближенные к поверхности электрода участки. На удаленных от электрода участках, внутренних углах и т.д., растворение резко замедляется. Таким образом, предлагаемый способ управляет распределением металла за счет перераспределения как прямого, так и обратного тока в отличие от известного способа, в котором повышение равномерности достигается только за счет избирательного воздействия обратного тока на отдельные участки детали. Металл, осадившийся на дополнительном электроде во время импульса обратного тока, растворяется вначале периода прямого тока, что исключает потери металла на покрытие дополнительного электрода. Предлагаемый способ может быть реализован в большей части применяемых в гальваностегии электролитов (за исключением фторсодержащих). При этом количество электричества, проходящего за время периода обратного тока, не должно превышать 30% от количества электричества, проходящего за период прямого тока. В противном случае на отдельных участках дополнительного электрода может накапливаться металл, препятствующий нормальному ходу процесса. Расстояние между изделием и дополнительным электродом должно составлять 2-15 мм, 2,5- толщины стенки формуемой детали. Процесс формования в этом случае можно производить как с протоком электролита, так и при механическом покачивании изделия. Расстояние между перфорациями электрода должно составлять не более двух межэлектродных зазоров. В случае формования изделий, отличных по форме от первоначальных, пригодны только электролиты, в которых осаждаемый металл не пассивируется при высоких значениях плотности тока обратного импульса, а катодный выход по току при этих же значениях плотности тока резко снижен, что необходимо для исключения накопления

металла на вспомогательном электроде, которое в этом случае, может привести к короткому замыканию. Снижение скорости осаждения металла на вспомогательном электроде при высоких плотностях импульса обратного тока достигается вводом конкурирующего иона, разряжающегося на катоде, В хлористых никелевых электролитах вводят свободную кислоту, которая содержит конкурирующий ион водорода. В сульфатные электролиты меднения в этом случае вводят нитрат-ион (азотная кислота до 100 г/л), который практически не влияет на выход по току при плотностях тока А/дм и снижает его до (5-25%) при высоких плотностях тока (100-500 А/дм). При формовании в этих электролитах напряжение импульсов обратного тока между дополнительным электродом и деталью задают в пределах 6-ЗОВ. Плотность обратного тока по мере приближения поверхности детали (за счет наращивания металла) к вспомогательному электроду возрастает до тех пор, пока скорость растворения металла не станет равной скорости его осаждения - образуется равновесный зазор. В зависимости от заданного напряжения, относительной продолжительности обратного импульса, фактической величины межэлектродного зазора, электропроводности электролита плотность обратного тока, например, в электролитах никелирования и меднения, устанавливают в 20-200 ра больше плотности прямого тока. При более низких плотностях тока идет процесс электрополировки, который может дать менее локальный съем металла, а повышение плотности обратного тока свыше двухсрткратной потребует установки источников тока, неоправдано большой мощности. Межэлектродный зазор (относительно готовой детали) составляет 0,2-1,5 мм. Процесс формования при указанных межэлектродных зазорах производят в протоке электролита. Дополнительные электроды, обладающие вентильными свойствами, могут изготавливаться из различных материалов. Вентильными свойствами в кислых электролитах обладают вольфрам, молибден, титан, тантал; в щелочных - титан, тантал; в нейтральных - алюминий; в хлорсодержащих и щелочных, не содержащих крмплексообразователей, - серебро. Наиболее универсальным из этих материалов является титан.

Пример 1. На оправку для формования волноводно-рупорного узла, содержащую четыре внутренних трехгранных угла и шестнадцать внутренних ребер, наращивали медь в электролите следующего состава, г/л;

Медь сернокислая 250 Кислота серная 50

Дополнительный перфорированный электрод был выполнен из титана, межэлектродный зазор составлял 2 мм. Плотность тока в катодный период составляла 1,5 А/дм , напряжение между анодом и оправкой составляло 2,5 В. На вспомогательный электрод подавали положительное напряжение 10-12 В относительно формуемого изделия. Обратный ток задавали импульсами продолжительностью 10 мс и плотностью 15 А/дм . Импульсы обратного тока подавали пакетом по О-+З импульса с скважностью 10 мс и интервалами между пакетами в 1 мин.

При обратном токе, вспомогательный электрод и аноды поляризовались до одного и того же потенциала. Оправка вместе с дополнительным электродом периодически покачивалась при электролизе. После наращивания металла все грани отформованного изделия на расстоянии более 5 мм от внутренних ребер и 10 мм от внутренних трехгранных острых углов имели толщину стенок 0,7 MMt15 причем оправка не имела обычного для аналогичных случаев технологического припуска.

Толщина слоя металла на расстояНИИ 7 мм от вершины трехгранного угла была на 30% меньше; чем на гранях. В опыте, проведенном согласно известному способу как с использованием вспомогательных катодов, так и без них, внутренние углы оправки не покрывались при плотностях тока 1,8; 3; 5 A/jOM . Даже толчок тока в 10 А/дм,без дополнительных катодов и в 20 А/дм с вспомогательными катодами не позволил нарастить металл 8 внутренних двугранных. и трехгран. ных углах оправок на расстоянии 3-5 мм от ребер и 5-8 мм от вершины. Пример 2. Осуществляли формование ребер жесткости на трубе прямоугольного сечения. Состав электролита: Никель хлористый 300 г/л Кислота борная 30 г/л , Соляная кислота5 мл/л Рабочая температура 60t2 C Соешяя катодная пло.тность тока 10 A/flNT- напряжение 8В. Обратный ток задавали импульсами 1о 10 мс, имп/мин. Напряжение 1мпульсов 2 В. Плотность тока 200600 А/дм . Подача обратного тока начиналась после наращивания слоя никеля 0,1-0,3 мм на постоянном токе. Опыт производили с принудительным ПРОТОКОМ электролита. Время опыта 8Гч В результате, на трубе были сформированы поперечные ребра высотой 2 мм при толщине покрытия между ребрами 0,2-0,4 мм. Пример 3 Формование ребер жесткости на трубе прямоугольного сечения. Состав электролита: Медь сернокислая 220 г/л Кислота азотная 100 г/л Натрий хлористый 50 мг/л Температура комнатная. Средняя катодная плотность тока 6 А/дм. Напряжение на анодах 5В, на дополнительном электроде 15В. Обратный ток задавали импульсами по 10 мс имп. /мин .Напряжение обратного Чока 1бВ,анод имел потенциал вспрмогательного электрода. Плотности тока 300-800 А/дм. Подачу обратного тока начинали после наращивания слоя меди 0,1-0,3 мм. Опыт проводили в протоке электролита. В результате опыта на трубу наращены ребра высотой 1,5 м при толщине покрытия вне ребер 0,20,Ц мм. Как видно из примеров, предлагаемый способ значительно повышает равномерность покрытия, что позволяет на деталях особо сложной конфигурации снизить расход металла в ,5 раз, устранить промежуточную механическую обработку формуемого изделия и сократить время ее изготовления в 812 раз. Кроме того, предлагаемый способ может быть применен для получения конфигурации наружной поверхности осаждаемого металла, отличной от формы первоначального гальванически оформовываемого изделия, причем получение необходимой формы определяется формой противостоящей поверхности дополнительного электрода. Формула изобретения Способ электрохимического формообразования металлических изделий, включающий наложение на постоянный ток анодной импульсной составляющей между формуемым изделием и дополнительным электродом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности формообразования и исключения непроизводительных потерь осаждаемого металла, формуемое изделие экранируют дополнительным электродом, выполненным из пористого или перфорированного материала, обладающего вентильными свойствами в электролите и имеющим с стороны формообразования форму готового изделия. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР. № , кл. С 25 D 5/00, 19б9. 2.Авторское свидетельство СССР N 717157, кл. С 25 D 5/18, 1980.