Способ химического удаления дефектного слоя с поверхности деталей после электроэрозионной вырезки
METHOD OF CHEMICAL REMOVAL OF DEFECT LAYER FROM SURFACE OF PARTS AFTER ELECTROEROSION CUTTING

Изобретение относится к химическим способам удаления дефектного слоя поверхности обрабатываемого материала после электроэрозионной вырезки, и может быть использовано в областях техники, связанных с операцией очистки деталей изготовленных из легированных сталей, легированных инструментальных сталей, прецизионных сплавов, а также спеченных сплавов.
При электроэрозионной вырезке поверхностный слой материала обрабатываемой детали подвергается локальному и кратковременному, но весьма интенсивному термическому и химическому воздействию. В результате на поверхности детали образуется слой, отличающийся от основного материала по своим физико-механическим свойствам (изменяется структура, твердость и т.д.). Вследствие снижения твердости и появления неоднородности материала в большинстве случаев поверхностный слой является дефектным, снижающим прочностные свойства металла. При изготовлении ответственных деталей его удаляют. Однако не всегда возможно удалить дефектный слой механическим способом (с использованием наждачной бумаги, надфиля и др.), в силу габаритных размеров и сложной геометрии деталей.
Существует возможность очистки металлических поверхностей от загрязнений, в частности от окалины, окислов, обработкой очищаемых деталей в многокомпонентных растворах на основе неорганических кислот.
Известен способ удаления стеклосмазки с поверхности металлических изделий, например горячепрессованных труб, включающий плавиковую кислоту, серную кислоту, персульфат аммония и органическую кислоту, такую как винная, щавелевая (А.с. СССР №747908, МПК C23F 1/02, С03С 15/00. Раствор для удаления стеклосмазки с поверхности металлических изделий / В.А. Богомазов, В.Х. Касьян, Б.А. Млинарич, Ю,И. Ващенко, Л.М. Комарецкая, Н.В. Маханьков, О.В. Донской - №2587086/22-02; заявл. 01.03.78; опубл. 15.07.80). Недостатком способа является ограниченное применение из-за наличия в нем таких сильных (агрессивных) кислот плавиковая и серная и предназначен в основном для смазок.
Известен способ удаления окалины и оксидов металлов и их сплавов в ванне для травления трехвалентным железом (CS 8800287, МПК C23G 1/02; C23G 1/08; C23G 1/10; C23G 1/12; C23G. Method of scale and metal oxides and their alloys removal of trivalent iron pickling bath / Bordas Zoltan, Mihaleczku Jozsef, Toereki Ernoe, Humenyanszky Pal, Ersek Barnabas, Nyitray Istvan. - №19880000287; заявл. 15.01.1988), в котором состав раствора состоит из водного раствора хлорида-сульфата железа и (или) хлорида железа (III) и (или) сульфата железа (III), который может содержать до 5% минеральной кислоты. Концентрация Fe (III) в травильном растворе составляет 15-200 г/л. Травление проводят в течение 3-40 минут при температуре 20-80°C. Отработанный травильный раствор возможно регенерировать хлором и использовать повторно. Этот процесс позволяет избежать работы с высококонцентрированными кислотами и не оставляет отработанных травильных ванн, которые загрязняют окружающую среду. Добавки для травления не требуются. Недостатком способа является невозможность полного удаления дефектного слоя в труднодоступных местах. Насыщение раствора хлором, в процессе регенерации, существенно затрудняет его применение в механических цехах, т.к. требует аттестованного специализированного оборудования и помещения для работы с газообразным хлором.
Известен способ очистки металлических поверхностей деталей от окалины, окислов ржавчины в процессе производства полупроводниковых приборов, радиотехнических изделий (Патент РФ №2079930, МПК H01L 21/306, C23G 1/02. Способ очистки металлических поверхностей деталей от окалины, окислов ржавчины / Дерюгин В.Н., Ежов А.А., Коровин С.К., Комарова Н.В., Галаев А.А., Усов Н.Н., Семенов Л.Л., Лапыгин А.В. - №96103333/25; заявл. 22.02.1996; опубл. 20.05.1997). Способ состоит в обработке очищаемых металлических поверхностей водным раствором сульфомалеинового ангидрида, концентрация которого составляет 10-30 мас. %, в течении 10-20 минут при температуре 50-80°C. Недостатком способа является низкая эффективность - невозможность полного удаления дефектного слоя с поверхности любых деталей.
Одним из путей уменьшения агрессивного воздействия и повышения эффективности используемых растворов для удаления окалины, дефектного слоя и др. отложений является использование в них комплексонов (комплексообразователей), связывающих катионы металлов, входящих в состав дефектного слоя, окалины и других отложений, таких как этилендиаминтетрауксусная кислота и ее соли, диэтилентетраминпентауксусную, оксиэтилидендифосфоновую кислоты и т.п.
Наиболее близким по технической сущности является раствор химической очистки оборудования от накипи, ржавчины, окалины (А.с. СССР №283772, МПК C23F 14/02. Раствор для химической очистки обрудования / А.А. Кот - №917753/22-1; заявл. 20.08.64; опубл. 06.10.70). Раствор содержит следующее соотношение компонентов: содержащий трилон Б (комплексон) 0,5-1,2%, лимонную кислоту 0,5-1,5%, гидразингидрат 0,1-0,2%, аммиак до рН 7-9 и воду остальное. Данный состав, являющийся наиболее близким к заявляемому способу, является относительно эффективным, но из-за наличия в его составе гидразингидрата и аммиака достаточно токсичен и, кроме того, при его использовании наблюдаются высокие скорости растворения вышеуказанных материалов.
Общими недостатками этих способов являются: существенное загрязнение окружающей среды продуктами реакции, токсичность процесса очистки, ярко выраженная эрозия поверхности обрабатываемого материала, необходимость и сложность утилизации отработанных химических реактивов.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа, позволяющего эффективно и гарантированно осуществлять удаление отложений и дефектного слоя с поверхности деталей после электроэрозионной вырезки, обеспечить нетоксичность технологического процесса.
Поставленная задача решается следующим образом. Детали после электроэрозионной вырезки обрабатывают в растворе, имеющем следующий состав (в вес. %):
Лимонная кислот
5,0-7,0
Винная кислота
5,0-7,0
Этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной
кислоты динатриевая соль
0,5-0,7
Поверхностно-активное вещество ОП-7
0,25-0,7
Вода дистиллированная
Остальное
при температуре 18-30°C до полного удаления дефектного слоя. Для повышения эффективности обработку проводят с применением ультразвука.
Раствор получают последовательным растворением компонентов в дистиллированной воде, допускается наличие в растворе не полностью растворенного комплексона (в виде взвеси). Раствор переливают в рабочую емкость, в которую помещают обрабатываемые детали.
Пример. Испытания проводили на деталях из материала 44НХТЮ, полученных после электроэрозионной вырезки. Детали в металлических сектах помещаются в раствор, содержащий (в вес. %):
Лимонная кислота
6,5
Винная кислота
6,5
Этилендиамин-N,N,N',N'-тетрауксусной
кислоты динатриевая соль
0,7
Поверхностно-активное вещество ОП-7
0,5
Вода дистиллированная
85,8
Обработку производят при температуре 18-25°C с наложением ультразвука до полного удаления дефектного слоя (12-18 мин). Затем детали промывают в воде и сушат сжатым воздухом. После обработки в вышеуказанном растворе на детали, в местах электроэрозионной вырезки полностью отсутствует дефектный слой, «растравливание» поверхности не наблюдается.
Заявляемый способ позволяет:
- эффективно удалять дефектный слой с поверхности деталей изготовленных из легированных сталей, легированных инструментальных сталей, прецизионных сплавов, а также спеченных сплавов;
- удалять дефектный слой в труднодоступных местах деталей;
- использовать его непосредственно в механических цехах на участке мойки деталей, не требуя мощной приточно-вытяжной вентиляции;
- повысить экологичность производства.