2
4
ПРИМЕНЕНИЕ HSO В КАЧЕСТВЕ ЭЛЕКТРОЛИТА В ПРОЦЕССАХ СГЛАЖИВАНИЯ И ПОЛИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПУТЕМ ПЕРЕНОСА ИОНОВ С ПОМОЩЬЮ СВОБОДНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
2
4
APPLICATION OF HSO AS AN ELECTROLYTE IN METAL SMOOTHING AND POLISHING PROCESSES BY ION TRANSFER USING FREE SOLID BODIES

ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
4
Изобретение, как указано в названии настоящего описания, относится к применению HSO в качестве электролита в процессах сглаживания и полирования металлов путем переноса ионов с помощью свободных твердых тел с обеспечением преимуществ и особенностей, которые будут подробно описаны ниже и которые являются новыми по сравнению с известными в настоящее время в данной области техники.
2
4
2
4
Задачей настоящего изобретения является применение раствора на основе HSO в качестве электролитической жидкости в процессах сглаживания и полирования металлических деталей, например, ювелирных изделий, путем переноса ионов с помощью свободных твердых тел, где указанные тела являются электропроводными и помещены вместе в газовую среду с расположением металлических деталей таким образом, чтобы они были соединены с положительным полюсом источника электроэнергии, такого как генератор постоянного тока, и, предпочтительно, с возможностью перемещения относительно объединения твердых тел (частиц) и расположения таким образом, чтобы создать электрический контакт с отрицательным полюсом источника питания, и где вышеуказанные твердые тела представляют собой макропористые полимерные частицы, способные удерживать в себе определенное количество указанной электролитической жидкости для обеспечения поддающейся определению электропроводности, что делает их электропроводными, где рассматриваемый электролит, состоящий из раствора HSO, применяется в различных пропорциях в зависимости от типа сглаживаемого или полируемого металла или сплава.
В частности, задачей настоящего изобретения является защита применения конкретного электролита для полирования стали, нержавеющей стали, Cr-Co, титановых и алюминиевых сплавов.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Область техники настоящего изобретения относится к промышленному сектору, связанному со сглаживанием и полированием металлических деталей, таких как золотые ювелирные изделия и сплавы, особенно, к процессам электролитического полирования с помощью частиц.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны различные системы для сглаживания и полирования металлов в средах со свободными твердыми телами (частицами).
В течение долгого времени применялся широкий спектр различных устройств, в которых механическое истирание достигалось за счет применения частиц, не прикрепленных к какой-либо подложке, с различной геометрией и размерами, а также с большей, чем у обрабатываемого материала, твердостью.
Указанные устройства обеспечивают трение частиц на обрабатываемых деталях за счет их относительного перемещения между собой.
К примеру, такие устройства состоят из вращающихся контейнеров (барабанов), вибрационных контейнеров или пескоструйных аппаратов.
Однако все системы, основанные на прямом механическом истирании, такие как ранее упомянутые системы, имеют серьезный недостаток, заключающийся в неоднородном воздействии на детали, означающем, что существует определенная пропорциональность между давлением, оказываемым абразивными средствами (частицами) на детали, и количеством разрушенного материала, и выступающие части детали зачастую излишне стираются и сглаживаются.
Кроме того, используемое в таких системах механическое воздействие во многих случаях является причиной повреждения деталей посредством ударов и деформаций от чрезмерного применения силы.
Более того, системы, основанные на механическом истирании, приводят к образованию поверхностей металлических деталей с пластической деформацией, и, тем самым, способствуют неизбежному закупориванию значительного количества посторонних материалов, во многих случаях делая обработку непригодной в связи с загрязнением поверхностных слоев материала.
Известны также системы для полирования, которое осуществляют посредством гальванической обработки, известное как электрополирование, где обрабатываемые металлические детали погружают в электролитическую жидкость без твердых частиц, таких как аноды.
Указанные процессы имеют преимущество по сравнению с описанным ранее исключительно механическим абразивным процессом в том, что они приводят к образованию поверхности без поверхностного загрязнения.
В настоящее время эффект выравнивания шероховатости более чем в несколько микрон во многих случаях является недостаточным, и таким образом, указанные виды обработки используют в основном в качестве чистовой обработки для предшествующих процессов механического истирания.
Кроме того, существуют гальванические процессы, в которых обрабатываемые металлические детали погружают в электролитическую жидкость, содержащую твердые тела (частицы), свободно перемещающиеся в ней.
Электролиты, разработанные для таких процессов, образуют более толстые анодные слои, чем в гальванических процессах без частиц, поэтому частицы, содержащиеся в электролите, механически взаимодействуют с анодным слоем, и шероховатость эффективно сглаживается вплоть до одного миллиметра.
Однако в обоих случаях гальванические процессы, применяемые до настоящего времени, часто приводят к появлению дефектов, таких как питинги или ступенчатые поверхности, которые связаны с кристаллической структурой и составом обрабатываемого металла, причем применение таких процессов часто ограничивается деталями, которые, благодаря своему составу (сплаву) и обработке литьем и формованием, демонстрируют способность к обработке без образования указанных недопустимых дефектов.
Эти недостатки были устранены заявителем в заявке на патент № ES2604830A1, владельцем которой он является, в которой описан процесс сглаживания и полирования металлов путем переноса ионов с помощью свободных твердых тел, а также электропроводных твердых тел для осуществления указанного процесса, включающего соединение деталей с положительным полюсом генератора тока посредством зажимного элемента, связанного с ним, и воздействие на детали трением частиц электропроводных свободных твердых тел, находящихся в контейнере с газовой средой, занимающих промежуточное пространство и электрически контактирующих с отрицательным полюсом (катодом) генератора тока непосредственно через контейнер или кольцо, выполняющее роль катода, при этом твердые тела обладают пористостью и сродством и способны удерживать в себе электролитическую жидкость ниже уровня насыщения, обладая таким образом электропроводностью.
2
4
2
4
На данный момент задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить рынку применение HSO в качестве идеального электролита для указанного типа процесса и, кроме того, идельное соотношение HSO в растворе в зависимости от типа металла или сплава полируемой детали для получения оптимальных результатов.
2
4
Как известно, HSO является кислотой, которая широко применяется в процессах десорбции, травления и электрополирования различных металлов. Она образует растворимые соли практически со всеми металлами, поскольку является многоосновной кислотой, и подтверждает существование анодных слоев, которые делают возможным электрополирование.
3
Также, как можно видеть, при применении кислот с высоким давлением паров, таких как: HNO, HF, HCl и др., неизбежно происходит перенос электролита за счет испарения и последующей его конденсации в ядре полимерных сфер и на поверхности полируемых деталей. Это приводит к электрохимической коррозии, нарушающей взаимное расположение сфер и полируемой поверхности, и, как следствие, приводит к дефектам.
2
4
С другой стороны, применение HSOс крайне низким давлением пара приводит к меньшему риску указанной коррозии. Таким образом, результаты, полученные, к примеру, для Ti оказались весьма приемлемыми, приводя к исключительно блестящим поверхностям и крайне низкой итоговой шероховатости.
2
4
С другой стороны, ссылаясь на современное состояние техники, можно утверждать, что заявителю не было известно о применении HSO в качестве электролита в процессах сглаживания и полирования металлов путем переноса ионов с помощью свободных твердых тел или о других процессах электрополирования.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
4
Как указывалось ранее, в настоящем изобретении предложено, но не ограничено этим, применение HSO в качестве электролита в процессах сглаживания и полирования металлов путем переноса ионов с помощью свободных твердых тел и, более конкретно, сглаживания и полирования металлических деталей, например ювелирных изделий, но не ограничиваясь ими, путем переноса ионов, осуществляемого свободными твердыми телами (частицами), которые являются электропроводными в газовой среде, где указанные твердые тела состоят из сферических частиц с достаточной пористостью и сродством для удержания определенного количества электролита для обеспечения поддающейся определению электропроводности.
3
3
Предпочтительно, вышеупомянутые свободные твердые тела, применяемые для указанного процесса представляют собой макропористые полимерные сферы, обменивающие ионы сульфированного полистирола, и, более конкретно, сферы, образованные матрицей из твердого сополимера стирола и дивинилбензола с сульфоновыми функциональными группами SO-, плотностью 1,24 кг/м, с ионообменной емкостью равной или превышающей 1,7 г-экв/л, диаметром от 0,6 до 0,8 мм и влагоудерживающей способностью 52-58%, состоящей, например, из смолы, такой как смола, выпускаемая под названием AMBERLITE 252RFH.
Причина применения именно такого типа сфер заключается в том, что, принимая во внимание то, что они состоят из органического полимера и, в свою очередь, содержат большую долю взаимосвязанных пор, равномерно распределенных в ядре сфер, они образуют материал, который обеспечивает подходящий компромисс между жесткостью и удерживающей способностью для электролитической жидкости и в то же время обладает способностью к кратковременному высвобождению электролитической жидкости под давлением и к возникающей в результате этого деформации сфер.
2
4
Кроме того, они также обладают высокой химической стойкостью, выдерживая высокие концентрации сильных кислот, таких как серная кислота HSO.
Они также имеют подходящие диаметры для предпочтительного полирования и выравнивания шероховатости, присутствующей в большинстве деталей для металлических зубных протезов.
2
4
В любом случае, как уже упоминалось, применяемая электролитическая жидкость представляет собой водный раствор HSO с переменной концентрацией в зависимости от типа металла или сплава полируемой детали. Применение этого электролита было специально изучено на сталях, нержавеющих сталях, сплавах Cr-Co, а также никелевых, титановых и алюминиевых сплавах.
Сталь, нержавеющая сталь или Cr-Co сплавы
2
4
В качестве абсорбированного электролита и для его нанесения на подлежащие полировке детали из стали, нержавеющей стали или сплавов Cr-Co, используют водный раствор HSO c концентрацией от 8 до 25 % (предпочтительно 15 %), и предпочтительно в пропорции от 40 до 50 % электролита в пересчете на сухой полимер.
Ni-сплавы
2
4
В качестве абсорбированного электролита для обработки деталей, изготовленных из Ni-сплавов типа «Инконель», применяют водный раствор HSO c концентрацией от 15 до 30% (предпочтительно 20%).
Ti
2
4
В качестве абсорбированного электролита для обработки деталей, изготовленных из Ti и его сплавов, применяется раствор HSO в спирте с молекулярной массой менее 100, причем указанные спирты могут быть простыми или многоатомными, такими как: метанол, этанол, пропанол, этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, и могут применяться отдельно либо одновременно.
2
2
Электролит, применяемый для Ti имеет очень низкое содержание воды, менее 5%, тем самым противодействуя сильной тенденции пассивирования указанного металла окислением в соответствии с уравнением: Ti + 2 HO = TiO + 4H + 4 e-.
Применяя спирты с низкой вязкостью, такие как метанол и этанол (метанол: 0,5 сПз, вода: 1 сПз), можно достичь, с одной стороны, хорошей абсорбционной способности полимерных частиц сополимера стирола и дивинилбензола и, с другой стороны - высокой подвижности электролита через поровую систему частиц, что приводит к сглаживанию и полированию со скоростью, аналогичной скорости таких же процессов для сталей и Cr-Co сплавов (толщиной от 2 до 10 мкм/мин).
Предпочтительно и по вышеупомянутым причинам применяют электролит, состоящий из метанола и серной кислоты с концентрацией серной кислоты по отношению к метанолу от 10 до 30%, предпочтительно 20%.
Содержание воды предпочтительно должно составлять не более 5%.
2
2
4
2
Пример: HO: 80 % HSO: 18 % HO: 2 %
2
2
2
Процесс предпочтительно проводят в безводной газовой атмосфере, свободной от O (например: N, CO, Ar и т.д.).
Предпочтительно, процесс проводят с приложенным напряжением от 30 до 80В и циклическими изменениями полярности с временным преобладанием полупериода, где полируемые детали являются анодами, например: 2 секунды + 0,5 секунды.
Для ускорения процесса в качестве добавок применяют галогениды, предпочтительно, хлориды и/или фториды в пропорциях от 0,05 до 0,4 %.
2
2
4
2
Пример: HO: 80 % HSO: 17,8 % HO: 2 % NaCl: 0,2 %
Помимо обеспечения хорошей растворимости хлоридов Ti, небольшой размер атомов Cl препятствует процессам пассивирования поверхности, происходящим за счет образования оксидных слоев, и, таким образом, приводит к эффективному переносу ионов.
Для сглаживания и полирования алюминия предпочтительно используют электролиты, аналогичные тем, которые подходят для Ti, но с большим содержанием воды и хлоридов.
2
4
Метанол: 30% вода: 40% HSO: 17 % NaCl: 13%
Содержание электролитической жидкости по отношению к полимерным абсорбирующим телам составляет от 40 до 50%.
Достаточно подробно описав природу настоящего изобретения и способы его осуществления, нет необходимости для дальнейшего пояснения для специалиста в данной области техники объема изобретения и преимуществ, вытекающих из него, принимая во внимание, что в пределах сущности изобретения, оно может быть осуществлено в других его вариантах, которые отличаются от представленного в качестве примера и которые также охватываются правовой охраной, при условии, что они не изменяют его основополагающий принцип.