Способ электрохимического формообразования
Иллюстрации
Реферат
Союз Советсннк
Соцнапистнчесннк респубпнн
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Доволннтельное к авт. санд-ву (51)M. Кл. (22) Заявлено 17.10. 80 (21) 2995744/22-02 с нрнсоелнненнем занвкн М—
С 25 0 1/00
С 25 0 5/18
3Ьеударстванныр квннтвт
СССР нн аннан. нзебрвтвннй н открытнй (23) Приоритет
Опубликовано 23.05. 82. бюллетень М 19
Дата опублнкованнн описания 23 . 05 . 82 (53) УДК 621.357..7(о88.8) (72) Автор изобретения
B. Г. Шульгин (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
Изобретение относится к гальваностегии, в частности, к гальванопластиче скому 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 оформовывания их поверхности.
Известен способ электроосаждения металлов, в котором с целью улучше.ния равномерности распределения металла процесс ведут при непрерывном подключении покрываемой детали к двум независимым источникам тока при отношении силы тока в анодной и катодной цепях равному О,6-0,8 (1).
Этот способ повышает равномерность распределения металла, однако при этом рационально используется только
20-40 ь осаждаемого металла и тока, так как 60-804 (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
1О на детали. Кроме того, дополнительные электроды могут только снизить избыточную толщину покрытия на выступающих участках, например краях плоской детали, но не обеспечивают
IS
Ф повышения толщины покрытия на зна.чительно углубленных участках сложной поверхности. Кроме того, способ не обеспечивает формование наружной йоверхности изделий, отличной от формы оправки.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ элек929748 трохимического нанесения металла, заключающийся в том, что на постоянный ток накладывают анодную составляющую . между покрываемым изделием и дополнительными электродами, причем, анодную 5 составляющую накладывают импульсами, амплитуда которых в 1,5-5 раз выше амплитуды постоянного тока при частоте импульсов 2-4 Гц и длительности импульсов 10-20 мс (2 1. 10
Этот способ позволяет получить покрытия большой толщины при хорошем их качестве. Однако полезное использование металла и тока согласно этому способу составляет 60-944, так как 15
6-403 металла тратится на покрытие дополнительного электрода, обрастание 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-рупорных 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 осаждаемого металла.
Поставленная цель. достигается тем, что согласно способу, включающему наложение на постоянный ток анодной импульсной составляющей между формуемым изделием и дополнительным электродом, формуемое изделие экранируют дополнительным электродом, выполненным из пористого или перфорированного материала, обладающего вентильными свойствами в электролите
45 и имеющим с стороны формообразования форму готового изделия.
Способ осуществляется следующим образом.
При прохождении прямого (постоян50 ного) 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 электро55 литом. Расположение отверстий, их диаметр, 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, утолщения 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 гапьваностегии электролитов (за исключением фторсодержащих), При этом количество электричества, проходящего за время периода обратного тока, не должно превышать 303 от количества электричества, проходящего за период прямого тока. В противном случае на отдельных участках дополнительного электрода может накапливаться металл, препятствующий нормально- .. му ходу процесса. Расстояние между изделием и дополнительным электродом должно составлять 2-15 мм, 2, -4 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
929748 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 конкурируюб щего 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 3-10 A/äì и снижает его до (5-253) 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 6-30В.
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 межзлектродного зазора, электропроводности электролита плотность обратного тока, например, в электролитах никелирования и меднения, устанавливают в 20-200 раз больше плотности прямого тока. При более низких плотностях тока идет процесс злектрополировки, который может дать менее локальный съем металла, а повышение плотности обратного тока свыше двухсоткратной 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 комплексообразователей, - серебро. Наиболее универсальным из этих материалов является титан.
Пример 1. Иа 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. Обрат20 ный ток задавали импульсами продолжительностью 10 мс и плотностью 15 А/дм .
Импульсы обратного тока подавали
"пакетом" по 40-43 импульса с скваж.ностью 10 мс и интервалами между
25 "пакетами" в 1 мин.
При обратном токе. вспомогательный электрод и аноды поляризовались до одного и того же потенциала. Оправка вместе с дополнительным электродом
Зо 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 мм+154„ причем оправка не имела обычного для аналогичных случаев технологического припуска.
Толщина слоя металла на расстоя40 нии 7 мм от вершины трехгранногО угла была на 303 меньше, чем на гранях.
В опыте, проведенном согласно известному способу как с использованием вспомогательных катодов, так и без
45 них, внутренние углы оправки не покрывались при плотностях тока 1,8;
3 5 А/дм . Даже толчок тока в
10 А/дм, без дополнительных катодов и в 20 А/дм с вспомогательными катодами не позволил нарастить металл
50 в внутренних двугранных. и трехгран. ных углах оправок на расстоянии
3-5 мм от ребер и 5-8 мм от вершины.
Пример 2. Осуществляли фор мование ребер жесткости на трубе пря моугольного сечения.
Состав электролита:
Никель хлористый 300 г/л
Кислота борная 30 г/л, 92974
Формула изобретения
Составитель Ю. Ипатов
Редактор О.Юрковецкая Техред Е. Харитончик Корректор М.Демчик
Заказ 3421/37 Тираж 687 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4
Соляная кислота 5 мл/л
Рабочая температура 60+2 С
Соединяя катодная плотность тока
10 А/дм напряжение 8В.
Обратный ток задавали импульсами
1о 1О мс, 40-43 имп/мин. Напряжение импульсов 24 В. Плотность тока 2001
600 A/дм . Подача обратного тока начиналась после наращивания слоя ни келя 0,1-0,3 мм на постоянном токе. ip
Опыт производили с принудительным протоком электролита. Время опыта 8 ч.
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, 40-43 имп. /мин . Напряжение обратного тока 16В анод имел потенциал вспомогательного электрода. Нлотност9 тока
300-800 Aläì . Подачу обратного тока начинали после .наращивания слоя меди О, 1-О, 3 мм. Опыт проводили в протоке электролита. В результате опыта на трубу наращены ребра высотой 1, 5 мм при толщине покрытия вне ребер О, 20,4 мм.
Как видно из примеров, предлагаемый способ значительно повышает рав40 номерность покрытия, что позволяет
8 8 на деталях особо сложной конфигурации снизить расход металла в 5-6,5 раз, устранить промежуточную механическую обработку формуемого иэделия 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.
Способ электрохимического Формообразования металлических изделий, включающий наложение на постоянный ток анодной импульсной составляющей между формуемым изделием и дополнительным электродом, о т л и ч а ю— шийся 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
N 254298, кл. С 25 D 5/00, 1969
2. Авторское свидетельство СССР
1 7171.57, кл. C 25 D 5/18, 1980.