專利名稱：電化學(xué)加工的方法
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背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及金屬加工領(lǐng)域，特別地涉及電化學(xué)校形加工(sizing machining)，并且可以用于制造機(jī)械部件的復(fù)雜輪廓表面以及用于由含鉻鋼和合金成形在受到過度摩擦作用下的侵蝕性環(huán)境中工作的設(shè)備。更特別地，本發(fā)明涉及在單獨(dú)的電化學(xué)步驟中在工件的加工表面上形成鉻保護(hù)層，其中該保護(hù)層將具有低的粗糙度且從而具有有光澤的面層 (finish)，并將提供高的耐腐蝕性和低的摩擦系數(shù)以及降低廢電解液中的有毒六價(jià)鉻離子的濃度。已知在操作脈沖之間的間歇內(nèi)使DC電壓供應(yīng)到電極的脈沖電化學(xué)(ECM)加工的方法，其中DC電壓值被設(shè)置成低于電解液分解電勢[俄羅斯專利說明書號506484，B 23H 3/00，1976年10月公布的發(fā)明公報(bào)]。已知方法的缺點(diǎn)在于以下事實(shí)將低于電解液分解電勢的DC電壓供應(yīng)到電極間間隙首先因金屬電解液界面上的雙電層的恒定電荷減弱了陽極溶解過程的局部化而未提供對精密度的提高，且第二因未界定用于在被加工的工件的表面上形成高質(zhì)量鉻層的條件而未提供對表面質(zhì)量的改進(jìn)(即粗糙度的降低和耐腐蝕性的提高)。另一個(gè)缺點(diǎn)是缺少關(guān)于鉻層形成的時(shí)間點(diǎn)和條件的信息以及用于控制形成所述層的方法。已知在基于堿金屬硝酸鹽的電解液中對含鉻鋼進(jìn)行電化學(xué)加工的方法，其中電流的正半波的(正極性的)幅度大于反極性幅度[ElectroWiimicheskaya obrabotka metallov. Moroz, I. I.等人.Moscow, Machinostroenie Pub. , 1969,第 64-65 頁，130]。已知方法的缺點(diǎn)在于以下事實(shí)未界定用于在加工表面上形成具有高光澤的鉻層的條件。也未界定用于在加工含鉻鋼和合金期間降低廢電解液中的有毒六價(jià)鉻離子濃度的條件。此外，正半波和反半波的連續(xù)交替將導(dǎo)致工件表面的陽極溶解；因此鉻層將被溶解甚至在前一個(gè)反半波期間形成。沒有提出關(guān)于鉻層形成以及用于控制形成該層的時(shí)間點(diǎn)和條件的信息。已知電化學(xué)加工的方法[1980年7月22日的美國專利，專利號4，213，834， B23H3/02 ；B23H3/00]，其中為了以小的電極間間隙進(jìn)行加工，使用代表電壓脈沖失真的信號(當(dāng)使用電流源時(shí))。更特別地，使用關(guān)于脈沖電壓的二階導(dǎo)數(shù)的最大值成比例的信號。該方法允許在不可減少的電極間間隙下進(jìn)行加工同時(shí)提供高的仿形精密度。然而，該方步?jīng)]有公開用于在加工表面上形成有光澤的鉻層以及用于在加工含鉻鋼和合金期間降低廢電解液中的有毒六價(jià)鉻離子濃度的條件。也未界定用于鉻層形成以及用于控制形成層的時(shí)間點(diǎn)和條件。還已知電化學(xué)校形加工的方法[1990年10月10日的俄羅斯專利號2038928]，其中使用具有陡峭降落的電流電壓特性的脈沖電源和電極之一振蕩來進(jìn)行加工，其中通過選擇電極相互接近和相背移動時(shí)的位置處的電壓尖峰來控制電壓脈沖的時(shí)刻值，并由此增大加工電極進(jìn)給速率直至第三局部電壓極值在脈沖的中間點(diǎn)處形成并維持該速度以便保持下面的比0 < (Ul. e. -Umin) /Umin 彡 0. 2其中Ul. e. > Umin是第三局部極值的電壓幅度；Umin是最小電壓值。該方法允許在不可減少的電極間間隙下進(jìn)行加工并在仿形沖孔過程期間提供高的仿形精密度且在電極間間隙中得到高的電解液壓力。然而，使用由0. 2mm-0. 3mm厚的板 (箔)制成的加工電極不可能在電壓脈沖中間點(diǎn)形成電壓局部極值。這種電極的低剛度造成了不允許提高電極間間隙中的電解液壓力和得到用于控制加工過程的信號，該信號為脈沖中間點(diǎn)處的電壓第三局部極值的形式。然而，該方法沒有公開用于在加工含鉻鋼和合金期間在加工表面上形成有光澤的鉻層以及降低廢電解液中的有毒六價(jià)鉻離子濃度的條件。 也未界定用于鉻層形成的時(shí)間點(diǎn)和條件以及控制形成過程的方法。已知通過在工件和導(dǎo)電電極之間供應(yīng)雙極脈沖來在電解液中對導(dǎo)電電極進(jìn)行ECM 的方法，其中正極性的一個(gè)或多個(gè)電流脈沖與反極性電壓脈沖交替[1998年11月10日的美國專利申請，專利號 5，833，835，B23H3/02 ；B23H3/00 ；]。該方法是最接近本發(fā)明的一種方法，并且將其作為最接近的現(xiàn)有技術(shù)。已知方法的缺點(diǎn)在于以下事實(shí)雖然該方法允許在不可減少的電極間間隙下進(jìn)行加工，在仿形沖孔過程期間提供高的仿形精密度以在電極間間隙中得到高的電解液壓力， 但是當(dāng)使用由0. 2mm-0. 3mm厚的板(箔)制成的加工電極時(shí)，該方法不可能通過增大進(jìn)給速度而在脈沖中間點(diǎn)處形成電壓局部極值。如上文所表明的，這種電極的低剛度造成了不允許提高電極間間隙中的電解液壓力和得到用于控制加工過程的信號，該信號為脈沖中間點(diǎn)處電壓第三局部極值的形式。而且，在實(shí)施該方法時(shí)，當(dāng)振蕩的電極從工件的表面退回到大的距離時(shí)在相對大的電極間間隙下供應(yīng)反極性脈沖，因而降低反極性脈沖用于通過從電解液沉積鉻來制造有光澤的表面的效率。因此，在大的間隙時(shí)，IEG的流動阻力減小，電解液速率增大并且流動變成湍流，這阻礙相對慢的陰極分解過程。從技術(shù)角度來說，在ΙΟΗζ-ΙΟΟΗζ下改變IEG入口處的環(huán)境壓力是非常困難的。并且當(dāng)電極相背移動時(shí)，正好在正極性脈沖后的反極性脈沖的供應(yīng)導(dǎo)致在這種情況下氣體開始劇烈填充電極間的介質(zhì)以及電極間間隙中的電解液壓力的降低，這是因?yàn)樵谪?fù)半波期間過熱電解液的沸騰和聚積在電解液中的氣相體積的增加。整個(gè)加工表面的這樣的汽-氣電解液混合物的性質(zhì)變成基本上多相的。此時(shí)，電解液電導(dǎo)率急劇下降，通常導(dǎo)致增加過程功率消耗。因此，當(dāng)應(yīng)用于對由含鉻鋼制成的工件進(jìn)行加工時(shí)，任一種已知的ECM方法都不能在單個(gè)工藝操作內(nèi)提供獲得高的仿形精密度且在加工表面上形成有光澤的鉻層以及降低廢電解液中的有毒六價(jià)鉻離子的濃度。發(fā)明簡述本發(fā)明的目的是通過在加工表面上形成有光澤的層來改進(jìn)加工質(zhì)量，并且通過使用高電流密度的正極性電流脈沖以形成磨光的表面，隨后使用反極性電流脈沖使鉻沉積到加工表面上以提供高的光澤，以短的電極間間隙進(jìn)行加工來降低廢電解液中的有毒六價(jià)鉻離子的濃度。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，通過提供一種在包含堿金屬硝酸鹽水溶液的電解液中對含鉻鋼和合金進(jìn)行電化學(xué)加工的方法來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中將振蕩施加到加工電極，同時(shí)將與加工電極振蕩同步的雙極電流脈沖供應(yīng)到電極間間隙，并且以受控制的進(jìn)給速度在最短間隙下進(jìn)行加工。根據(jù)本發(fā)明，在初始步驟中，由正極性操作電流脈沖進(jìn)行單極電化學(xué)加工以在鄰近工件表面的電解液區(qū)域中形成富鉻離子的層。接著，當(dāng)完成工件的預(yù)定加工深度、形狀和尺寸時(shí)，停止正極性操作電流脈沖和加工電極進(jìn)給，并且使用正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖來測量電極間間隙處的剩余極化電壓值。接著開啟反極性低電壓電流脈沖，同時(shí)使脈沖供應(yīng)與電極相互為最大接近度的相位同步，并且借助于使反極性電流脈沖與正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖交替來進(jìn)行鉻陰極沉積到工件的加工表面上，且通過測定剩余極化電壓值相對于正極性操作脈沖之后的對應(yīng)值的增量來控制鉻沉積過程。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，反極性電流脈沖的幅度和持續(xù)時(shí)間的上限值的邊界條件是不存在對加工電極操作表面的蝕刻，而反極性電流脈沖的幅度和持續(xù)時(shí)間的下限值的邊界條件是在加工工件表面上形成連續(xù)的鉻層。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，正極性的試驗(yàn)電流脈沖的持續(xù)時(shí)間被設(shè)置成在10μ s-50y s的范圍內(nèi)，且頻率為5kHz-10kHz,同時(shí)幅度在6V-8V內(nèi)。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，按經(jīng)驗(yàn)使用一批次中的前2-3個(gè)工件期間來設(shè)置剩余極化電壓相對于其在正極性操作電流脈沖之后的值的增量的值。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在供應(yīng)正極性電流脈沖時(shí)，電極間間隙入口處的電解液壓力降至50kPa-150kPa，并且在電極間間隙中在所產(chǎn)生的電解液速率下進(jìn)行鉻沉積。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在由正極性操作電流脈沖進(jìn)行加工時(shí)，通過逐漸增大加工電極進(jìn)給速度使電極間間隙的尺寸減小至電極間間隙的第一擊穿時(shí)，其后使進(jìn)給速度相對于發(fā)生擊穿時(shí)的速度降低3% _10%，并且繼續(xù)進(jìn)行加工，如需要的話重復(fù)該動作。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，按以下模式由正極性操作電流脈沖進(jìn)行加工IEG上的電壓為5V-15V，IEG入口處的電解液壓力為50kPa_500kPa，電解液濃度為 7% -15%，并且電解液溫度為18°C _40°C，確保電流密度在50A/Cm2-1000A/Cm2內(nèi)。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在剩余極化衰減曲線的初始點(diǎn)中的最后的試驗(yàn)脈沖結(jié)束處測量極化電壓，試驗(yàn)脈沖組的持續(xù)時(shí)間的選擇條件是極化電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種在基于堿金屬硝酸鹽水溶液的電解液中對含鉻鋼和合金進(jìn)行電化學(xué)加工的裝置，其中所述裝置包括振蕩的加工電極、速度調(diào)節(jié)器和電流脈沖發(fā)生器，所述速度調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)進(jìn)給儀器的速度以維持最小的電極間間隙，所述電流脈沖發(fā)生器用于產(chǎn)生與加工電極振蕩同步的雙極電流脈沖以供應(yīng)至電極間間隙，其中，在單極電化學(xué)加工的初始步驟中，電流脈沖發(fā)生器產(chǎn)生正極性操作脈沖以在鄰近工件表面的電解液區(qū)域中形成富鉻離子的層，所述裝置還包括測量單元，用于使用正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖來測量電極間間隙處的剩余極化電壓，在一旦完成工件的預(yù)定加工深度、形狀和尺寸的狀態(tài)時(shí)，關(guān)掉正極性操作電流脈沖并停止加工電極進(jìn)給，以及其中，所述電流脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與電極相互為最大接近度的相位同步的反極性低電壓電流脈沖以通過使反極性電流脈沖與正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖交替而使鉻能夠陰極沉積到加工工件表面上，并且其中通過剩余極化電壓值相對于其在施加正極性操作電流脈沖之后的值的增量來控制鉻沉積。在本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種通過根據(jù)第一方面的方法得到的制造物品， 其中該物品在加工表面上具有鉻保護(hù)層，其中所述保護(hù)層提供低的粗糙度、有光澤的面層、 高的耐腐蝕性和低的摩擦系數(shù)中的至少一個(gè)。本發(fā)明的對含鉻鋼和合金進(jìn)行電化學(xué)加工的方法允許改進(jìn)加工精度并生成有光澤的面層并降低廢電解液中的有毒六價(jià)鉻離子的濃度。若干附圖的簡述此外，通過實(shí)施的非限制性示例和證實(shí)其實(shí)施可能性的附圖闡述了所提出的本發(fā)明，其中

圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的工藝流程圖；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的在依靠正極性電流脈沖成形的步驟時(shí)和在鉻沉積到加工表面上的期間的最后的步驟時(shí)，IEG中的電壓波形圖和電流波形圖，其中S是振蕩加工電極取決于時(shí)間t，s的軌跡，mm、U是正極性脈沖電壓，V、Ua是成形步驟后的試驗(yàn)脈沖之后的剩余極化電壓，V ;UB是在鉻沉積的最后步驟之后由試驗(yàn)高頻脈沖測定的剩余極化電壓，V ； j 是正極性脈沖的工藝電流密度，A/cm2。圖3a圖示了由正極性電流脈沖成形的步驟時(shí)，IEG中的在正極性電流脈沖之后由正極性高頻電流脈沖測定的剩余極化電壓的波形圖(曲線1)，和高頻脈沖電流的波形圖 (曲線2)，圖北圖示了在由反極性電流脈沖使鉻沉積到加工表面上的加工期間的最后步驟時(shí)，IEG中的在反極性脈沖之后由正極性高頻電流脈沖測定的剩余極化電壓的波形圖(曲線1)，和高頻脈沖電流的波形圖(曲線2)，圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的工藝電流發(fā)生器的控制結(jié)構(gòu)和電化學(xué)機(jī)器的反極性電流源，其中3是可控制的工藝電流源；4是可控制的反極性工藝電流源；5是可控制的正極性電流源(試驗(yàn)脈沖)；6是工藝電流源的電子開關(guān)；7是反極性電流源的電子開關(guān)；8是試驗(yàn)脈沖源的電子開關(guān)；9是工藝過程的自動控制系統(tǒng)；10是發(fā)生器的控制塊。圖5圖示了使用正極性的單極電流脈沖進(jìn)行ECM之后(A)和根據(jù)本方法提供的反極性脈沖進(jìn)行ECM之后(B)的具有相應(yīng)的輪廓圖的加工工件表面的外觀；圖6圖示了由正極性單極脈沖進(jìn)行ECM之后(A)和根據(jù)源自于二次離子質(zhì)譜法的所提供的方法由反極性脈沖進(jìn)行ECM時(shí)(B)的表面層上的鉻濃度與鐵濃度的比。發(fā)明詳述以本發(fā)明的非限制性的示例性實(shí)施方式闡述了本發(fā)明以便更好理解，將在下文更詳細(xì)地討論本發(fā)明的非限制性的示例性實(shí)施方式。圖1圖示了在呈其最通用形式的ET系列機(jī)器中由振蕩的EDM電極進(jìn)行脈沖雙極電化學(xué)加工(ECM)的工藝流程圖。正如圖1所示，加工電極1相對于單軸進(jìn)給方向Vk的坯件電極2的加工表面進(jìn)行周期振蕩S(t)。首先，在接近電極相互為最大接近度的相位時(shí)，供應(yīng)具有高密度(在50A/ cm2-1000A/cm2的范圍內(nèi))的正極性操作電流脈沖或電流脈沖組，接著，當(dāng)在過程的最后步驟完成預(yù)定的加工深度時(shí)，停止正極性電流脈沖和機(jī)器進(jìn)給，測定試驗(yàn)低電壓脈沖組供應(yīng)之后的總的剩余極化電壓值UA(圖2)并且開啟反極性低電壓電流脈沖，反極性脈沖的供應(yīng)時(shí)刻也與電極為最大接近度的相位同步，并且以短的電極間間隙進(jìn)行鉻從電解液陰極沉積到加工工件表面上。于此，再次開啟試驗(yàn)高頻脈沖以便測定反極性脈沖之后的剩余極化總電壓值UB。接著開啟反極性低電壓電流脈沖，反極性脈沖的供應(yīng)時(shí)刻也與電極為最大接近度的相位同步，并且以短的電極間間隙進(jìn)行鉻從電解液陰極沉積到加工工件表面上。于此， 再次開啟試驗(yàn)高頻脈沖以便測定反極性脈沖之后的剩余極化總電壓值UB。在關(guān)閉電流之后，測定極化值Ua和Ub的變化，從而從測量電壓值排除電阻分量并改進(jìn)Ua和Ub之間的差的測量的穩(wěn)定性，Ua和Ub之間的差被界定為加工表面被鉻富集的典型參數(shù)(圖3)。試驗(yàn)脈沖確保雙電層電容的再充電，建立由陽極電勢和陰極電勢構(gòu)成的極化值。 于此，陰極電勢比陽極電勢被更迅速地建立，并且陰極電勢在固定電流密度下的穩(wěn)態(tài)值是穩(wěn)定的，而陽極電勢值依賴于加工表面的性質(zhì)并且對剩余極化電壓值隊(duì)和隊(duì)的增量做出重大貢獻(xiàn)。試驗(yàn)脈沖組的尺寸的選擇條件是極化電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。而且，與反極性脈沖交替的試驗(yàn)電流脈沖可以為鉻沉積到加工表面上提供更有利的條件，這是因?yàn)榇_保大量的核和與載體良好粘附的電解增亮被認(rèn)為是制備用于沉積金屬的表面的最佳方法[Povetkin，V. V. Mructure of electrolytic coatings (電解涂層的結(jié)構(gòu))(in Russian)/Povetkin, V. V. ,Kovenski j, I. M. Moscow. Metallurgy Pub. 1989.第 136 頁]。在電解液流中且對其中一個(gè)電極振蕩疊合的狀態(tài)下進(jìn)行所提出的在基于堿金屬硝酸鹽水溶液的電解液中對含鉻鋼進(jìn)行電化學(xué)加工的方法(圖1)。具有陡峭的電流電壓特性的源(圖4)被用作正極性(Ip)的電源5，周期性地，在接近電極間為最大接近度的相位時(shí)，該電源通過工藝電流源的電子開關(guān)6連接到IEG。工藝電流源的電子開關(guān)6的閉合條件的時(shí)間表明正極性(Ip)的電流脈沖的持續(xù)時(shí)間(ti)。通過接通反極性電流源的電子開關(guān)7來確保反極性電流脈沖(In)流過IEG(見圖4)。通過試驗(yàn)脈沖源的電子開關(guān)8周期地連接到IEG的具有陡峭的電流電壓特性的源被用作試驗(yàn)脈沖發(fā)生器(圖4)。通過使用不同的方法進(jìn)行的表面層組成的測定結(jié)果確定雙極電化學(xué)加工之后至加工表面上的鉻的增加量。在進(jìn)行單極ECM之后和操作電流脈沖后以另外的反極性電流脈沖進(jìn)行雙極ECM之后、在加工表面質(zhì)量發(fā)生顯著變化時(shí)，對由40X13鋼制成的加工電極的表面進(jìn)行了研究(圖5)。分別以 lOOA/cm2的操作脈沖電流密度和1. 5ms的脈沖持續(xù)時(shí)間和 5A/cm2的反極性的電流脈沖的電流密度和2ms的脈沖持續(xù)時(shí)間在8%硝酸鈉NaNO3溶液中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。操作脈沖和反極性脈沖的供應(yīng)的時(shí)刻與EDM電極對加工表面為最大接近度的相位同步。試驗(yàn)脈沖的持續(xù)時(shí)間為50 μ s并且所選擇的電壓幅度不大于8V。通過二次離子質(zhì)譜學(xué)方法測定表面層的結(jié)果表明，與單極ECM相比，進(jìn)行雙極ECM 之后，鉻相對于鐵的濃度增大。
當(dāng)在配對、使工具(模具、心軸)成形等中使用這樣的類型的表面時(shí)，摩擦系數(shù)降低并且疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性增強(qiáng)。例如，與使用常規(guī)技術(shù)(借助于機(jī)械鉗工)制造的和用氮化鈦涂覆的類似模具相比較，用于在鋼螺釘中制造“梅花槽”類型圓角面的儀器鋼的工具的耐久性增大兩倍以上。采用形成片劑(藥工業(yè))用的模具預(yù)期具有相似的結(jié)果。應(yīng)理解，現(xiàn)有技術(shù)的單極加工方法通常與對含鉻鋼的表面層進(jìn)行鉻方面的消耗有關(guān)。有利地，根據(jù)本發(fā)明的雙極加工方法提供了在多種含鉻鋼上形成含鉻層，其中過程是自動控制的。依據(jù)對個(gè)人防護(hù)和避免電化學(xué)加工(ECM)含鉻鋼和合金產(chǎn)生的污染物的環(huán)境保護(hù)的高要求，對電解液中的重鉻酸根離子的量的變化的研究起重要作用。從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看 (采用循環(huán)計(jì)劃)，由于降低廢物的要求導(dǎo)致電解液利用時(shí)間的顯著增加，并且從而增加溶液中的重鉻酸根離子含量，這將需要溶液再生或更換操作，因此，這樣的研究變得甚至更加重要。然而，可以依靠根據(jù)所提供的方法的反極性電流脈沖以高的電流密度(例如，大于lOOA/cm2)將重鉻酸根離子沉積到預(yù)加工表面上來顯著降低溶液中的重鉻酸根離子的量。由于重鉻酸根離子Cr2O72-中的金屬原子具有最大氧化數(shù)，所以它們不能在正電荷的陽極上發(fā)生氧化，從而它們擁有高的標(biāo)準(zhǔn)電勢(9°Cr2072VCr3+ 二 +1.33 V)并且在加工工件表面上還原成金屬鉻。如果工件極性將變成負(fù)的并且將預(yù)先提供相應(yīng)的條件(例如， 10 μ m-100 μ m的小的電極間間隙和防止蝕刻加工電極的操作表面，但足以在加工表面上釋放鉻離子的反極性電流脈沖)，那么將按照以下反應(yīng)發(fā)生鉻沉積Cr2O 廣+14H++12e — 2Cr+7H20
實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明方法的電化學(xué)加工的具體實(shí)施方式
。在由俄羅斯的Ufa，丨‘ECM〃 Ltd制造的ET500型電化學(xué)仿形沖孔機(jī)器中進(jìn)行由雙極電流脈沖進(jìn)行的本發(fā)明方法的ECM，使用40X13鋼作為試樣材料和加工電極。在具有 5mm的深度和200mm2的面積的9. 5%硝酸鈉水溶液中進(jìn)行加工。在加工步驟前，使振蕩的加工電極1 (圖1)和加工坯件2相互接近至互相接觸，且在加工電極1和加工坯件2上無工藝電壓并使它們移動成相隔最小電極間間隙的預(yù)定值^ =20μ (圖 1)。接著，在第一加工步驟，設(shè)置以下由正極性電流脈沖進(jìn)行的加工模式-矩形電流脈沖和加工電極振蕩的頻率，49Hz；-電壓脈沖持續(xù)時(shí)間，1.5ms ；-加工電極振蕩的幅度，0.15mm ；-電極間為最小距離的時(shí)刻時(shí)的矩形電壓脈沖的幅度，10.5V ；-電極間間隙入口處的電解液壓力，IOOkPa；-電解液溫度，20°C。電解液進(jìn)給直接通過加工電極的中心出口。在將加工電極1 (圖1)浸入到坯件2中期間，在0. lmm-0. 3mm的深度時(shí)，進(jìn)給速度為0. lmm/min。然后，使加工電極1 (圖1)進(jìn)一步浸入到坯件2中，電解液壓力逐漸增大到
9350kPa上。在由正極性電流脈沖進(jìn)行加工期間，進(jìn)給速度逐漸增大至對應(yīng)于EDM電極進(jìn)給速度為0. 16mm/min的第一擊穿，然后進(jìn)給速度被減少約7%并且繼續(xù)加工至預(yù)定深度。當(dāng)完成預(yù)定的5mm深度時(shí)，停止正極性電流脈沖和加工進(jìn)給，并且通過開啟具有 7V的電壓幅度和100μ s的脈沖持續(xù)時(shí)間的試驗(yàn)高頻脈沖來測定剩余極化總電壓。然后開始加工，在初始步驟中，設(shè)置具有3V的幅度和2ms的持續(xù)時(shí)間的反極性低電壓矩形電流脈沖，反極性脈沖供應(yīng)的時(shí)刻還與電極相互為最大接近度的相位同步，并且依靠試驗(yàn)高頻脈沖周期性地測量電壓，以小的電極間間隙進(jìn)行鉻從電解液陰極沉積到加工表面上。之后，在鉻沉積步驟，使反極性電流脈沖與正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖交替，通過剩余極化電壓水平相對于其在正極性電流脈沖之后的值的必要增量(對一批次內(nèi)的2-3個(gè)工件來預(yù)先確定必要增量的值)來確保對鉻沉積的控制。當(dāng)供應(yīng)反極性電流脈沖時(shí)，電解液壓力降低到lOOkPa，從而在電極間間隙內(nèi)形成層流，提供了用于使鉻從電解液沉積到加工表面上的有利條件。于此，反極性電流脈沖的幅度和持續(xù)時(shí)間的邊界條件是加工電極的操作表面上不出現(xiàn)蝕刻，同時(shí)脈沖幅度和持續(xù)時(shí)間足以在加工工件表面上釋放鉻離子。加工結(jié)果的分析表明當(dāng)使用所提供的方法時(shí)，廢電解液中的六價(jià)鉻顯著降低并且在存在的加工表面上產(chǎn)生有光澤的面層(Ra<0. 15 μ m)，EDM電極仿形誤差不超過0.01mm， 同時(shí)在由正極性電流脈沖進(jìn)行加工期間，進(jìn)給速度值為0. 15mm/min。
權(quán)利要求
1.一種在基于堿金屬硝酸鹽水溶液的電解液中對含鉻鋼和合金進(jìn)行電化學(xué)加工的方法，其中加工電極經(jīng)受振蕩，并且與加工電極振蕩同步的雙極電流脈沖被供應(yīng)到電極間間隙，所述方法還包括以下步驟控制所述加工電極的進(jìn)給速度以使所述加工電極和所述加工工件之間維持最小間隙，其中，在初始步驟中，由正極性操作電流脈沖進(jìn)行單極電化學(xué)加工以在臨近所述工件表面的電解液區(qū)域中形成富鉻離子層；接著，當(dāng)完成所述工件的預(yù)定加工深度、形狀和尺寸時(shí)，停止所述正極性操作電流脈沖和所述加工電極進(jìn)給，并且使用正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖來測量所述電極間間隙中的剩余極化電壓值；接著開啟反極性低電壓電流脈沖，同時(shí)使進(jìn)給反極性電流脈沖與所述電極相互為最大接近度的相位同步；并且通過使所述反極性電流脈沖與所述正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖交替來進(jìn)行鉻陰極沉積到所述加工工件的表面上，同時(shí)通過剩余極化電壓值相對于施加所述正極性操作電流脈沖之后得到的值的增量來控制鉻沉積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反極性脈沖的幅度和持續(xù)時(shí)間的上限值受到限制以避免蝕刻所述加工電極操作表面，同時(shí)所述反極性脈沖的幅度和持續(xù)時(shí)間的下限值受到限制以提供在所述加工工件的表面上形成連續(xù)的鉻層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述正極性的試驗(yàn)電流脈沖的持續(xù)時(shí)間被設(shè)置成在 10μ s-50y s的范圍內(nèi)，且頻率為5kHz-10kHz,同時(shí)幅度設(shè)置在6V-8V內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中按經(jīng)驗(yàn)使用一批次中的前2-3個(gè)工件來設(shè)置剩余極化電壓相對于施加所述正極性操作脈沖之后得到的值的增量。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)進(jìn)給所述反極性電流脈沖時(shí)，所述電極間間隙的入口處的電解液壓力降至50kPa-150kPa，并且以所述電極間間隙中所產(chǎn)生的電解液速率進(jìn)行鉻沉積。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)由所述正極性操作脈沖來進(jìn)行所述加工時(shí)，通過逐漸地增大所述加工電極進(jìn)給速度來減小所述電極間間隙的尺寸，直至發(fā)生所述電極間間隙的第一擊穿；接著使所述進(jìn)給速度相對于發(fā)生擊穿時(shí)的速度降低3% -10%，并且繼續(xù)進(jìn)行所述加工，同時(shí)，如需要的話，重復(fù)該動作。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中按以下模式由所述正極性操作電流脈沖來進(jìn)行所述加工IEG上的電壓為5V-15V，IEG入口處的電解液壓力為50kPa_500kPa，電解液濃度為 7% -15%，并且電解液溫度為18°C -40°C以便提供50A/Cm2-1000A/Cm2內(nèi)的電流密度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在剩余極化衰減曲線的初始點(diǎn)中的最后的試驗(yàn)脈沖結(jié)束處測量極化電壓，其中選擇試驗(yàn)脈沖組的持續(xù)時(shí)間使得達(dá)到極化電壓的穩(wěn)態(tài)值。
9.一種在基于堿金屬硝酸鹽水溶液的電解液中對含鉻鋼和合金進(jìn)行電化學(xué)加工的裝置，其中所述裝置包括振蕩的加工電極、速度調(diào)節(jié)器和電流脈沖發(fā)生器，所述速度調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)進(jìn)給所述儀器的速度以維持最小的電極間間隙，所述電流脈沖發(fā)生器用于產(chǎn)生與加工電極振蕩同步的雙極電流脈沖以供應(yīng)至電極間間隙，其中，在單極電化學(xué)加工的初始步驟中，所述電流脈沖發(fā)生器產(chǎn)生正極性操作脈沖以在鄰近工件表面的電解液區(qū)域中形成富鉻離子的層，所述裝置還包括測量單元，用于使用正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖來測量所述電極間間隙處的剩余極化電壓，在一旦完成所述工件的預(yù)定加工深度、形狀和尺寸的狀態(tài)時(shí)，并關(guān)掉所述正極性操作電流脈沖并停止加工電極進(jìn)給，以及其中，所述電流脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與所述電極相互為最大接近度的相位同步的反極性低電壓電流脈沖，以通過使所述反極性電流脈沖與所述正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖交替而使鉻能夠陰極沉積到加工工件表面上，并且其中通過剩余極化電壓值相對于其在施加所述正極性操作電流脈沖之后的值的增量來控制鉻沉積。
10.一種制造物品，所述制造物品通過權(quán)利要求1所述的方法得到，所述制造物品在加工表面上具有鉻保護(hù)層，其中所述保護(hù)層提供低的粗糙度、有光澤的面層、高的耐腐蝕性和低的摩擦系數(shù)中的至少一個(gè)。
11.如權(quán)利要求10所述的制造物品，其中所述加工表面的粗糙度小于0.15 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及電化學(xué)加工的方法。在初始步驟中，由正極性操作電流脈沖進(jìn)行單極電化學(xué)加工以在臨近工件表面的電解液區(qū)域中形成富鉻離子層，接著當(dāng)完成工件的預(yù)定加工深度、形狀和尺寸時(shí)，停止正極性操作電流脈沖和加工電極進(jìn)給，并且使用正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖來測量電極間間隙處的剩余極化電壓值；接著開啟與電極相互為最大接近度的相位同步的反極性低電壓電流脈沖，并通過使反極性電流脈沖與正極性的試驗(yàn)高頻電流脈沖交替來進(jìn)行鉻陰極沉積到加工工件表面上并通過剩余極化電壓值相對于其在施加正極性操作電流脈沖之后的值的增量來控制鉻沉積。
文檔編號B23H3/00GK102581397SQ20111013727
公開日2012年7月18日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者納綏哈·茲亞蒂諾維奇·吉馬夫, 維亞切斯拉夫·亞歷山德羅維奇·扎伊特瑟夫, 鐵木爾·拉什托維奇·伊德里索夫 申請人:Pecm工業(yè)有限責(zé)任公司