專(zhuān)利名稱(chēng)：用于電化學(xué)加工的電解液的制作方法
用于電化學(xué)加工的電解液 本發(fā)明涉及用于電化學(xué)加工的一種電解液、該電解液的用途并且還涉及用于電化
學(xué)加工的一種方法以及一種裝置。部件的電化學(xué)加工允許特別精確地加工導(dǎo)電性的金屬部 件。加工幾乎是沒(méi)有磨損地進(jìn)行并且對(duì)于材料是特別溫和的。本發(fā)明具體地是在工業(yè)部門(mén) 中并且在大型生產(chǎn)運(yùn)行的情況中使用。 電化學(xué)加工根據(jù)電化學(xué)去除材料的原理起作用。為此目的，例如，部件被連接為陽(yáng) 極而工具被連接為陰極。 一種導(dǎo)電液體(也被稱(chēng)為電解液)被泵送通過(guò)保留在部件與工具 之間的一個(gè)工作空隙。當(dāng)在部件與工具之間施加一個(gè)電勢(shì)時(shí)，電流發(fā)生流動(dòng)并且開(kāi)始電解 作用，通過(guò)這種方式使金屬離子從部件上溶解。以此方式實(shí)現(xiàn)了金屬的一種限定的去除。甚 至在難于觸及的地方電化學(xué)加工能夠以高精確度來(lái)產(chǎn)生半徑和外形。此外，有可能同時(shí)加 工部件的不同位置。因?yàn)樵诠ぞ吲c部件之間沒(méi)有直接的接觸，加工幾乎沒(méi)有磨損地發(fā)生并 且確保了非常恒定的處理質(zhì)量。此外，在有待加工的部件中不引起機(jī)械應(yīng)力或熱影響。甚 至難以通過(guò)多種切削方法來(lái)加工的材料也能夠毫無(wú)問(wèn)題地進(jìn)行加工。由于可能最多達(dá)幾秒 鐘的短的周期時(shí)間，有可能以高加工可靠性來(lái)加工相對(duì)大數(shù)量的部件。這種方法被特別廣 泛地使用在注射噴嘴中的通道的后加工中。 除了以上提到的電化學(xué)加工的眾多優(yōu)點(diǎn)之外，在實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在電化學(xué)加工過(guò) 程中會(huì)形成不均勻的表面。這代表著在生產(chǎn)鏈中的缺陷的一個(gè)起源，因?yàn)橐源朔绞疆a(chǎn)生的 這些表面給出的一種粗糙度或結(jié)構(gòu)能夠?qū)е虏考腥毕莸墓δ芑蚴А?因此本發(fā)明的一個(gè)目的是要至少部分地解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的這些問(wèn)題，并且
具體地是提供實(shí)現(xiàn)該加工過(guò)程而同時(shí)確保高的表面質(zhì)量的一種簡(jiǎn)單可靠的方法。 這些目的是通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的一種電解液、根據(jù)權(quán)利要求5的電解液
的用途、根據(jù)權(quán)利要求6的一種電化學(xué)加工方法以及根據(jù)權(quán)利要求9用于電化學(xué)加工的一
種裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中指明了本發(fā)明的另外的有利實(shí)施方案。應(yīng)該指出，在
從屬權(quán)利要求中提到的這些單獨(dú)的特征能夠以任何在技術(shù)上有用的方式相互組合并且限
定了本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方案。此外，在說(shuō)明書(shū)中更加明確地限定并解釋了在這些權(quán)利
要求中指明的特征，其中給出了本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)例。 根據(jù)本發(fā)明，這些目的是通過(guò)用于金屬部件的電化學(xué)加工的一種電解液來(lái)實(shí)現(xiàn) 的，其中該電解液具有一定比例的一種質(zhì)子溶劑，優(yōu)選一種不同于水的質(zhì)子溶劑。為了本發(fā) 明的這些目的， 一種用于電化學(xué)加工的電解液是一種材料，該材料至少部分地以處于固體 或溶解狀態(tài)中的離子的形式存在并且可以傳導(dǎo)電流。此類(lèi)電解液具體包括含有離子并且因 此可以傳導(dǎo)電流的多種液體。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的電解液具體地是水性鹽溶液；作為水性鹽 溶液，有可能使用(例如)水性NaCl溶液或水性NaN03溶液，其中，這些鹽(NaCl或NaN03) 優(yōu)選地以按重量計(jì)在從30%至40%的范圍內(nèi)的濃度存在。 在電化學(xué)加工中，所使用的電解液圍繞有待加工的這些部件的至少一部分流動(dòng)或 者至少使這些部件濕潤(rùn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在電化學(xué)加工過(guò)程中，尤其是在有待加工的這些部件的 表面上存在著沉積物時(shí)，形成了一種不均勻的表面結(jié)構(gòu)。膏脂類(lèi)或油類(lèi)的沉積物具體地導(dǎo) 致有待加工的部件材料的不均勻溶解。此類(lèi)污染物具有效果與鈍化層的效果是可類(lèi)比的。
3它們防止有待去除的金屬材料在電解液中的溶解。將一種質(zhì)子溶劑(優(yōu)選一種不同于水的 質(zhì)子溶劑)加入電解液中能夠在電解液的存在下使這些污染物被清除干凈并且因此發(fā)生 通過(guò)溶解使材料均勻去除。為了本發(fā)明的這些目的， 一種質(zhì)子溶劑是一種材料，該材料具有 至少一個(gè)功能基團(tuán)，通過(guò)在強(qiáng)堿的存在下的解離可以從該功能基團(tuán)上分離出質(zhì)子。此類(lèi)質(zhì) 子溶劑能夠形成氫鍵。加入一種質(zhì)子溶劑(優(yōu)選一種不同于水的質(zhì)子溶劑)使得該電解液 能夠溶解多種污染物(如油類(lèi)和膏脂類(lèi))并且將其運(yùn)走。因此它們不在有待加工的這些部 件的表面上起鈍化層的作用并且金屬材料的均勻去除得到保證。 有利的是使電解液中的質(zhì)子溶劑的平均比例是在按體積計(jì)從0. 01%到80%的 范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地是在按體積計(jì)從0. 05 %到25 %的范圍內(nèi)并且最優(yōu)選地按體積計(jì)在從 0. 1%至10%的范圍內(nèi)。根據(jù)應(yīng)用(例如，帶有或附著脂膏類(lèi)和油類(lèi)的嚴(yán)重或不太嚴(yán)重的污 染)，該電解液就其溶劑含量而言可以針對(duì)相應(yīng)的要求在一個(gè)寬的范圍內(nèi)進(jìn)行適配。
為了本發(fā)明的這些目的，非常特別有利的是該質(zhì)子溶劑應(yīng)是一種不同于水的質(zhì)子 極性溶劑。具有從1至25個(gè)碳原子(特別優(yōu)選從4至12個(gè)碳原子)的有機(jī)溶劑是特別有 利的。這些相對(duì)長(zhǎng)鏈的化合物仍具有相對(duì)顯著的極性特征并且同時(shí)對(duì)于脂膏類(lèi)和油類(lèi)具有 非常良好的溶劑特性。 具體地講，一種有利的實(shí)施方案提出了使該質(zhì)子溶劑具有至少一個(gè)官能基團(tuán)，該 官能基團(tuán)是選自下組，其構(gòu)成為一個(gè)羧基、一個(gè)羧酸根基團(tuán)、一個(gè)羥基以及一個(gè)氨基。因 此，該質(zhì)子溶劑優(yōu)選地是一種羧酸、一種羧酸的鹽、一種醇、或一種胺。作為羧酸的鹽類(lèi)，優(yōu) 選使用脂肪酸的鹽類(lèi)(具體是肥皂類(lèi))，它們與該電解液相互作用并且能夠特別容易地清 洗掉溶解在其中的脂膏類(lèi)和油類(lèi)。這些肥皂優(yōu)選是具有從10至16個(gè)碳原子的羧酸類(lèi)的鈉 或鉀鹽。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的醇類(lèi)可以是一元醇類(lèi)、二元醇類(lèi)、三元醇類(lèi)或具有多于三個(gè)羥基 的多元醇類(lèi)，特別優(yōu)選的是一元醇類(lèi)，具體具有從1至10個(gè)碳原子的一元醇類(lèi)。根據(jù)本發(fā) 明特別優(yōu)選的醇類(lèi)是選自下組，其構(gòu)成為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇和己醇，特別優(yōu)選的 是丁醇、戊醇或己醇。提及的所有這些材料或材料組都可以被單獨(dú)地或組合地使用在根據(jù) 本發(fā)明的一種電解液中，以便改進(jìn)其清潔或溶解脂膏類(lèi)和油類(lèi)的作用。
在本發(fā)明的電解液的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，該電解液包括一種醇，優(yōu)選是一種 一元醇。給予特別優(yōu)選的是具有從3至7個(gè)碳原子的一元醇，其量值為按體積計(jì)在從0. 01 % 至80 %的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選按體積計(jì)在從0. 05 %至25 %的范圍之內(nèi)并且最優(yōu)選按體積計(jì) 在從O. 1%至10%的范圍內(nèi)。 使用根據(jù)本發(fā)明的一種電解液用于電化學(xué)加工金屬部件使得在這些部件上能夠 形成一個(gè)特別高質(zhì)量的表面(從該表面上已經(jīng)將材料均勻地去除)，例如，在非常小的并且 高度敏感的部件或精密部件的制造中這是令人希望的。 根據(jù)提出權(quán)利要求的這種用于加工至少一個(gè)金屬部件的電化學(xué)加工方法，一種質(zhì) 子溶劑被加入一種電解液中。質(zhì)子溶劑的加入能夠以不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。該加入可以一次 完成，例如，在初始準(zhǔn)備一種電解液時(shí)。然而，也可以將該質(zhì)子溶劑引入到一個(gè)電解液流之 中。這可以連續(xù)地或間斷地進(jìn)行。 因此，本發(fā)明的加工方法的一個(gè)實(shí)施方案提供了將該質(zhì)子溶劑依據(jù)在該電解液中 的溶劑的一個(gè)測(cè)量濃度來(lái)加入。這就特別確保了經(jīng)濟(jì)性但在使用該電解液的整個(gè)時(shí)間上一 直精確保持該溶劑的所希望的濃度。因此有效地避免了加入太多或太少對(duì)電化學(xué)加工過(guò)程
4帶來(lái)的相應(yīng)的不利作用。 在特別強(qiáng)地被污染的部件的情況下，同樣有利的是使有待加工的部件預(yù)先經(jīng)受預(yù) 清洗。這種預(yù)清洗與包含溶劑的電解液一起確保了即使是在特別嚴(yán)重污染的情況下附著在 部件上的污染物也被可靠地并且徹底地去除。 此外，本發(fā)明的這些目的是通過(guò)用于至少一個(gè)部件的電化學(xué)加工的一種裝置來(lái)實(shí) 現(xiàn)的，其中，提供了用于將一種質(zhì)子溶劑加入電解液中的一種計(jì)量器具。這樣一種計(jì)量器具 可以持續(xù)地將一個(gè)小的量值引入一個(gè)電解液流之中、并且由此摻入后者。除了持續(xù)性或連 續(xù)地加入之外，就量值而言它可以改變，還有可能以在時(shí)間上分開(kāi)地引入的多個(gè)單獨(dú)劑量 的形式來(lái)間斷地進(jìn)行這種加入。 為了本發(fā)明的這些目的，給予特別優(yōu)先的是提供多根導(dǎo)管以及傳輸裝置，這些導(dǎo) 管和傳輸裝置形成了用于電解液的一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。以此方式，一種電解液可以多次循環(huán)并 且還因此通過(guò)該加工空間并且圍繞該部件多次流過(guò)。 非常特別有利的是提供用于測(cè)量該電解液的至少一種特性的至少一種測(cè)量工具。 這樣一種特性可以是(例如)該電解液中的質(zhì)子溶劑的濃度。然而，還有可能測(cè)量更多的
特性，如電解液的粘度、導(dǎo)電性、溫度或ra值。此外，電解液的污染也可以通過(guò)這樣一種測(cè)
量工具來(lái)監(jiān)測(cè)，以便在必要時(shí)對(duì)電解液進(jìn)行處理(work up)或替換。在一種循環(huán)系統(tǒng)的情 況下，安裝一種測(cè)量工具是特別有利的，因?yàn)槟芤源朔绞铰晕⒃黾釉撾娊庖旱膲勖?
最后，本發(fā)明還提出了使用一種控制工具，這種控制工具被連接到該計(jì)量器具以 及該測(cè)量工具上。該連接具有一種過(guò)程控制的性質(zhì)。這就是說(shuō)，控制信號(hào)和/或多條能量 供應(yīng)線可以被包括在其中。為了本發(fā)明的這些目的，重要的是該控制器具可以接收由該測(cè) 量器具確定的這些值，從中確定用于該計(jì)量器具的控制指令并且隨后將這些指令傳輸給該 計(jì)量器具。例如，這可以通過(guò)經(jīng)由多條信號(hào)線傳輸信息信號(hào)而發(fā)生。作為一種替代方案，該 計(jì)量器具還可以(在特別簡(jiǎn)單的情況下)通過(guò)經(jīng)由一條能量供應(yīng)線簡(jiǎn)單提供能量而被啟動(dòng) 或解除啟動(dòng)，這可以由該控制器具來(lái)進(jìn)行。 以下借助附圖對(duì)本發(fā)明以及技術(shù)背景更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)該指出，這些附圖示
出了本發(fā)明的特別優(yōu)選的變體，但本發(fā)明不限于這些變體。附圖示意性示出

圖1 :具有一個(gè)電解液回路的一種用于電化學(xué)加工的裝置； 圖2 :在電化學(xué)處理后一個(gè)被污染的部件；并且 圖3 :根據(jù)本發(fā)明在電化學(xué)處理后已經(jīng)被清潔的一個(gè)部件。 圖1示意性示出了用于電化學(xué)加工的一種裝置1。該裝置包括一個(gè)第一儲(chǔ)液器2 以及一個(gè)第二儲(chǔ)液器3。此外，裝置1具有一個(gè)加工空間4，其中有待加工的這些部件5被安 排在一個(gè)陽(yáng)極6與一個(gè)陰極7之間。 一種電解液8圍繞這些部件5流動(dòng)。電解液8通過(guò)由 多個(gè)泵形成的傳輸裝置9在順時(shí)針?lè)较蛏媳粋魉徒?jīng)過(guò)一條回路11中的導(dǎo)管10。在該加工 過(guò)程中，由于在一個(gè)電化學(xué)過(guò)程中該電解液將材料溶解，電解液8從有待加工的這些部件5 上帶走了金屬材料。然后電解液8經(jīng)由導(dǎo)管10進(jìn)入第一儲(chǔ)液器2中，電解液從這里由傳輸 裝置9傳送經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)濾器12到達(dá)第二儲(chǔ)液器3。在第二儲(chǔ)液器3中，被凈化的電解液8 于是可供用于通過(guò)加工空間4的另一次穿行。使用具有一定比例的質(zhì)子溶劑(例如，一種 醇)的一種電解液8確保了將可能附著在這些部件5上的多種污染物(如，油或脂膏、或污 物)清除掉。這具體地得到傳輸裝置9的協(xié)助，該傳輸裝置產(chǎn)生圍繞或經(jīng)過(guò)這些部件5流動(dòng)的電解液8的一種連續(xù)流。 特別有利的是提供多個(gè)額外的使電解液8偏轉(zhuǎn)的流動(dòng)引導(dǎo)件，這樣電解液8圍繞 部件5上的有待加工的整個(gè)表面流動(dòng)。具體地講，可以安排多個(gè)導(dǎo)管以使該電解液還穿過(guò) 這些部件5。除了所描述的使用在加工過(guò)程中未被改變的一種電解液8之外，還有可能通過(guò) 加入質(zhì)子溶劑在該加工過(guò)程中改變?cè)撾娊庖?。為此目的，提供了在鄰近加工空間4中的一 個(gè)計(jì)量器具13，該計(jì)量器具經(jīng)由多條管線14將該質(zhì)子溶劑送入直接鄰近這些部件5的電 解液8中。由于送料導(dǎo)管或送料管線14的這些末端與這些部件5直接鄰近，在這些部件5 的附近可以實(shí)現(xiàn)特別高濃度的質(zhì)子溶劑15。與其相關(guān)聯(lián)的，有可能實(shí)現(xiàn)一種特別高的脂膏 溶解以及清潔作用。此外，可以使用這些送料管線14以增加流動(dòng)速度(至少是暫時(shí)地)。 例如，這可以通過(guò)引入壓縮空氣、質(zhì)子溶劑15或兩者并舉來(lái)實(shí)現(xiàn)。以此方式造成了對(duì)這些 部件5的一種沖洗作用。除了在加工空間4的區(qū)域中的計(jì)量器具13的所描繪的安排之外， 計(jì)量器具13在原理上可以被安排在回路11的任何點(diǎn)處，以便將質(zhì)子溶劑15加入電解液8 中。此外，計(jì)量器具13可以與一種控制工具16(它用虛線示出并且通過(guò)一個(gè)測(cè)量器具17 來(lái)測(cè)量該電解液中的溶劑的濃度) 一起使用并且受控制工具16控制。為此目的，控制工具 16經(jīng)由控制線18 (它同樣用虛線示出)連接到測(cè)量工具17以及計(jì)量器具13 二者上。
圖2示意性示出了一種電化學(xué)加工的部件5，該部件存在于一個(gè)加工空間4中并且 被電解液8圍繞并且被其濕潤(rùn)。在位于部件5中部的一個(gè)通道19中可以清楚地看到帶有 多個(gè)凸起21的一個(gè)粗糙表面20。這樣一個(gè)表面20是在電化學(xué)加工過(guò)程中當(dāng)部件5與附著 的脂膏類(lèi)、油類(lèi)或其他污染物一起經(jīng)受電化學(xué)加工時(shí)形成的。因?yàn)槲廴疚镆灶?lèi)似于一個(gè)鈍 化層的方式起作用，于是在這些被污染的地方形成了所描繪的這些凸起21。
圖3示出了一個(gè)有待加工的部件5，該部件存在于一個(gè)加工空間4中并且同樣被電 解液8圍繞。在此所使用的電解液8具有一定比例的質(zhì)子溶劑15，通過(guò)該質(zhì)子溶劑在通道 19的表面20上的污染在電化學(xué)加工之前或者至少在電化學(xué)加工過(guò)程中已經(jīng)被清除。這使 之有可能在電化學(xué)加工過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)特別平滑的表面20。因?yàn)闆](méi)有由于污染而能夠形成 的鈍化區(qū)域，所以在這個(gè)部件5的情況下避免了圖2中所示的這些凸起21。
此外，本發(fā)明并非旨在限于所示的這些實(shí)例。相反，在權(quán)利要求范圍之內(nèi)的本發(fā)明 的眾多改變是有可能的。因此，例如，在一種用于電化學(xué)加工的裝置中適于與電解液一起傳 送的許多質(zhì)子溶劑都可以用來(lái)代替所描述的這些材料。此外，可以改變所描繪的裝置1的 安排，以產(chǎn)生許多變體而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。參考號(hào)清單
1裝置2第一儲(chǔ)液器3第二儲(chǔ)液器4加工空間5部件6陽(yáng)極7陰極8電解液9傳輸裝置
6
10導(dǎo)管11回路12過(guò)濾器13計(jì)量器具14送料管線15質(zhì)子溶劑16控制工具17測(cè)量工具18控制線19通道20表面21凸起
說(shuō)明書(shū)
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權(quán)利要求
一種用于電化學(xué)加工金屬部件(5)的電解液(8)，其中，該電解液(8)具有一定比例的一種質(zhì)子溶劑(15)。
2. 如前一權(quán)利要求所述的電解液(8)，其中，該質(zhì)子溶劑(15)在該電解液(8)中的平 均比例是按體積計(jì)在從0. 01 %至80%的范圍內(nèi)。
3. 如以上權(quán)利要求之一所述的電解液(8)，其中，該質(zhì)子溶劑(15)是一種質(zhì)子極性溶劑。
4. 如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的電解液(8)，其中，該質(zhì)子溶劑(15)包括至少一 種官能基團(tuán)，該至少一種官能基團(tuán)選自下組，其構(gòu)成為一個(gè)羧基、一個(gè)羧酸根基團(tuán)、一個(gè)羥 基以及一個(gè)氨基。
5. 如以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的一種電解液(8)用于金屬部件(5)的電化學(xué)加工 的用途。
6. 用于加工至少一個(gè)金屬部件(5)的一種電化學(xué)加工方法，其中，將一種質(zhì)子溶劑 (15)加入一種電解液(8)中。
7. 如權(quán)利要求6所述的加工方法，其中，該質(zhì)子溶劑是依據(jù)該電解液(8)中的溶劑 (15)的一個(gè)測(cè)量的濃度而加入的。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的加工方法，其中，該有待加工的部件(5)預(yù)先經(jīng)受了預(yù)清洗。
9. 一種用于對(duì)至少一個(gè)部件(1)進(jìn)行電化學(xué)加工的裝置(l)，其中，提供了至少一個(gè)計(jì) 量器具(13)用于將一種質(zhì)子溶劑(15)加入一種電解液(8)中。
10. 如前一權(quán)利要求所述的裝置(l)，其中提供了多個(gè)導(dǎo)管(10)以及傳輸裝置(19)，這 些導(dǎo)管以及該傳輸裝置形成了用于該電解液(8)的一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)(11)。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的裝置(l)，其中提供了至少一個(gè)測(cè)量工具(17)用于測(cè)量 該電解液(8)的至少一個(gè)特性。
12. 如權(quán)利要求9至11中任何一項(xiàng)所述的裝置(l)，其中提供了一個(gè)控制工具(16)，該 控制工具被連接到該計(jì)量器具(13)以及該測(cè)量工具(17)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電解液(8)以及一種用于電化學(xué)處理金屬部件(5)的方法，其中，電解液(8)包括一種質(zhì)子溶劑(15)。
文檔編號(hào)C25F3/02GK101765682SQ200880101067
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者R·沃德里希, U·F·布爾梅斯特 申請(qǐng)人:易趨宏擠壓研磨有限公司