RU2094546C1

RU2094546C1 - Process of removal of coat from metal backing

Info

Publication number: RU2094546C1
Application number: RU95104824A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Амирханова; Р.Р. Невьянцева; В.А. Белоногов; Т.М. Тимергазина
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU95104824A

Abstract

FIELD: electrochemical machining, repair of parts made of nickel, chrome-nickel alloys and steels in various branches of industry: mechanical engineering, aviation industry, instrumentation, oil industry and medicine. SUBSTANCE: process includes anode machining in the course of 4.0-7.0 min at temperature 320-360 K with voltage 180-340 V and current density 1500-5000 A/sq.dm in electrolyte carrying inorganic ammonium salt with addition of matter of organic origin and/or inorganic salt. EFFECT: increased productivity of process, simplified technological process, diminished toxicity of electrolyte.

Description

Изобретение относится к электрохимической обработке и может быть использовано при ремонте деталей из никелевых, хромоникелевых сплавов и сталей с износостойкими и жаропрочными покрытиями и предусматривает использование в машиностроительной, авиационной, приборостроительной, нефтяной отраслях промышленности и медицине. The invention relates to electrochemical processing and can be used in the repair of parts made of nickel, chromium-nickel alloys and steels with wear-resistant and heat-resistant coatings and provides for use in machine-building, aviation, instrument-making, oil industries and medicine.

Известен способ удаления жаростойких покрытий с лопаток ГТД [1] включающий погружение лопаток ГТД в электролит, содержащий азотную и соляную кислоты и в качестве добавок хлорид железа и 2-бутин-1,4-диол с использованием ультразвукового перемешивания. Удаление покрытия происходит в течение 40 60 мин. A known method of removing heat-resistant coatings from GTE blades [1] comprising immersing GTE blades in an electrolyte containing nitric and hydrochloric acids and, as additives, iron chloride and 2-butyn-1,4-diol using ultrasonic mixing. Removing the coating occurs within 40 to 60 minutes

Известен способ электрохимического удаления покрытий преимущественно из нитрида титана [2] в растворах содержащих, мас. A known method of electrochemical removal of coatings mainly from titanium nitride [2] in solutions containing, by weight.

Соляная кислота 6,8 7,3
Фтористоводородная кислота 7,0 7,3
Азотная кислота 6,8 7,3
Вода Остальное
Процесс проводят при температуре 70^oC и плотности тока 0,31 А/дм². Время удаления покрытия толщиной 3 5 мкм 20 мин.Hydrochloric acid 6.8 7.3
Hydrofluoric acid 7.0 7.3
Nitric acid 6.8 7.3
Water Else
The process is carried out at a temperature of 70 ^o C and a current density of 0.31 A / DM ² . The removal time of the coating with a thickness of 3 5 μm 20 minutes

При указанной температуре происходит интенсивное испарение кислот и снижение пассивирующего воздействия фтористоводородной кислоты на поверхность сплава. Данные способы не обеспечивают высокого класса чистоты обработки поверхности, что является необходимым условием для повторного нанесения покрытий при ремонтной технологии деталей. At this temperature, intense evaporation of acids and a decrease in the passivating effect of hydrofluoric acid on the surface of the alloy occur. These methods do not provide a high class of surface finish, which is a prerequisite for re-coating with the repair technology of parts.

Недостатком вышеприведенных аналогов является также необходимость применения футеровки технологических ванн в связи с высокой агрессивностью электролита и необходимость обезвреживания токсичных хромовокислых и фтористоводородных растворов. The disadvantage of the above analogues is also the need for the lining of process baths due to the high aggressiveness of the electrolyte and the need to neutralize toxic chromic acid and hydrofluoric solutions.

Известен способ травления локальных межсоединений из нитрида титана [3] при котором сначала генерируют из галогеносодержащего газа свободные радикалы в отдельном плазменном генераторе, удаленном от рабочей камеры, а затем вводят свободные радикалы в рабочую камеру и создают в ней плазму свободных радикалов. There is a method of etching local interconnects from titanium nitride [3] in which free radicals are first generated from a halogen-containing gas in a separate plasma generator remote from the working chamber, and then free radicals are introduced into the working chamber and create a free radical plasma in it.

Реализация данного способа затруднена в связи с необходимостью вакуумирования рабочей камеры и применения сложного оборудования для генерации свободных радикалов с последующим вводом радикалов в рабочую камеру. The implementation of this method is difficult due to the need for evacuation of the working chamber and the use of sophisticated equipment for generating free radicals with the subsequent introduction of radicals into the working chamber.

Известен способ отделения покрытия из карбида и нитрида титана, нанесенных в частности на никель, хром и нержавеющую сталь [4] по которому сначала проводят анодную обработку в щелочном электролите, а затем окончательное отделение покрытий в дестабилизированном разбавленном растворе пероксида водорода. A known method of separating a coating of titanium carbide and nitride, deposited in particular on nickel, chromium and stainless steel [4] by which anode treatment is first carried out in an alkaline electrolyte, and then the final separation of the coatings in a destabilized diluted solution of hydrogen peroxide.

Недостатком аналога является осуществление процесса в две стадии, что приводит к увеличению числа технологических операций, а также применение разлагающегося пероксида водорода. The disadvantage of the analogue is the implementation of the process in two stages, which leads to an increase in the number of technological operations, as well as the use of decomposable hydrogen peroxide.

Наиболее близким по технической сущности является способ удаления покрытий с металлических деталей, включающий анодную обработку в нагретом до температуры 40 65^oC электролите, содержащем аммонийную соль с добавкой водорастворимого вещества органической природы (например, этанола), процесс ведут при плотности тока 8 А/дм² [5]
Недостатком прототипа является невозможность удаления износостойких покрытий (типа TiN, ZrN, CrC) и жаростойких никель-хромовых покрытий (типа Ni-Cr/Cr-Al). При указанных условиях за время обработки в течение 6 ч съем покрытия не происходит, а при плотностях тока порядка 80 А/дм² через 3 ч обработки покрытие TiN удалилось с отдельных участков поверхности с раствором основного материала глубиной до 320 мкм.The closest in technical essence is the method of removing coatings from metal parts, including anode treatment in an electrolyte heated to a temperature of 40 65 ^o C containing ammonium salt with the addition of a water-soluble organic substance (e.g. ethanol), the process is carried out at a current density of 8 A / dm ² [5]
The disadvantage of the prototype is the inability to remove wear-resistant coatings (such as TiN, ZrN, CrC) and heat-resistant nickel-chromium coatings (type Ni-Cr / Cr-Al). Under the indicated conditions, during 6 hours of treatment, the coating is not removed, and at current densities of the order of 80 A / dm ^2, after 3 hours of treatment, the TiN coating is removed from separate sections of the surface with a solution of the base material up to 320 μm deep.

Задачей, решаемой изобретением, является упрощение технологического процесса за счет уменьшения числа операций, совмещение в одном методе двух процессов: удаление покрытия и одновременное полирование поверхности; и возможность использовать в данном способе нетоксичные электролиты. The problem solved by the invention is to simplify the process by reducing the number of operations, combining two processes in one method: removing the coating and polishing the surface at the same time; and the ability to use non-toxic electrolytes in this method.

Задача решается таким образом, что в способе удаления покрытий с металлической подложки ремонтируемую деталь анодно обрабатывают в течение 4 - 7 мин, при температуре 320 360K, напряжении 180 340 В и плотности тока 1500 5000 А/м² в электролите, содержащем неорганическую аммонийную соль с добавкой вещества органической природы и/или неорганической соли.The problem is solved in such a way that in the method of removing coatings from a metal substrate, the repaired part is anodically treated for 4 to 7 minutes, at a temperature of 320 360 K, voltage 180 340 V and current density 1500 5000 A / m ² in an electrolyte containing inorganic ammonium salt with an additive of a substance of organic nature and / or inorganic salt.

При использовании указанных режимов на поверхности анода возникает парогазовая оболочка, которая реализуется по варианту пузырькового кипения. Она обладает большим сопротивлением и в условиях высоких напряжений через нее осуществляются многочисленные разряды, приводящие к эрозионному съему покрытия и дальнейшему полированию поверхности. Возникающие в парогазовой оболочке разряды отличаются про частоте и мощности, и оптимальные характеристики разрядов для каждого вида покрытий определяются конкретной величиной напряжения в интервале 180 340 В и исходной температурой электролита. When using these modes, a vapor-gas shell appears on the surface of the anode, which is realized according to the variant of bubble boiling. It has great resistance and under high stresses, numerous discharges are carried out through it, leading to erosion removal of the coating and further polishing of the surface. Discharges occurring in a vapor-gas shell differ in frequency and power, and the optimal characteristics of discharges for each type of coating are determined by a specific voltage in the range of 180–340 V and the initial temperature of the electrolyte.

Интервалы напряжений выбраны исходя из того, что при напряжении менее 180 В в условиях тонкой парогазовой оболочки возможно замыкание электролита на анод и возникновение многочисленных разрядов большой мощности, приводящих к сильному увеличению степени шероховатости после удаления покрытия. При напряжениях выше 340 В парогазовая оболочка реализуется по варианту пленочного кипения. В этих условиях возникает парогазовая оболочка большой толщины и осуществляются отдельные разряды большой мощности. Покрытие не удаляется, а на поверхности наблюдаются локальные разрядные лунки глубиной до 200 мкм. Характер разрядов определяется также выбором исходной температуры раствора. The voltage intervals are selected based on the fact that at a voltage of less than 180 V in a thin vapor-gas shell, the electrolyte may be shorted to the anode and numerous discharges of high power can occur, leading to a strong increase in the degree of roughness after removal of the coating. At voltages above 340 V, the vapor-gas shell is realized according to the variant of film boiling. Under these conditions, a vapor-gas shell of large thickness arises and individual discharges of high power are realized. The coating is not removed, and local discharge wells up to 200 μm deep are observed on the surface. The nature of the discharges is also determined by the choice of the initial temperature of the solution.

Пример 1. Лопатку ГТД из сплава ЖС6У с комплексным диффузионным покрытием Ni Cr/Cr Al погружают в электролит состава, г/л:
Фосфат аммония 50
Триэтиленгликоль 3 5
Вода Остальное
Электролит нагрет до температуры 350 360 K, подают напряжение 280 В при плотности тока 1800 А/м². Обработку ведут в течение 4 5 мин. После обработки на поверхности полностью отсутствует покрытие. Исходная высота микронеровностей до нанесения покрытия Ra 2,4 мкм, после обработки Ra 0,32 0,42 мкм.Example 1. A GTE blade made of ZhS6U alloy with a complex diffusion coating of Ni Cr / Cr Al is immersed in an electrolyte of the composition, g / l:
Ammonium Phosphate 50
Triethylene glycol 3 5
Water Else
The electrolyte is heated to a temperature of 350 360 K, a voltage of 280 V is applied at a current density of 1800 A / m ² . Processing is carried out for 4 to 5 minutes After processing, the surface is completely absent. The initial height of the microroughness before coating Ra 2.4 microns, after processing Ra 0.32 0.42 microns.

Пример 2. Лопатку из стали ЭИ-961Ш с вакуумно-плазменным покрытием CrC толщиной 5 7 мкм погружают в электролит состава, мас. Example 2. A blade of steel EI-961Sh with a vacuum-plasma coating of CrC with a thickness of 5 7 μm is immersed in an electrolyte of the composition, wt.

Сульфат аммония 4 6
Сульфат натрия 0,2 0,5
Амиловый спирт 0,3 0,5
Электролит нагрет до температуры 320K, подают напряжение 220 В, при плотности тока 4000 5000 А/м², обрабатывают в течение 6 7 мин.Ammonium sulfate 4 6
Sodium Sulfate 0.2 0.5
Amyl alcohol 0.3 0.5
The electrolyte is heated to a temperature of 320K, a voltage of 220 V is applied, at a current density of 4000 5000 A / m ² , it is treated for 6 7 minutes.

После обработки на поверхности полностью отсутствует покрытие. Шероховатость поверхности составляет Ra 0,07 0,09 мкм при исходной шероховатости перед нанесением покрытия Ra 0,4 мкм. After processing, the surface is completely absent. The surface roughness is Ra 0.07 0.09 μm with the initial roughness before coating Ra 0.4 μm.

Пример 3. Ложку из стали 12Х18Н9Т с вакуумно-плазменным покрытием TiN толщиной 5 7 мкм погружают в электролит состава, мас. Example 3. A spoon of steel 12X18H9T with a vacuum-plasma coating TiN with a thickness of 5 7 μm is immersed in an electrolyte of the composition, wt.

Сульфат аммония 4 6
Сульфат калия 1,0 1,5
Сульфат натрия 0,3 0,5
Электролит нагрет до температуры 360K, подают напряжение 180 В, при плотности тока 3400 3600 А/м², обрабатывают в течение 5 6 мин.Ammonium sulfate 4 6
Potassium sulfate 1.0 1.5
Sodium Sulfate 0.3 0.5
The electrolyte is heated to a temperature of 360K, a voltage of 180 V is applied, at a current density of 3400 3600 A / m ² , it is treated for 5-6 minutes.

После обработки на поверхности полностью отсутствует покрытие. Шероховатость поверхности составляет Ra 0,12 0,24 мкм при исходной шероховатости перед нанесением покрытия Ra 0,32 мкм. After processing, the surface is completely absent. The surface roughness is Ra 0.12 0.24 μm with the initial roughness before coating Ra 0.32 μm.

Таким образом, изобретение позволяет осуществить полное удаление покрытия с последующим полированием поверхности жаропрочных сплавов и сталей при произвольной конфигурации детали. Изобретение позволяет существенно упростить ремонтную технологию путем совмещения в едином процессе удаления покрытия с последующей полировкой поверхности, а также позволяет применять нетоксичные электролиты. Thus, the invention allows for complete removal of the coating, followed by polishing the surface of heat-resistant alloys and steels with an arbitrary configuration of the part. The invention allows to significantly simplify the repair technology by combining in a single process the removal of the coating with subsequent polishing of the surface, and also allows the use of non-toxic electrolytes.

Claims

A method of removing a coating from a metal substrate, including anode treatment in a heated electrolyte containing inorganic ammonium salt with the addition of a water-soluble substance, characterized in that the treatment is carried out for 4 7 minutes at 320 360 K, voltage 180 340 V and current density 1500 5000 A / m ² in an electrolyte containing an inorganic ammonium salt with the addition of an organic substance and / or inorganic salt.