Спосіб електрохімічного полірування танталу та його сплавів і необхідний для цього електроліт

1. Спосіб електрохімічного полірування танталу та його сплавів, що включає анодну обробку в низькотемпературному карбамід-NH4Cl розтопленому електроліті, який відрізняється тим, що поляризацію танталового аноду здійснюють реверсивним струмом при співвідношенні часу анодного 40063 Поляризацію танталового електроду проводили при допомозі реле реверсивного струму при співвідношенні часу анодної поляризації до катодної як 3:1 з загальним часом чотирьохланцюгового циклу 1 сек. Багаторазове чергування анодних (розчинення металу) та катодних (осадження металу) періодів приводить до вирівнювання поверхні танталу та появи блиску. Дані табл. 2 показують, що використання реверсивного струму дає позитивні результати, вирівнюється поверхня, коефіцієнт шорсткості зменшується, з'являється блиск, хоч і нерівномірний. Із-за розтравлення країв зразку при збільшенні густини струму до 1100 А/м2 кращих результатів досягти неможливо. Додаткове покращення якості поверхні було досягнуто шляхом зміни складу електроліту. Електроліти-аналоги винаходу основані на використанні агресивних кислот: соляної, сірчаної, фосфорної та азотної кислот [1-7], розчинів кислот в метанолі [1], а також при додаванні перекису водню [2]. Але використання в практиці розчинів агресивних кислот приводить до появи значних технологічних труднощів, пов'язаних з необхідністю очищення стічних вод, забрудненням навколишнього середовища, погіршенням умов праці та іншими. Як прототип був вибраний розплав для електрохімічної обробки ніобію та його сплавів [8], який по складу близький до електроліту, що використовується в даному винаході. Обробку поверхні металу ведуть із евтектичної розплавленої суміші карбамід-NН4Сl з додаванням дібензо-18-краун-6 в якості ПАР. Метою винаходу є розробка складу електроліту для електрохімічного полірування танталу та його сплавів із нетоксичного низькоплавкого електроліту на основі карбаміду, в якому шляхом заміни поверхнево-активної речовини може бути досягнутий ефект полірування. При використанні електроліту-прототипу для обробки поверхні танталу одержані результати, які представлені в табл. 1. Для їх покращення в якості ПАР опробуванню піддавались речовини різноманітного типу: дибензо-18-краун-6, амінооцтова кислота, ацетанілід, 1,2,3-бензотріазол, сахарин та 3-децилпірідіній хлорид. Найкращі результати були одержані при додаванні ПАР катіонного типу 3-децилпірідіній хлорид (3-ДПХ). Вплив 3-ДПХ на якість обробки поверхні танталу після поляризації постійним струмом показаний в табл. 3. Результати табл. 3 відображують покращення якості поверхні танталу після обробки в розплаві, який вміщував як ПАР – 3-ДПХ замість дібензо-18краун-6 (прототип). Оптимальний результат був одержаний при обробці танталу в даному електроліті, але при поляризації реверсивним струмом (табл. 4). В табл. 4 приведені дані для евтектичного складу розплаву карбамід – NH4Cl (14,8 мас. %), але деякі відхилення від евтектичного складу розплаву можливі. Їх обмеження визначаються робочою температурою процесу 120-140°С. Можливе використання розплавів, що містять NH4Cl в межах від 10 до 15 мас. %, а карбаміду від 85 до 90 мас. %. Ці відхилення від евтектичного складу не мають негативного впливу на якість обробки поверхні танталу. Із даних табл. 4 слідує, що при електрополіруванні танталу в евтектичному розплаві карбамідNH4Сl (14,8 мас. %), що містить в якості поверхнево-активної речовини добавку 2,0-4,0 мас. % 3децилпірідіній хлорид (3-ДПХ) реверсивним струмом протягом 15 хвилин електролізу при температурі 120-140°С можна досягти поставленої задачі і покращити клас чистоти поверхні танталу на 1 порядок, а ступінь блиску збільшити до 70%, відносно 35% у вихідного зразку. Джерела інформації 1. Патент США № 3314867 204-32, C23В48, А1/06 от 01.11.1976 (320967). Опубл. 18.04.1967 United States Atomic Energy Commission. 2. Патент США № 3378471 204-56, C23В48, A9/00 от 16.06.1965 (464.758). Опубл. 16.04.1968 (16.68) - General Electric Company. 3. Miller G.L. Niobium and tantalum. – Buttersworths: London, 1959, р. 328-329. 4. Патент Великобритании № 1298419, C7В, C23В3/08 от 28.05.1971. Опубл. 06.12.1972. Приор. ФРГ 03.06.1970 (2027156.1) - Siemens A.G. 5. Патент США № 3033769 от 1962 г. Опубл. в 1962 г. 6. Ishihara Н. The electrolytic polishing of tantalum tips for the FIM [field ion microscope], Nagoya Kogyo Daigaku Gakuho 17,93-7 (1967), Japan. 7. Богоявленская Н.В., Лимин В.Е. А.с. СССР № 201868 от 1967 г. Опубл. 1968 г. 8. Богданович Л.В., Туманова Н.Х., Миронюк Г.И., Лапшин В.Ф. А.с. СССР № 1723845. Зарегистр. в Госреестре 01.12.1991. 2 40063 Таблиця 1 Визначення якості поверхні танталу до та після обробки в електроліті-прототипі (карбамід-NН4Сl-дібензо-18-краун-6) при поляризації електроду постійним струмом, t-130°C, час електролізу - 15 хвилин Концент- Густина Об'єкт дослірація ПАР, струму в дження мас. % А/м2 100 200 250 Та 2 100 2 200 2 Швидкість обробки в мкм/хв 0,49 0,70 0,91 0,54 0,72 Коефіцієнт шорсткості Rа в мкм 1,25 1,20 1,15 1,15 1,15 1,10 0,96 1,10 250 Ступінь блиску 35 Зовнішній вигляд поверхні Матова, сіра Матова, сіра Матова, сіра Поверхня світлішає Матова, світлосіра Матова, світлосіра Світлосіра з окремими краплинами блиску Таблиця 2 Вплив густини струму на якість поверхні танталу після обробки реверсивним струмом в евтектичній суміші карбамід-NН4Сl (14,8 мас.%) при t-130°C протягом 15 хвилин електролізу Густина струму, А/м2 200 300 800 Швидкість обробки в мкм/хв 0,32 0,58 1,28 1000 1,61 1100 1,78 Коефіцієнт шорстСтупінь Зовнішній вигляд поверхні кості Rа в мкм блиску в % 1,10 38 Блиск місцями 1,05 40 Наявні матові ділянки 1,00 43 Нерівномірний блиск Посилення блиску по краях 0,95 47 зразку 0,95 40 Роз'їдання по краях зразку Таблиця 3 Порівняльний аналіз впливу ПАР - ЗДПХ (електроліт за винаходом) та дібензо-18-краун-6 (прототип) на якість поверхні танталу після обробки постійним струмом в евтектичному розплаві карбамід-NH4Сl Об'єкт дослідження Електроліт-прототип Електроліт за винаходом Концентрація ПАР мас.% 2 Густина струму в А/м2 200 Швидкість обробки в мкм/хв 0,70 Коефіцієнт шорсткості Rа в мкм. 1,15 2 200 0,91 1,20 3 Ступінь блиску Зовнішній вигляд поверхні 35 Матово-сіра Світло-сіра, по краях зразку нерівномірний блиск 39 40063 Таблиця 4 Вплив ПАР - 3-децилпірідіній хлориду на якість поверхні танталу після обробки реверсивним струмом в евтектичному розплаві карбамід-NH4Сl при різних густинах струму протягом 15 хвилин електролізу при 130°С Концентрація ПАР в мас.% 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Густина струму в А/м2 800 800 800 800 900 900 900 900 1000 1000 1000 1000 1100 1100 1100 1100 Швидкість обробки Коефіцієнт шорстСтупінь блиску в % в мкм/хв кості Rа в мкм 1,34 0,91 54 1,38 0,72 62 1,42 0,66 68 1,47 0,66 68 1,51 0,86 59 1,56 0,70 65 1,60 0,64 70 1,67 0,64 70 1,75 0,80 64 1,81 0,69 68 1,83 0,63 70 1,88 0,63 70 1,92 0,77 65 1,94 0,63 68 1,97 0,63 70 2,03 0,63 70 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4