JP2022528970A - 電解研磨方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、その内容がこの参照により本明細書に組み込まれると理解されるべきである、2019年4月9日にオーストラリア特許庁に出願されたオーストラリア仮特許出願第2019901205号の条約上の優先権を主張する。
金属製物品を電解研磨電解質と接触させる工程、及び
少なくとも2A/cm2の電流密度、並びに2Hz~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び0.5~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を有する電圧を含む、少なくとも1つの電解研磨レジームを含む印加電流レジームの印加により、金属製物品を電解研磨電解質中で電解研磨する工程
を含む、方法を提供する。
・最大電圧の80%より大きい、又は
・2Vより大きい
のうちの少なくとも1つの最大電圧と最小電圧の間の変化を含む。
・最大電圧の80%より大きい、又は
・40Vより大きい
のうちの少なくとも1つの最大電圧と最小電圧の間の変化を含む。
(A)少なくとも1秒の継続時間にわたって印加される、少なくとも2A/cm2の電流密度並びに20~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び50~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を含む電圧を含む初期パルス、続いて
(B)少なくとも2A/cm2の電流密度並びに2Hz~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び0.5~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を含む電圧を含む、少なくとも1つの電解研磨レジーム
を含む印加電流レジームの印加を含む。
(A)少なくとも1秒の継続時間にわたって印加される、少なくとも2A/cm2の電流密度、並びに20~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び50~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を含む電圧を含む初期パルス、続いて
(B)少なくとも2A/cm2の電流密度並びに2Hz~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び0.5~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を含む電圧を含む少なくとも2つの電解研磨レジームであって、各電解研磨レジームの周波数及び/又は最大電圧が先の電解研磨レジームと比較して変化する、少なくとも2つの電解研磨レジーム
を含む印加電流レジームの印加を含む。
金属製物品を電解研磨電解質と接触させる工程、及び
金属製物品を電解研磨電解質中で電解研磨する工程
を含み、電解研磨工程が
(A)少なくとも1秒の継続時間にわたって印加される、少なくとも2A/cm2の電流密度並びに20~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び50~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を含む電圧を含む初期パルス、続いて
(B)少なくとも1秒の継続時間にわたって印加される、少なくとも2A/cm2の電流密度並びに2Hz~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び0.5~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を含む電圧を含む少なくとも2つの電解研磨レジームであって、各電解研磨レジームの周波数及び/又は最大電圧が先の電解研磨レジームと比較して変化する、少なくとも2つの電解研磨レジーム
を含む印加電流レジームの印加を含む、方法を提供することができる。
・付加製造、Ra=10~50μm。
・砂型鋳造、Ra=100~900μm。
・インベストメント鋳造、Ra=2~10μm。
・金属切削(鋸引き、成形、穿孔、フライス加工、旋削加工)、Ra=2~25μm。
・熱間圧延、Ra=12~25μm。
・鍛造、Ra=3~12μm。
・溶断、Ra=12~25μm。
金属製物品の表面を導通電極と接触させる工程
も含む。
1.表面硬度を改善させる。
2.粒子体積の除去を制御し事前に決定する。
3.耐食性を改善させる。
4.表面粗さを低減させる。
5.表面に光沢を出す。
6.部分的に結合された材料を除去する。
7.夾雑物を除去する。
8.強い不動態層の結合をもたらす。
9.金属物品のエリアを選択的に研磨し、他のエリアを無視する。
10.金属製品にラベル等を付ける又はエッチングする。
(A)少なくとも1秒の継続時間にわたって印加される、少なくとも2A/cm2の電流密度並びに20~300kHzの周波数、少なくとも0V(好ましくは0Vに近い)の最小電圧及び50~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を有する電圧を含む任意選択の初期パルス、続いて
(B)少なくとも2A/cm2の電流密度並びに2Hz~300kHzの周波数、少なくとも0V(好ましくは0Vに近い)の最小電圧及び0.5~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を有する電圧を含む、少なくとも1つの電解研磨レジーム
を含む。各電解研磨レジームは、典型的に少なくとも1秒、好ましくは少なくとも2秒の継続時間にわたって印加される。2つ以上の電解研磨レジームが使用される場合、各電解研磨レジームの周波数及び/又は最大電圧は、先の電解研磨レジームと比較して変化する。
・つや出し
・ばりの除去
・酸化物及び汚れの除去
・表面形状の低減
・表面の閉塞物の除去
・耐食性の増加
・後続のめっきでの密着性の改善
・方向(描)線の除去
・鋭利な縁部、鋭利な屈曲部及び角部の面取り
・表面摩擦の低減
・表面の負荷緩和
のうちの1つ以上を含む、多くの好都合な変化を金属製物品にもたらすことが理解されるべきである。
コバルト-クロム合金
粗い表面(8~13μmRa)の3D印刷コバルトクロム合金試験片(表面積3.2cm2、平均Ra9.973μmのコバルトクロム「MP1」)を、電解リザーバを形成し、カソードになるステンレス鋼ボウル内に配置した。ボウルは、85%H3PO4水溶液を含む電解質浴を含有した。電解研磨装置の全体は、図1に示される全体概略図に従う。コバルトクロム試験片を、ボウルの側面と底部から等距離を置いて浴の中心に配置した。次に、ピーク電圧、ピーク電流、電圧周波数、電流周波数、電圧波形、電流波形を変化させる目的で構築されたコンピュータ制御電力インバータの正極端子を電解質浴に浸漬されたコバルトクロム試験片及びステンレス鋼ボウルカソードに接続した。冷却ファンを電解質浴に向けて電解質の冷却を行い、その中で60~90℃の温度に維持した。
・仕上げ前:Ra=9.97μm。
・仕上げ後:Ra=1.50μm - 10回のラインスキャンに基づく。最良の結果は0.656μmであり、最悪の結果は2.793μm(クレーター)であった。
ステンレス鋼
粗い表面(12~18μmRa)のステンレス鋼試験片(表面積3.2cm2、平均Ra15.62μmのステンレス鋼「SS17」)を、電解リザーバを形成するガラスボウル内に配置した。ボウルは、85%H3PO4水溶液を含む電解質浴を含有した。電解研磨装置の全体は、ステンレス鋼ベースのカソードを使用する図2に示される全体概略図に従う。ステンレス鋼試験片をカソードから間隔を空けて浴の中心に配置した。次に、ピーク電圧、ピーク電流、電圧周波数、電流周波数、電圧波形、電流波形を変化させる目的で構築されたコンピュータ制御電力インバータの正極端子を、電解質浴に浸漬されたステンレス鋼試験片に接続した。冷却ファンを電解質浴に向けて電解質の冷却を行い、その中で60~90℃の温度に維持した。
・仕上げ前:Ra=15.62μm。
・仕上げ後:Ra=1.96μm - 10回のラインスキャンに基づく。最良の結果は1.67μmであり、最悪の結果は2.17μmであった。
レーザー切削されたアルミニウム
粗い表面(5~8μmRa)のレーザー切削されたアルミニウム試験片(表面積3.2cm2、平均Ra6.40μmの5005グレードのアルミニウム「Al5」)を、電解リザーバを形成するガラスボウル内に配置した。ボウルは、85%H3PO4水溶液を含む電解質浴を含有した。電解研磨装置の全体は、ステンレス鋼カソードを使用する図2に示される全体概略図に従う。アルミニウム試験片をカソードから間隔を空けて浴の中心に配置した。次に、ピーク電圧、ピーク電流、電圧周波数、電流周波数、電圧波形、電流波形を変化させる目的で構築されたコンピュータ制御電力インバータの正極端子を電解質浴に浸漬されたアルミニウム試験片に接続した。電解質は40℃から開始した。冷却ファンを電解質浴に向けて電解質の冷却を行い、その中で60~90℃の間の温度に維持した。
・仕上げ前:Ra=6.40μm。
・仕上げ後:Ra=1.70μm - 10回のラインスキャンに基づく。
インコネル
粗い表面(4~7μmRa)の3D印刷インコネル試験片(表面積3.2cm2、平均Ra5.65μmのインコネル「インコネル2」)を、電解リザーバを形成するガラスボウル内に配置した。ボウルは、85%H3PO4水溶液を含む電解質浴を含有した。電解研磨装置の全体は、ステンレス鋼カソードを使用する図2に示される全体概略図に従う。インコネル試験片をカソードから間隔を空けて浴の中心に配置した。次に、ピーク電圧、ピーク電流、電圧周波数、電流周波数、電圧波形、電流波形を変化させる目的で構築されたコンピュータ制御電力インバータの正極端子を電解質浴に浸漬されたインコネル試験片に接続した。冷却ファンを電解質浴に向けて電解質の冷却を行い、その中で60~90℃の温度に維持した。
・仕上げ前:Ra=5.65μm。
・仕上げ後:Ra=1.87μm - 10回のラインスキャンに基づく。
インコネル試験片-非水没電解研磨
粗い表面(4~7μmRa)の3D印刷インコネル試験片(表面積3.2cm2、平均Ra5.65μmのインコネル「インコネル試験片3」)を電気接続されたクランプで保持した。1つの大きな側面のみがブラシによって研磨され、縁部は研磨されなかったため、実施例で研磨された実際の面積は1cm2であったことに留意されたい(非水没実施例では、研磨される面積はブラシと接触されるその面積のみである)。次に、EASYKleen Pty Ltd社、43 Shelley Road、Moruya、NSW、2537、オーストラリアから入手可能な改変された非水没電解研磨装置、モデルEASYkleen Easy Feeder(図7中300)を使用し、電解研磨用炭素繊維ブラシカソードを使用してインコネル試験片3を電解研磨した。インコネル試験片をクランプによって電力源に接続し、電解研磨回路のアノードを形成した。
・仕上げ前:Ra=5.65μm。
・仕上げ後:Ra=1.87μm - 10回のラインスキャンに基づく。
ステンレス鋼-非水没電解研磨
粗い表面(13.95μmRa)の3D印刷ステンレス鋼試験片(表面積3.2cm2、平均Ra13.95μmの「SS5」)を電気接続されたクランプで保持した。1つの大きな側面のみがブラシによって研磨され、縁部は研磨されなかったため、実施例で研磨された実際の面積は1cm2であったことに留意されたい(非水没実施例では、研磨される面積はブラシと接触されるその面積のみである)。次に、EASYKleen Pty Ltd社、43 Shelley Road、Moruya、NSW、2537、オーストラリアから入手可能な改変された非水没電解研磨装置、モデルEASYkleen Easy Feeder(図7中300)を使用し、電解研磨用炭素繊維ブラシカソードを使用してステンレス鋼試験片を電解研磨した。ステンレス鋼試験片をクランプによって電力源に接続し、電解研磨回路のアノードを形成した。
チタン-非水没電解研磨
粗い表面(約10.28μmRa)の3D印刷チタン試験片(表面積3.2cm2、平均Ra10.28μmの「Ti AMS」)を電気接続されたクランプで保持した。1つの大きな側面のみがブラシによって研磨され、縁部は研磨されなかったため、実施例で研磨された実際の面積は1cm2であったことに留意されたい(非水没実施例では、研磨される面積はブラシと接触されるその面積のみである)。次に、EASYKleen Pty Ltd社、43 Shelley Road、Moruya、NSW、2537、オーストラリアから入手可能な改変された非水没電解研磨装置、モデルEASYkleen Easy Feeder(図7中300)を使用し、電解研磨用炭素繊維ブラシカソードを使用してチタン試験片を電解研磨した。チタン試験片をクランプによって電力源に接続し、電解研磨回路のアノードを形成した。
結論
110、210 電解セル
120、220 電解質リザーバ
130、230 インバータ電源
135、235 コンピュータ制御器
140、240 電解研磨電解質
180、280 金属製物品
190、290 カソード
295 混合ロータ
Claims (35)
- 製造された金属製物品を電解研磨するための方法であって、
金属製物品を電解研磨電解質と接触させる工程、及び
少なくとも1つの電解研磨レジームであり、各電解研磨レジームが少なくとも2A/cm2の電流密度、並びに2Hz~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び0.5~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を含む電圧を含む、少なくとも1つの電解研磨レジーム
を含む印加電流レジームの印加により、金属製物品を電解研磨電解質中で電解研磨する工程
を含む、方法。 - 各電解研磨レジームが2A/cm2~200A/cm2、好ましくは20~50A/cm2、より好ましくは25A/cm2より大きい電流密度で実行される、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも2つ、好ましくは少なくとも3つの電解研磨レジームを含み、各電解研磨レジームの周波数、電流密度又は最大電圧のうちの少なくとも1つが先の電解研磨レジームと比較して変化する、請求項1又は2に記載の方法。
- 各連続電解研磨レジームが、先の電解研磨レジームより全体的に低い最大電圧又は全体的に低い電流密度のうちの少なくとも1つを有する、請求項3に記載の方法。
- 電解研磨工程が、少なくとも4つの電解研磨レジーム、好ましくは少なくとも10の電解研磨レジーム、より好ましくは少なくとも20の電解研磨レジームを含む、請求項3又は4に記載の方法。
- 各電解研磨レジームが1~30秒、好ましくは2~20秒、より好ましくは2~15秒の継続時間にわたって印加される、請求項3から5のいずれか一項に記載の方法。
- 電解研磨工程が、少なくとも1つの電解研磨レジームに続き電流密度を低下させることを含む少なくとも1つの冷却レジームを含む、請求項3から6のいずれか一項に記載の方法。
- 電流密度が、先の電解研磨レジームの電流密度の0.5倍以下になるように低下される、請求項7に記載の方法。
- 請求項3から8のいずれか一項に記載の方法であって、電解研磨工程が、
少なくとも1秒の継続時間にわたって印加される、少なくとも2A/cm2の電流密度並びに20~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び50~500Vの間の最大電圧を有する整形波形を含む電圧を含む初期パルス、続いて
少なくとも2A/cm2の電流密度並びに2Hz~300kHzの周波数、少なくとも0Vの最小電圧及び0.5~500Vの間の最大電圧を有する整形波形電流を含む電圧を含む少なくとも2つの電解研磨レジームであり、各電解研磨レジームの周波数及び/又は最大電圧が先の電解研磨レジームと比較して変化する、少なくとも2つの電解研磨レジーム
を含む印加電流レジームの印加を含む、方法。 - 初期パルスが2A/cm2~200A/cm2、好ましくは20~50A/cm2、より好ましくは25A/cm2より大きい電流密度を有する、請求項9に記載の方法。
- 初期パルスの電圧が連続電解研磨レジームのそれぞれの電圧より大きい、請求項9又は10に記載の方法。
- 初期パルスの電流密度が連続電解研磨レジームのそれぞれの電流密度より大きい、請求項9から11のいずれか一項に記載の方法。
- 初期パルスの交流電圧の印加周波数が連続電解研磨レジームのそれぞれの印加周波数と異なる、請求項9から12のいずれか一項に記載の方法。
- 初期パルスが2~10秒、好ましくは2~7秒、より好ましくは2~5秒の継続時間にわたって印加される、請求項9から12のいずれか一項に記載の方法。
- 各連続電解研磨レジームが異なる周波数を有する、請求項3から14のいずれか一項に記載の方法。
- 整形波形が、方形波、正弦波、パルス化のうちの1つ又はこれらの組合せを含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- 整形波形電流が、好ましくは可変デッドタイムを有するパルス幅変調(PWM)波形、好ましくは方形波パルスを含む、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
- 整形波形電流が10~300kHz、好ましくは10~200kHz、より好ましくは20~100kHzの周波数を有する、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 波形が
・最大電圧の80%より大きい、又は
・1Vより大きい
のうちの少なくとも1つの最大電圧と最小電圧の間の変化を含む、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。 - 波形が
・最大電圧の80%より大きい、又は
・5Vより大きい
のうちの少なくとも1つの最大電圧と最小電圧の間の変化を含む、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。 - 金属製物品がクロム含有金属合金、チタン、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のうちの1つを含む、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- クロム含有金属合金が鉄-クロム合金、ニッケル-クロム(nickel-chromium)(ニッケルクロム(nickel-chrome))、ニッケル-クロム合金、コバルト-クロム合金又はコバルト-クロム-モリブデン合金から選択される、請求項21に記載の方法。
- クロム含有金属合金が、コバルト-クロム合金又はニッケル-クロム合金を含む、請求項21又は22に記載の方法。
- クロム含有金属合金がステンレス鋼又はインコネルを含む、請求項21、22又は23に記載の方法。
- 電解研磨電解質がH3PO4を含む、請求項1から24のいずれか一項に記載の方法。
- 電解研磨電解質が、リン酸(H3PO4)を硫酸(H2SO4)、塩酸(HCl)又はこれらの組合せ、及び水又はC1~C4アルコールのうちの1種との組合せで含む、請求項25に記載の方法。
- 電解研磨電解質が、リン酸(H3PO4)を水又はC1~C4アルコールのうちの1種との組合せで含む、請求項1から26のいずれか一項に記載の方法。
- 電解質のpHが1.0~7.0、好ましくは1.0~3.0である、請求項1から27のいずれか一項に記載の方法。
- 電解研磨電解質が-25~200℃、好ましくは0~150℃、より好ましくは50℃~100℃、更により好ましくは60℃~90℃の温度で保持される、請求項1から28のいずれか一項に記載の方法。
- 金属製物品の初期平均表面粗さ(Ra)が2μmより大きい、好ましくは5μm、より好ましくは10μmより大きい、より好ましくは10~20μmの間である、請求項1から29のいずれか一項に記載の方法。
- 金属製物品の初期平均表面粗さ(Ra)が400μm未満、より好ましくは300μm未満、最も好ましくは200μm未満である、請求項1から30のいずれか一項に記載の方法。
- 金属製物品の最終平均表面粗さ(Ra)が2μm未満、より好ましくは1.5μm未満である、請求項1から31のいずれか一項に記載の方法。
- 材料除去の速度が1~50μm/分、より好ましくは2~30μm/分である、請求項1から32のいずれか一項に記載の方法。
- 電解研磨電解質が電解研磨セルに含有される、請求項1から33のいずれか一項に記載の方法。
- 電解研磨電解質が、流体流として金属製物品の表面に塗布される、請求項1から34のいずれか一項に記載の方法。
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