用于电化学加工的电解液的制作方法

专利名称：用于电化学加工的电解液的制作方法
用于电化学加工的电解液 本发明涉及用于电化学加工的一种电解液、该电解液的用途并且还涉及用于电化
学加工的一种方法以及一种装置。部件的电化学加工允许特别精确地加工导电性的金属部 件。加工几乎是没有磨损地进行并且对于材料是特别温和的。本发明具体地是在工业部门 中并且在大型生产运行的情况中使用。 电化学加工根据电化学去除材料的原理起作用。为此目的，例如，部件被连接为阳 极而工具被连接为阴极。 一种导电液体(也被称为电解液)被泵送通过保留在部件与工具 之间的一个工作空隙。当在部件与工具之间施加一个电势时，电流发生流动并且开始电解 作用，通过这种方式使金属离子从部件上溶解。以此方式实现了金属的一种限定的去除。甚 至在难于触及的地方电化学加工能够以高精确度来产生半径和外形。此外，有可能同时加 工部件的不同位置。因为在工具与部件之间没有直接的接触，加工几乎没有磨损地发生并 且确保了非常恒定的处理质量。此外，在有待加工的部件中不引起机械应力或热影响。甚 至难以通过多种切削方法来加工的材料也能够毫无问题地进行加工。由于可能最多达几秒 钟的短的周期时间，有可能以高加工可靠性来加工相对大数量的部件。这种方法被特别广 泛地使用在注射喷嘴中的通道的后加工中。 除了以上提到的电化学加工的众多优点之外，在实践中已经发现在电化学加工过 程中会形成不均匀的表面。这代表着在生产链中的缺陷的一个起源，因为以此方式产生的 这些表面给出的一种粗糙度或结构能够导致部件有缺陷的功能或失效。 因此本发明的一个目的是要至少部分地解决在现有技术中出现的这些问题，并且
具体地是提供实现该加工过程而同时确保高的表面质量的一种简单可靠的方法。 这些目的是通过具有权利要求1的特征的一种电解液、根据权利要求5的电解液
的用途、根据权利要求6的一种电化学加工方法以及根据权利要求9用于电化学加工的一
种装置来实现的。在从属权利要求中指明了本发明的另外的有利实施方案。应该指出，在
从属权利要求中提到的这些单独的特征能够以任何在技术上有用的方式相互组合并且限
定了本发明的进一步的实施方案。此外，在说明书中更加明确地限定并解释了在这些权利
要求中指明的特征，其中给出了本发明的进一步优选的实例。 根据本发明，这些目的是通过用于金属部件的电化学加工的一种电解液来实现 的，其中该电解液具有一定比例的一种质子溶剂，优选一种不同于水的质子溶剂。为了本发 明的这些目的， 一种用于电化学加工的电解液是一种材料，该材料至少部分地以处于固体 或溶解状态中的离子的形式存在并且可以传导电流。此类电解液具体包括含有离子并且因 此可以传导电流的多种液体。根据本发明优选的电解液具体地是水性盐溶液；作为水性盐 溶液，有可能使用(例如)水性NaCl溶液或水性NaN03溶液，其中，这些盐(NaCl或NaN03) 优选地以按重量计在从30%至40%的范围内的浓度存在。 在电化学加工中，所使用的电解液围绕有待加工的这些部件的至少一部分流动或 者至少使这些部件湿润。已经发现，在电化学加工过程中，尤其是在有待加工的这些部件的 表面上存在着沉积物时，形成了一种不均匀的表面结构。膏脂类或油类的沉积物具体地导 致有待加工的部件材料的不均匀溶解。此类污染物具有效果与钝化层的效果是可类比的。
3它们防止有待去除的金属材料在电解液中的溶解。将一种质子溶剂(优选一种不同于水的 质子溶剂)加入电解液中能够在电解液的存在下使这些污染物被清除干净并且因此发生 通过溶解使材料均匀去除。为了本发明的这些目的， 一种质子溶剂是一种材料，该材料具有 至少一个功能基团，通过在强碱的存在下的解离可以从该功能基团上分离出质子。此类质 子溶剂能够形成氢键。加入一种质子溶剂(优选一种不同于水的质子溶剂)使得该电解液 能够溶解多种污染物(如油类和膏脂类)并且将其运走。因此它们不在有待加工的这些部 件的表面上起钝化层的作用并且金属材料的均匀去除得到保证。 有利的是使电解液中的质子溶剂的平均比例是在按体积计从0. 01%到80%的 范围内，特别优选地是在按体积计从0. 05 %到25 %的范围内并且最优选地按体积计在从 0. 1%至10%的范围内。根据应用(例如，带有或附着脂膏类和油类的严重或不太严重的污 染)，该电解液就其溶剂含量而言可以针对相应的要求在一个宽的范围内进行适配。
为了本发明的这些目的，非常特别有利的是该质子溶剂应是一种不同于水的质子 极性溶剂。具有从1至25个碳原子(特别优选从4至12个碳原子)的有机溶剂是特别有 利的。这些相对长链的化合物仍具有相对显著的极性特征并且同时对于脂膏类和油类具有 非常良好的溶剂特性。 具体地讲，一种有利的实施方案提出了使该质子溶剂具有至少一个官能基团，该 官能基团是选自下组，其构成为一个羧基、一个羧酸根基团、一个羟基以及一个氨基。因 此，该质子溶剂优选地是一种羧酸、一种羧酸的盐、一种醇、或一种胺。作为羧酸的盐类，优 选使用脂肪酸的盐类(具体是肥皂类)，它们与该电解液相互作用并且能够特别容易地清 洗掉溶解在其中的脂膏类和油类。这些肥皂优选是具有从10至16个碳原子的羧酸类的钠 或钾盐。根据本发明优选的醇类可以是一元醇类、二元醇类、三元醇类或具有多于三个羟基 的多元醇类，特别优选的是一元醇类，具体具有从1至10个碳原子的一元醇类。根据本发 明特别优选的醇类是选自下组，其构成为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇和己醇，特别优选的 是丁醇、戊醇或己醇。提及的所有这些材料或材料组都可以被单独地或组合地使用在根据 本发明的一种电解液中，以便改进其清洁或溶解脂膏类和油类的作用。
在本发明的电解液的一个优选的实施方案中，该电解液包括一种醇，优选是一种 一元醇。给予特别优选的是具有从3至7个碳原子的一元醇，其量值为按体积计在从0. 01 % 至80 %的范围内，特别优选按体积计在从0. 05 %至25 %的范围之内并且最优选按体积计 在从O. 1%至10%的范围内。 使用根据本发明的一种电解液用于电化学加工金属部件使得在这些部件上能够 形成一个特别高质量的表面(从该表面上已经将材料均匀地去除)，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这是令人希望的。 根据提出权利要求的这种用于加工至少一个金属部件的电化学加工方法，一种质 子溶剂被加入一种电解液中。质子溶剂的加入能够以不同的方式来实现。该加入可以一次 完成，例如，在初始准备一种电解液时。然而，也可以将该质子溶剂引入到一个电解液流之 中。这可以连续地或间断地进行。 因此，本发明的加工方法的一个实施方案提供了将该质子溶剂依据在该电解液中 的溶剂的一个测量浓度来加入。这就特别确保了经济性但在使用该电解液的整个时间上一 直精确保持该溶剂的所希望的浓度。因此有效地避免了加入太多或太少对电化学加工过程
4带来的相应的不利作用。 在特别强地被污染的部件的情况下，同样有利的是使有待加工的部件预先经受预 清洗。这种预清洗与包含溶剂的电解液一起确保了即使是在特别严重污染的情况下附着在 部件上的污染物也被可靠地并且彻底地去除。 此外，本发明的这些目的是通过用于至少一个部件的电化学加工的一种装置来实 现的，其中，提供了用于将一种质子溶剂加入电解液中的一种计量器具。这样一种计量器具 可以持续地将一个小的量值引入一个电解液流之中、并且由此掺入后者。除了持续性或连 续地加入之外，就量值而言它可以改变，还有可能以在时间上分开地引入的多个单独剂量 的形式来间断地进行这种加入。 为了本发明的这些目的，给予特别优先的是提供多根导管以及传输装置，这些导 管和传输装置形成了用于电解液的一个循环系统。以此方式，一种电解液可以多次循环并 且还因此通过该加工空间并且围绕该部件多次流过。 非常特别有利的是提供用于测量该电解液的至少一种特性的至少一种测量工具。 这样一种特性可以是(例如)该电解液中的质子溶剂的浓度。然而，还有可能测量更多的
特性，如电解液的粘度、导电性、温度或ra值。此外，电解液的污染也可以通过这样一种测
量工具来监测，以便在必要时对电解液进行处理(work up)或替换。在一种循环系统的情 况下，安装一种测量工具是特别有利的，因为能以此方式略微增加该电解液的寿命。
最后，本发明还提出了使用一种控制工具，这种控制工具被连接到该计量器具以 及该测量工具上。该连接具有一种过程控制的性质。这就是说，控制信号和/或多条能量 供应线可以被包括在其中。为了本发明的这些目的，重要的是该控制器具可以接收由该测 量器具确定的这些值，从中确定用于该计量器具的控制指令并且随后将这些指令传输给该 计量器具。例如，这可以通过经由多条信号线传输信息信号而发生。作为一种替代方案，该 计量器具还可以(在特别简单的情况下)通过经由一条能量供应线简单提供能量而被启动 或解除启动，这可以由该控制器具来进行。 以下借助附图对本发明以及技术背景更详细地进行说明。应该指出，这些附图示
出了本发明的特别优选的变体，但本发明不限于这些变体。附图示意性示出

图1 :具有一个电解液回路的一种用于电化学加工的装置； 图2 :在电化学处理后一个被污染的部件；并且 图3 :根据本发明在电化学处理后已经被清洁的一个部件。 图1示意性示出了用于电化学加工的一种装置1。该装置包括一个第一储液器2 以及一个第二储液器3。此外，装置1具有一个加工空间4，其中有待加工的这些部件5被安 排在一个阳极6与一个阴极7之间。 一种电解液8围绕这些部件5流动。电解液8通过由 多个泵形成的传输装置9在顺时针方向上被传送经过一条回路11中的导管10。在该加工 过程中，由于在一个电化学过程中该电解液将材料溶解，电解液8从有待加工的这些部件5 上带走了金属材料。然后电解液8经由导管10进入第一储液器2中，电解液从这里由传输 装置9传送经过一个过滤器12到达第二储液器3。在第二储液器3中，被净化的电解液8 于是可供用于通过加工空间4的另一次穿行。使用具有一定比例的质子溶剂(例如，一种 醇)的一种电解液8确保了将可能附着在这些部件5上的多种污染物(如，油或脂膏、或污 物)清除掉。这具体地得到传输装置9的协助，该传输装置产生围绕或经过这些部件5流动的电解液8的一种连续流。 特别有利的是提供多个额外的使电解液8偏转的流动引导件，这样电解液8围绕 部件5上的有待加工的整个表面流动。具体地讲，可以安排多个导管以使该电解液还穿过 这些部件5。除了所描述的使用在加工过程中未被改变的一种电解液8之外，还有可能通过 加入质子溶剂在该加工过程中改变该电解液。为此目的，提供了在邻近加工空间4中的一 个计量器具13，该计量器具经由多条管线14将该质子溶剂送入直接邻近这些部件5的电 解液8中。由于送料导管或送料管线14的这些末端与这些部件5直接邻近，在这些部件5 的附近可以实现特别高浓度的质子溶剂15。与其相关联的，有可能实现一种特别高的脂膏 溶解以及清洁作用。此外，可以使用这些送料管线14以增加流动速度(至少是暂时地)。 例如，这可以通过引入压縮空气、质子溶剂15或两者并举来实现。以此方式造成了对这些 部件5的一种冲洗作用。除了在加工空间4的区域中的计量器具13的所描绘的安排之外， 计量器具13在原理上可以被安排在回路11的任何点处，以便将质子溶剂15加入电解液8 中。此外，计量器具13可以与一种控制工具16(它用虚线示出并且通过一个测量器具17 来测量该电解液中的溶剂的浓度) 一起使用并且受控制工具16控制。为此目的，控制工具 16经由控制线18 (它同样用虚线示出)连接到测量工具17以及计量器具13 二者上。
图2示意性示出了一种电化学加工的部件5，该部件存在于一个加工空间4中并且 被电解液8围绕并且被其湿润。在位于部件5中部的一个通道19中可以清楚地看到带有 多个凸起21的一个粗糙表面20。这样一个表面20是在电化学加工过程中当部件5与附着 的脂膏类、油类或其他污染物一起经受电化学加工时形成的。因为污染物以类似于一个钝 化层的方式起作用，于是在这些被污染的地方形成了所描绘的这些凸起21。
图3示出了一个有待加工的部件5，该部件存在于一个加工空间4中并且同样被电 解液8围绕。在此所使用的电解液8具有一定比例的质子溶剂15，通过该质子溶剂在通道 19的表面20上的污染在电化学加工之前或者至少在电化学加工过程中已经被清除。这使 之有可能在电化学加工过程中产生一个特别平滑的表面20。因为没有由于污染而能够形成 的钝化区域，所以在这个部件5的情况下避免了图2中所示的这些凸起21。
此外，本发明并非旨在限于所示的这些实例。相反，在权利要求范围之内的本发明 的众多改变是有可能的。因此，例如，在一种用于电化学加工的装置中适于与电解液一起传 送的许多质子溶剂都可以用来代替所描述的这些材料。此外，可以改变所描绘的装置1的 安排，以产生许多变体而不会脱离本发明的保护范围。参考号清单
1装置2第一储液器3第二储液器4加工空间5部件6阳极7阴极8电解液9传输装置
6
10导管11回路12过滤器13计量器具14送料管线15质子溶剂16控制工具17测量工具18控制线19通道20表面21凸起
说明书
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权利要求
一种用于电化学加工金属部件(5)的电解液(8)，其中，该电解液(8)具有一定比例的一种质子溶剂(15)。
2. 如前一权利要求所述的电解液(8)，其中，该质子溶剂(15)在该电解液(8)中的平 均比例是按体积计在从0. 01 %至80%的范围内。
3. 如以上权利要求之一所述的电解液(8)，其中，该质子溶剂(15)是一种质子极性溶剂。
4. 如以上权利要求中任何一项所述的电解液(8)，其中，该质子溶剂(15)包括至少一 种官能基团，该至少一种官能基团选自下组，其构成为一个羧基、一个羧酸根基团、一个羟 基以及一个氨基。
5. 如以上权利要求中任何一项所述的一种电解液(8)用于金属部件(5)的电化学加工 的用途。
6. 用于加工至少一个金属部件(5)的一种电化学加工方法，其中，将一种质子溶剂 (15)加入一种电解液(8)中。
7. 如权利要求6所述的加工方法，其中，该质子溶剂是依据该电解液(8)中的溶剂 (15)的一个测量的浓度而加入的。
8. 如权利要求6或7所述的加工方法，其中，该有待加工的部件(5)预先经受了预清洗。
9. 一种用于对至少一个部件(1)进行电化学加工的装置(l)，其中，提供了至少一个计 量器具(13)用于将一种质子溶剂(15)加入一种电解液(8)中。
10. 如前一权利要求所述的装置(l)，其中提供了多个导管(10)以及传输装置(19)，这 些导管以及该传输装置形成了用于该电解液(8)的一个循环系统(11)。
11. 如权利要求9或10所述的装置(l)，其中提供了至少一个测量工具(17)用于测量 该电解液(8)的至少一个特性。
12. 如权利要求9至11中任何一项所述的装置(l)，其中提供了一个控制工具(16)，该 控制工具被连接到该计量器具(13)以及该测量工具(17)上。
全文摘要
本发明涉及一种电解液(8)以及一种用于电化学处理金属部件(5)的方法，其中，电解液(8)包括一种质子溶剂(15)。
文档编号C25F3/02GK101765682SQ200880101067
公开日2010年6月30日 申请日期2008年8月4日 优先权日2007年9月14日
发明者R·沃德里希, U·F·布尔梅斯特 申请人:易趋宏挤压研磨有限公司