專利名稱：用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化的方法及其所用產(chǎn)品的制作方法
金屬絲電浸蝕方法通常包括使用可以是黃銅，鋼，紫銅等金屬絲，加工的部件常常是導(dǎo)體，如鋼，鋁，鈦等部件及含水的低導(dǎo)電率的工作介質(zhì)，無粒子的懸浮液，如含過濾的，冷卻的及部分去離子水的電介質(zhì)。以化學(xué)的觀點，在水介質(zhì)的金屬絲電侵蝕方法中，不同的物質(zhì)及化合物之間會有大量的反應(yīng)發(fā)生。
通常，作為電浸蝕過程的結(jié)果，介質(zhì)的導(dǎo)電率會逐步提高，這種提高是由于氧化-還原反應(yīng)，酸堿反應(yīng)，其基本發(fā)生在要加工的金屬部件和圍繞它們的電介質(zhì)，一般是水的之間。放電產(chǎn)生的電子流引起的離子形成來自于水和金屬絲部分，但基本上來自于要加工的部分。電導(dǎo)率的提高控制是使用了陽離子-陰離子樹脂的混合系統(tǒng)，其與介質(zhì)交換離子。陽離子-陰離子樹脂，價格較高及它們以生態(tài)學(xué)模式的回收是相對復(fù)雜的，所以，僅使用樹脂的去離子方法成為一種昂貴的方法。
另外，已知電浸蝕方法采取金屬離子(Fe°)的氧化作為與水氧化還原反應(yīng)的結(jié)果，在放電過程中，鐵從Fe°變到Fe2+再到Fe3+，后者再與水接觸達(dá)到酸堿平衡，以氫氧化物的形式沉淀到PH大于2，F(xiàn)e(OH)3氫氧化物是深色膠凝狀的沉淀物，帶有膠狀的性質(zhì)，它不傾向于堆積，但卻以懸浮形式保留，它被轉(zhuǎn)化成過濾系統(tǒng)清潔池的暗黑色水，它是不能夠保留的。
電浸蝕方法必須伴有連續(xù)的介質(zhì)的堿性化(起始，中性的部分去電離水)PH的提高是由于在交換電子過程中水的氧化還原反應(yīng)，要補償鐵水氧化的還原(還原氧和氫)，其在中性或堿性的介質(zhì)中，意味著OH-濃度在介質(zhì)中的增加。其部分反應(yīng)形成相關(guān)金屬的氫氧化物，但超出的部分維持堿性的介質(zhì)。
此外，電浸蝕的金屬絲必須被導(dǎo)引地通過一些非常精確的微米級的開口，這些開口，在電浸蝕過程中，由于金屬腐蝕的作用而形成復(fù)雜的絡(luò)合物的沉積而被堵住了，具有這些因素，使具有金屬絲導(dǎo)引管的元件及要加工制件的電浸蝕精度退化了。
申請人考慮到，所有這些問題在于事實上，要加工的金屬Fe，Cu，Al，制件在低傳導(dǎo)率介質(zhì)中的溶解是很快的(低于40uS/cm)，最大量的例子就是鐵從Fe°到Fe++再到Fe+++，所以，要使溶液能夠發(fā)現(xiàn)消除金屬第一氧化的介質(zhì)，如Fe++，及行動迅速地去預(yù)防，是否發(fā)生第二氧化，F(xiàn)e++→Fe+++，因其會導(dǎo)致氫氧化物。
同時，這種介質(zhì)-溶液會控制介質(zhì)中的離子濃度因而控制電導(dǎo)率，使相同的或較少的樹脂消耗增加緩慢。所有這些可能必須使用自身不影響電浸蝕過程的介質(zhì)(起始電容量，火花功率等)。由于缺少了膠狀性的粒子，如Fe的氫氧化物(OH)3，除了減輕樹脂消耗，可使淤泥的過濾，提取和脫水較容易。
申請人認(rèn)為，這種介質(zhì)-溶液是協(xié)同作用的混合物，這種協(xié)同作用基于有機(jī)酸的集合體，用其絡(luò)合能量(草酸)和無機(jī)酸，用其沉淀能量(磷酸)，其主要是對系統(tǒng)內(nèi)存在的陽離子起作用。這種混合物對金屬氫氧化物的沉淀，介質(zhì)的電導(dǎo)率及系統(tǒng)的PH值有作用。
此外，草酸顯示高傾向性地形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，特別是與鐵。以這種方式，草酸的加入對Fe++的沉淀部分起作用，它能夠與溶解在電介質(zhì)的鋅和銅(Cu+)起沉淀反應(yīng)。這種作用減少了電介質(zhì)的電導(dǎo)率，以及形成的三價鐵的濃度。
當(dāng)Fe+++的存在是不可避免時，混合物連同磷酸，能夠快速地以FePO4的形式進(jìn)行沉淀，避免膠狀粒子的形成，它是很難過濾及分離的。Fe+++即可以與草酸離子也可以與磷酸離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。
除了對三價鐵的形成起作用外，混合物影響電導(dǎo)率，它是由帶電粒子在電介質(zhì)的移動速度所引起的。這些帶電粒子是小尺寸的陽離子和陰離子(H+，OH-，F(xiàn)e3+，Cu+等)，它們可由介質(zhì)的溶劑化而形成。
另一方面，如果旨在減少或預(yù)防電導(dǎo)率的增加，化學(xué)溶液意味著產(chǎn)生帶電粒子之間的相互作用(降低電導(dǎo)率)，同時，降低離子的遷移率(淌度)。例如，生成的粒子傾向于汲取周圍的溶液。以這種方式，附近的離子必須逆流移動并且不是處于靜態(tài)的介質(zhì)，當(dāng)它們具有低電導(dǎo)率分離地移動時，失去了移動的放松性。因而，最好選擇大極性的帶電粒子，如草酸，它會汲取溶劑化的大塊團(tuán)。
雖然，酸混合物顯示很大的PH酸值，但電浸蝕方法造成的固定的堿性化，抵消了酸性，維持介質(zhì)在中性左右。
作為草酸/磷酸混合物化學(xué)活性的結(jié)果，大部分的帶電離子以鹽的形式沉淀，這意味著利用過濾器的作用可除去這些沉淀。余留的帶電離子被轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的比分子大得多的絡(luò)合物，其降低離子的遷移率因而降低它們對介質(zhì)電導(dǎo)率的作用(貢獻(xiàn))。
間接地，草酸-磷酸混合物溶解形成在電浸蝕金屬絲導(dǎo)出開口的沉積和覆膜，以提高金屬絲導(dǎo)管的精度。
為了使本發(fā)明的目的得到較好的理解，下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明較佳的實施例，在不偏離本發(fā)明的基礎(chǔ)上，可以有附屬的變化。


圖1是具有陽離子-陰離子樹脂的已知普通的去離子方法的坐標(biāo)說明圖2是按照本發(fā)明方法的實施例的圖1的說明圖3是在已知普通的方法中，來自電浸蝕水溶質(zhì)的沉降的坐標(biāo)說明圖4是按照本發(fā)明方法及產(chǎn)品的來自電浸蝕水溶質(zhì)沉降的如圖3的坐標(biāo)說明圖3和圖4涉及的沉降試驗是在兩個具有100毫升的容量，100毫米高的試驗管內(nèi)完成的。每個實驗管內(nèi)充滿了電浸蝕水，其電導(dǎo)率為10uS/cm，在懸浮液里含有10mm3的鋼。(鋼懸浮液)(兩個容器內(nèi)的水是全黑的)圖4的液體已使用本發(fā)明的溶液進(jìn)行了處理，其在混合物的含量少于0.07毫升。
圖3表示永久黑的液體，其不按時沉降。
圖4表示含量的沉降速度，2小時后，已全部沉淀，水呈清澈并可被循環(huán)使用。
對于使用在電侵蝕裝置的含水介質(zhì)的凈化，一般有一凈化回路，其包括工作池，其中，要加工的相關(guān)制件(一般是金屬的)基于其上加工及其包括含水介質(zhì)(一般是低電導(dǎo)率的水)。凈化回路傳輸已污染的含水介質(zhì)到接收池，含水介質(zhì)由接收池被陽離子-陰離子樹脂送到過濾器，再到離子交換器。為使水達(dá)到本方法要求的去離子程度，水可間接的或直接的返回到工作池及開始循環(huán)。
該方法及產(chǎn)品用電導(dǎo)率低于40uS/cm的水，最好是電導(dǎo)率低于20uS/cm的水。
下面，描述本發(fā)明的一個非局限性的實施例電浸蝕工作進(jìn)行的水介質(zhì)通常是帶有低電導(dǎo)率。當(dāng)電解過程中產(chǎn)生離子時，使用陽離子-陰離子樹脂消除離子，或如現(xiàn)實發(fā)生的情況，維持水介質(zhì)具有需求的電導(dǎo)率(根據(jù)情況)。例如，在圖1中，電導(dǎo)率保持低于14uS/cm。水介質(zhì)開始具有初始電導(dǎo)率(C1)如11uS/cm，然后，它與離子帶電直到達(dá)到極限電導(dǎo)率(C2)，如14uS/cm，它是用于陽離子-陰離子樹脂(R)的預(yù)定量，陽離子-陰離子樹脂降低電導(dǎo)率從14uS/cm到11uS/cm開始工作，電浸蝕過程再次開始。在簡陋的系統(tǒng)，正常的工作條件，起始材料可以是1500和3000mm3/小時，加工鋼，鋁，銅或鈦部件。
工藝循環(huán)時間(t1)，即水介質(zhì)從11uS/cm的初始電導(dǎo)率(C1)變化到極限電導(dǎo)率(C2)14uS/cm，再返回到初始電導(dǎo)率(C1)也許是15分鐘左右。
使用草酸和磷酸混合物完成的實驗(圖2)表明混合物兩種組分的比例大范圍變化，提供了從已知到現(xiàn)在改進(jìn)的結(jié)果。申請人認(rèn)為，明顯的有益效果是在蒸餾水或去離子水，電導(dǎo)率低于10uS/cm的每升溶液中，草酸在0.018摩爾至0.035摩爾之間，和磷酸在1.28摩爾至2.5摩爾之間。
實施例制備溶液(D)，用3.15克的草酸C2O2H2，即0.025M(摩爾)，0.1升的磷酸PO4H3，即1.8M(摩爾)的混合物及其余的等于1升去離子水，其電導(dǎo)率為7uS/cm。
使用要工作的鋼部件，利用具有2160mm3/每小時的起始材料(等同于圖1的情況，能夠進(jìn)行合適的比較)實驗開始時，電介質(zhì)的初始電導(dǎo)率為11uS/cm，設(shè)立極限電導(dǎo)率(C2)14uS/cm用于進(jìn)入到陽離子-陰離子樹脂(R)相。
7ml制備好的溶液(D)加入到水介質(zhì)。電導(dǎo)率提高到12uS/cm的最大量(C3)，然后，開始逐步下降到10uS/cm的最小量(C4)，再開始上升達(dá)到極限電導(dǎo)率(C2’)，讓樹脂(R)進(jìn)入，與其工作到返回到水介質(zhì)，從極限電導(dǎo)率(C2’)到初始電導(dǎo)率(C1’)，隨后再開始電浸蝕過程。工藝循環(huán)時間(t2)30分鐘左右，即是如上所述的已知普通方法需要時間的2倍。
顯而易見，在相等的條件下，已知的普通方法(圖1)使樹脂(R)每30分鐘工作兩次，而本發(fā)明方法(圖2)使樹脂(R)每30分鐘僅工作一次，其意味著樹脂(R)的壽命有100％的提高。
使用鋁部件的實驗給出相似的結(jié)果。
使用銅部件的實驗要求所用的溶液要充分的增加。減少用銅的量近似為使用鋼部件量的一半時，1.5ml的溶液較有效。使用與鋼部件類似的簡陋系統(tǒng)。
必須考慮到，電浸蝕裝置的制造者提供的技術(shù)表，其中，指明了起始速度，由此，可推斷出每個工作系統(tǒng)單位時間內(nèi)減少的材料體積。
可以在水介質(zhì)回路的任一處添加溶液，最好是將溶液加到電介質(zhì)用的接收池，其接收來自工作池的電介質(zhì)。
圖3和圖4的坐標(biāo)中，沉淀高度(h)用mm表示，時間(t)用小時表示，水平面(n)表示清潔液體(c)和污染液體(d)的界面。
權(quán)利要求
1.用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化方法，電浸蝕裝置包括用于水介質(zhì)的凈化回路，其中，離子交換相包括在陽離子與陰離子樹脂之間，其內(nèi)有含水電介質(zhì)，特征在于，于含水介質(zhì)中加入蒸餾水/去電離水的草酸和磷酸溶液，其導(dǎo)電率低于40μS/cm，合適的草酸量在每升溶液中為0.18-0.035摩爾，磷酸量在每升溶液中為1.28-2.5摩爾。
2.按照權(quán)利要求1的用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化方法，其特征在于，加入水介質(zhì)的溶液后隨于帶有含水電介質(zhì)的陽離子和陰離子樹脂之間的離子互換相。
3.按照權(quán)利要求2的用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化方法，其特征在于，如果電侵蝕裝置加工鐵或鋁制件，加入約7ml的水溶液于水介質(zhì)中。
4.按照權(quán)利要求1的用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化方法，其特征在于，如果電侵蝕裝置加工銅制件，加入約1.5ml的水溶液于水介質(zhì)中。
5.按照前述權(quán)利要求的用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化方法，其特征在于，加入溶液于凈化回路，在已用水介質(zhì)的接收池中。
6.按照權(quán)利要求1的用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化方法，其特征在于，去離子水的溶液中，每升溶液含0.025摩爾的草酸和1.8摩爾的磷酸。
7.前述權(quán)利要求的用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化方法所用的產(chǎn)品，其特征在于，它包括蒸餾水/去離子水的草酸和磷酸溶液，其中，合適的草酸量為每升溶液中含0.18-0.035摩爾，磷酸量為每升溶液中含1.28-2.5摩爾。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電浸蝕裝置的水介質(zhì)去離子和凈化的方法及其所用產(chǎn)品。所述的電浸蝕裝置包括凈化水介質(zhì)的回路，該回路包含有陽離子與陰離子之間的離子交換相，其內(nèi)有含水電介質(zhì)；所述介質(zhì)的電導(dǎo)率低于40uS/cm。按照本發(fā)明，將溶液加入到水介質(zhì)中，該溶液為蒸餾/去離子水的草酸與磷酸溶液，其中，合適的比例為每升溶液中，草酸為0.18－0.035摩爾，磷酸為1.28－2.5摩爾。本發(fā)明適用于電浸蝕裝置。
文檔編號B23H1/10GK1545488SQ01823560
公開日2004年11月10日 申請日期2001年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者雷克爾·費雷特波薩, 安娜·阿蘭薩貝加尼亞, 科爾多比卡·卡斯特里路戈麥斯, 費爾南德·馬丁內(nèi)斯穆?？? 德 馬丁內(nèi)斯穆?？? 比卡 卡斯特里路戈麥斯, 阿蘭薩貝加尼亞, 雷克爾 費雷特波薩 申請人:奧納電浸蝕股份有限公司