Electrolyte-Plasma Polishing of Titanium and Niobium Alloys

Abstract

Titanium and niobium alloys are widely used at present in aircraft, nuclear energy, microwave technology, space and ultrasonic technology, as well as in manufacture of medical products. In most cases production technology of such products involves an implementation of a quality polishing surface. Mechanical and electrochemical methods are conventionally used for polishing products made of titanium and niobium alloys. Disadvantages of mechanical methods are low productivity, susceptibility to introduction of foreign particles, difficulties in processing complex geometric shapes. These materials are hard-to-machine for electrochemical technologies and processes of their polishing require the use of toxic electrolytes. Traditionally, electrochemical polishing of titanium and niobium alloys is carried out in acid electrolytes consisting of toxic hydrofluoric (20–25 %), sulfuric nitric and perchloric acids. The disadvantage of such solutions is their high aggressiveness and harmful effects for production personnel and environment. This paper proposes to use fundamentally new developed modes of electrolytic-plasma treatment for electrolyte-plasma polishing and cleaning products of titanium and niobium alloys while using simple electrolyte composition based on an aqueous ammonium fluoride solution providing a significant increase in surface quality that ensures high reflectivity. Due to the use of aqueous electrolyte the technology has a high ecological safety in comparison with traditional electrochemical polishing. The paper presents results of the study pertaining to the effect of titanium and niobium electrolytic-plasma polishing characteristics using the developed mode for productivity, processing efficiency, surface quality, and structure and properties of the surface to be treated. Based on the obtained results, processes of electrolytic-plasma polishing of a number of products made of titanium alloys BT6 (Grade 5), used in medicine and aircraft construction, have been worked out in the paper.

Experimental study on ultrasonic-assisted electrolyte plasma polishing of SUS304 stainless steel

“…Holger et al [8] applied the EPP method to the surface pretreatment of magnesium alloy, which can almost completely remove the corrosion impurities in the area near the surface under rolling condition. Aliakseyeu et al [9] carried out EPP on titanium and titanium alloys, and the workpiece can obtain lower surface roughness after polishing under appropriate process parameters. In addition, the EPP method can also be used to remove coating materials from metal surfaces [10,11].…”

Electrolytic plasma polishing of NiTi alloy

“…In addition to surface polishing, the method also provides deburring, cleaning, and increased corrosion resistance of the surface [13]. EPP is widely used in the processes of polishing and surface cleaning of medical devices made of various metallic materials, such as corrosion-resistant steels, titanium alloys, cobalt-chromium alloys [14,15]. However, until now, technological regimes and electrolytes have not been developed for processing nitinol products, including products of small section and rigidity used for minimally invasive endovascular surgery.…”

Electrolytic-plasma polishing of cobalt-chromium alloys for medical products

“…В качестве альтернативы существующим методам электрохимического полирования возможно использование электролитно-плазменной обработки, широко применяемой для полирования (электролитно-плазменное полирование -ЭПП), удаления заусенцев и очистки металлических изделий, в том числе изделий медицинского назначения [7,8]. ЭПП по сравнению с механическим и электрохимическим полированием обладает рядом существенных преимуществ: высокая экологическая безопасность за счет применения электролитов на основе водных растворов солей концентрацией 3-5 %; возможность обработки деталей и изделий любой конфигурации; возможность получения зеркальной поверхности с высотой микронеровностей вплоть до Ra = 0,01 мкм; устранение в процессе обработки некондиционного поверхностного слоя и остаточных напряжений, что улучшает физико-механические и химические свойства поверхности; достаточно короткая продолжительность процесса полирования; существенное снижение ручного труда; возможность обработки высокотвердых и вязких материалов [9][10][11][12][13]. Производительность и экономическая эффективность технологических операций процесса ЭПП в 5-6 раз выше, чем при традиционном электрохимическом полировании в растворах кислот [13].…”

“…ЭПП по сравнению с механическим и электрохимическим полированием обладает рядом существенных преимуществ: высокая экологическая безопасность за счет применения электролитов на основе водных растворов солей концентрацией 3-5 %; возможность обработки деталей и изделий любой конфигурации; возможность получения зеркальной поверхности с высотой микронеровностей вплоть до Ra = 0,01 мкм; устранение в процессе обработки некондиционного поверхностного слоя и остаточных напряжений, что улучшает физико-механические и химические свойства поверхности; достаточно короткая продолжительность процесса полирования; существенное снижение ручного труда; возможность обработки высокотвердых и вязких материалов [9][10][11][12][13]. Производительность и экономическая эффективность технологических операций процесса ЭПП в 5-6 раз выше, чем при традиционном электрохимическом полировании в растворах кислот [13]. Применение метода при полировании изделий медицинского назначения из коррозионностойких сталей и титановых сплавов показало его высокую эффективность [13].…”

“…Производительность и экономическая эффективность технологических операций процесса ЭПП в 5-6 раз выше, чем при традиционном электрохимическом полировании в растворах кислот [13]. Применение метода при полировании изделий медицинского назначения из коррозионностойких сталей и титановых сплавов показало его высокую эффективность [13]. Достигаемый параметр шероховатости Ra при обработке этих материалов составлял 0,02 мкм.…”