專利名稱：用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化的方法及其所用產品的制作方法
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體，如鋼，鋁，鈦等部件及含水的低導電率的工作介質，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。以化學的觀點，在水介質的金屬絲電侵蝕方法中，不同的物質及化合物之間會有大量的反應發生。
通常，作為電浸蝕過程的結果，介質的導電率會逐步提高，這種提高是由于氧化-還原反應，酸堿反應，其基本發生在要加工的金屬部件和圍繞它們的電介質，一般是水的之間。放電產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。電導率的提高控制是使用了陽離子-陰離子樹脂的混合系統，其與介質交換離子。陽離子-陰離子樹脂，價格較高及它們以生態學模式的回收是相對復雜的，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的結果，在放電過程中，鐵從Fe°變到Fe2+再到Fe3+，后者再與水接觸達到酸堿平衡，以氫氧化物的形式沉淀到PH大于2，Fe(OH)3氫氧化物是深色膠凝狀的沉淀物，帶有膠狀的性質，它不傾向于堆積，但卻以懸浮形式保留，它被轉化成過濾系統清潔池的暗黑色水，它是不能夠保留的。
電浸蝕方法必須伴有連續的介質的堿性化(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，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中，意味著OH-濃度在介質中的增加。其部分反應形成相關金屬的氫氧化物，但超出的部分維持堿性的介質。
此外，電浸蝕的金屬絲必須被導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雜的絡合物的沉積而被堵住了，具有這些因素，使具有金屬絲導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，制件在低傳導率介質中的溶解是很快的(低于40uS/cm)，最大量的例子就是鐵從Fe°到Fe++再到Fe+++，所以，要使溶液能夠發現消除金屬第一氧化的介質，如Fe++，及行動迅速地去預防，是否發生第二氧化，Fe++→Fe+++，因其會導致氫氧化物。
同時，這種介質-溶液會控制介質中的離子濃度因而控制電導率，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(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。
申請人認為，這種介質-溶液是協同作用的混合物，這種協同作用基于有機酸的集合體，用其絡合能量(草酸)和無機酸，用其沉淀能量(磷酸)，其主要是對系統內存在的陽離子起作用。這種混合物對金屬氫氧化物的沉淀，介質的電導率及系統的PH值有作用。
此外，草酸顯示高傾向性地形成穩定的絡合物，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的鋅和銅(Cu+)起沉淀反應。這種作用減少了電介質的電導率，以及形成的三價鐵的濃度。
當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定的絡合物。
除了對三價鐵的形成起作用外，混合物影響電導率，它是由帶電粒子在電介質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-，Fe3+，Cu+等)，它們可由介質的溶劑化而形成。
另一方面，如果旨在減少或預防電導率的增加，化學溶液意味著產生帶電粒子之間的相互作用(降低電導率)，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的介質，當它們具有低電導率分離地移動時，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。
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，維持介質在中性左右。
作為草酸/磷酸混合物化學活性的結果，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換成穩定的比分子大得多的絡合物，其降低離子的遷移率因而降低它們對介質電導率的作用(貢獻)。
間接地，草酸-磷酸混合物溶解形成在電浸蝕金屬絲導出開口的沉積和覆膜，以提高金屬絲導管的精度。
為了使本發明的目的得到較好的理解，下面結合附圖，說明本發明較佳的實施例，在不偏離本發明的基礎上，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說明圖2是按照本發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，來自電浸蝕水溶質的沉降的坐標說明圖4是按照本發明方法及產品的來自電浸蝕水溶質沉降的如圖3的坐標說明圖3和圖4涉及的沉降試驗是在兩個具有100毫升的容量，100毫米高的試驗管內完成的。每個實驗管內充滿了電浸蝕水，其電導率為10uS/cm，在懸浮液里含有10mm3的鋼。(鋼懸浮液)(兩個容器內的水是全黑的)圖4的液體已使用本發明的溶液進行了處理，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使用。
對于使用在電侵蝕裝置的含水介質的凈化，一般有一凈化回路，其包括工作池，其中，要加工的相關制件(一般是金屬的)基于其上加工及其包括含水介質(一般是低電導率的水)。凈化回路傳輸已污染的含水介質到接收池，含水介質由接收池被陽離子-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。
該方法及產品用電導率低于40uS/cm的水，最好是電導率低于20uS/cm的水。
下面，描述本發明的一個非局限性的實施例電浸蝕工作進行的水介質通常是帶有低電導率。當電解過程中產生離子時，使用陽離子-陰離子樹脂消除離子，或如現實發生的情況，維持水介質具有需求的電導率(根據情況)。例如，在圖1中，電導率保持低于14uS/cm。水介質開始具有初始電導率(C1)如11uS/cm，然后，它與離子帶電直到達到極限電導率(C2)，如14uS/cm，它是用于陽離子-陰離子樹脂(R)的預定量，陽離子-陰離子樹脂降低電導率從14uS/cm到11uS/cm開始工作，電浸蝕過程再次開始。在簡陋的系統，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。
工藝循環時間(t1)，即水介質從11uS/cm的初始電導率(C1)變化到極限電導率(C2)14uS/cm，再返回到初始電導率(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，提供了從已知到現在改進的結果。申請人認為，明顯的有益效果是在蒸餾水或去離子水，電導率低于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，能夠進行合適的比較)實驗開始時，電介質的初始電導率為11uS/cm，設立極限電導率(C2)14uS/cm用于進入到陽離子-陰離子樹脂(R)相。
7ml制備好的溶液(D)加入到水介質。電導率提高到12uS/cm的最大量(C3)，然后，開始逐步下降到10uS/cm的最小量(C4)，再開始上升達到極限電導率(C2’)，讓樹脂(R)進入，與其工作到返回到水介質，從極限電導率(C2’)到初始電導率(C1’)，隨后再開始電浸蝕過程。工藝循環時間(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。
必須考慮到，電浸蝕裝置的制造者提供的技術表，其中，指明了起始速度，由此，可推斷出每個工作系統單位時間內減少的材料體積。
可以在水介質回路的任一處添加溶液，最好是將溶液加到電介質用的接收池，其接收來自工作池的電介質。
圖3和圖4的坐標中，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。
權利要求
1.用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化方法，電浸蝕裝置包括用于水介質的凈化回路，其中，離子交換相包括在陽離子與陰離子樹脂之間，其內有含水電介質，特征在于，于含水介質中加入蒸餾水/去電離水的草酸和磷酸溶液，其導電率低于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.按照權利要求1的用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化方法，其特征在于，加入水介質的溶液后隨于帶有含水電介質的陽離子和陰離子樹脂之間的離子互換相。
3.按照權利要求2的用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化方法，其特征在于，如果電侵蝕裝置加工鐵或鋁制件，加入約7ml的水溶液于水介質中。
4.按照權利要求1的用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化方法，其特征在于，如果電侵蝕裝置加工銅制件，加入約1.5ml的水溶液于水介質中。
5.按照前述權利要求的用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化方法，其特征在于，加入溶液于凈化回路，在已用水介質的接收池中。
6.按照權利要求1的用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化方法，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.前述權利要求的用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化方法所用的產品，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
本發明涉及用于電浸蝕裝置的水介質去離子和凈化的方法及其所用產品。所述的電浸蝕裝置包括凈化水介質的回路，該回路包含有陽離子與陰離子之間的離子交換相，其內有含水電介質；所述介質的電導率低于40uS/cm。按照本發明，將溶液加入到水介質中，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 優先權日2001年12月20日
發明者雷克爾·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·馬丁內斯穆希卡, 德 馬丁內斯穆希卡, 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