特許 7531517 電解研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

(54)【発明の名称】電解研磨方法

(51)【国際特許分類】

   C25F 3/22 20060101AFI20240802BHJP

   C25F 3/18 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

C25F3/22

C25F3/18

【請求項の数】 35

(21)【出願番号】P 2021560629

(86)(22)【出願日】2020-03-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-16

(86)【国際出願番号】 AU2020050280

(87)【国際公開番号】W WO2020206492

(87)【国際公開日】2020-10-15

【審査請求日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】2019901205

(32)【優先日】2019-04-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU

(73)【特許権者】

【識別番号】521444941

【氏名又は名称】スリーディーエム・バイオメディカル・ピーティーワイ・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ディーン・クラウアー

【審査官】隅川 佳星

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－１５９２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０７２１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２８０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５０６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１０２８４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１７５２５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１８１１７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０６０８６９０１（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９３５５６９３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｆ １／００ － ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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／ｃｍ^２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。

【請求項2】

各電解研磨レジームが２Ａ／ｃｍ^２～２００Ａ／ｃｍ^２ の電流密度で実行される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

少なくとも２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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

電解研磨工程が、少なくとも４つ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。

【請求項6】

各電解研磨レジームが１～３０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。

【請求項7】

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。

【請求項8】

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9】

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／ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

【請求項10】

初期パルスが２Ａ／ｃｍ^２～２００Ａ／ｃｍ^２ の電流密度を有する、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

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。

【請求項12】

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。

【請求項13】

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。

【請求項14】

初期パルスが２～１０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。

【請求項15】

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。

【請求項16】

整形波形が、方形波、正弦波、パルス波のうちの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。

【請求項17】

整形波形電流が、パルス幅変調（ＰＷＭ）波形又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。

【請求項18】

整形波形電流が１０～３００ｋＨｚ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。

【請求項19】

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。

【請求項20】

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。

【請求項21】

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。

【請求項22】

クロム含有金属合金が鉄－クロム合金、ニッケル－クロム、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－モリブデン合金の内の１つから選択される、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

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。

【請求項24】

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。

【請求項25】

電解研磨電解質がＨ_３ＰＯ_４を含む、請求項１から２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

電解研磨電解質が、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）を硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、塩酸（ＨＣｌ）又はこれらの組合せ、及び水又はＣ_１～Ｃ_４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。

【請求項27】

電解研磨電解質が、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）を水又はＣ_１～Ｃ_４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。

【請求項28】

電解質のｐＨが１．０～７．０である、請求項１から２７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項29】

電解研磨電解質が－２５～２００℃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。

【請求項30】

金属製物品の初期平均表面粗さ（Ｒａ）が２μｍより大きい、請求項１から２９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項31】

金属製物品の初期平均表面粗さ（Ｒａ）が４００μｍ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。

【請求項32】

金属製物品の最終平均表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ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。

【請求項33】

材料除去の速度が１～５０μｍ／分である、請求項１から３２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項34】

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。

【請求項35】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権の相互参照
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。

【0002】

本発明は概して、製造された金属製物品の表面を平滑化するための電解研磨方法に関する。本発明は、付加製造された（３Ｄ印刷された）金属合金、特にクロム含有合金、チタン及びチタン合金、ニチノール等のニッケル合金並びにアルミニウム及びアルミニウム合金等の保護酸化層を有する金属及び金属合金の表面仕上げに特に適用可能であり、以下でその例示的用途に関して本発明を開示することが好都合である。しかし、本発明は、付加製造された（３Ｄ印刷された）金属及び金属合金製品に特に限定されず、金属製物品の表面を平滑化するために電解研磨を必要とする種々の製造方法から生産される広範な種類の金属製（金属及び金属合金）物品に適用可能であることが理解されるべきである。

【背景技術】

【0003】

以下の本発明の背景の考察は、本発明の理解を容易にすることが意図される。しかし、考察は、言及される資料のいずれかが出願の優先日の時点で公開されていた、公知であった又は一般常識の一部であったことを了承又は承認するものではないことが理解されるべきである。

【0004】

付加製造は通常、典型的に平均表面粗さＲａ値が２μｍを超える、典型的に５μｍを超える（マクロ仕上げ）、通常は８～２０μｍのＲａ値である、広範な表面粗さ又は表面仕上げを有する物品を提供する。そのような付加製造された部品は、それらの初期表面粗さを特定の用途に必要とされる許容可能な値に低減させるために、研磨又は別様に機械加工される必要がある。

【0005】

ラッピング、粉砕及び研磨等の機械的方法は、物品の初期平均表面粗さをマイクロ仕上げレベル（典型的に０．０１＜Ｒａ＜２．００μｍ）に至るまで低減させることができる。これらの方法は、時間がかかり一般的に手動であるため、誤差が生じやすく極めて高価である。現行の研磨時間は典型的に、手作業を使用して１時間を超える。更にこれらの方法は、複雑な形の構成要素に使用された場合に均一性の限界を有する可能性がある。加えて、初期表面粗さが高い場合、所望の最終表面粗さを達成するために複数の粉砕／研磨工程が必要とされる場合がある。

【0006】

電解研磨は、従来の方法によって研磨することが困難でありうる金属製構成要素を仕上げる、及び研磨するために好適な代替的な仕上げ技術である。電解研磨は、直流及び導電性電解質を使用して金属の表面から粒子を除去する。既存の最新技術は、主に安定した電圧のＤＣ電流、又はＤＣ電圧の２０％未満であるＡＣの比較的小さい成分の付加を使用する。除去速度（電流）は、金属製構成要素の表面積に基づき通常０．２５～０．５０Ａ／ｃｍ^２の間である。表面粗さの低減は、３０～６０分のプロセス時間にわたって典型的に１．５μｍ～０．７μｍＲａである。材料除去のスピードは緩徐である場合があり、電解研磨のアンペア数は、典型的に１０～２００ｍＡ／ｃｍ^２の範囲である。このプロセスは、緩徐な低減スピード及び低い粒子除去速度に起因して、電解研磨が実行可能になるまで部品の表面を許容可能にするために、少なくとも１種の他の手動研磨又は代替的な仕上げプロセスを必要とする。化学的仕上げ時間を低減させるために使用される前処理プロセスの例として、ＣＮＣ機械加工、バレル研磨、振動システム、熱処理、ショットピーニング、サンディング、ビーズブラスト処理又はレーザー再溶融が挙げられる。後処理も手動の機械的仕上げを必要とする場合がある。

【0007】

従来の電解研磨は、典型的にフッ化水素酸、硝酸、硫酸及びリン酸の組合せを含む高濃度の酸溶液の組合せも使用する。そのような電解質は環境に優しいものではなく、処分の問題を有する可能性がある。

【0008】

しかしながら、付加製造された表面を研磨するための電解研磨システムが開発されている。１つの例は米国特許公開第ＵＳ２０１９０３４５６２８Ａ１号であり、これは鋼、ニッケルベースの合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金又はチタン合金から作製された製品の３Ｄ印刷表面を、時間曲線においてその電流強度が特定可能な値まで継続的に上昇する、少なくとも１つのアノードパルスが与えられる繰り返しパルスシーケンスによって電気化学研磨するための方法を教示している。第１のアノードパルスに続く更なるより高周波数のマイクロパルスが使用されてもよく、これはパルス休止及び／又は少なくとも１つのカソードパルスによって中断される。電解研磨レジームの平均電流密度は、好ましくは０．００５Ａ／ｃｍ^２～０．３Ａ／ｃｍ^２であり、パルスは０．０００５秒～５秒のパルス長を有し、周波数は０．２Ｈｚ～２ｋＨｚである。

【0009】

ＵＳ２０１９０３４５６２８Ａ１のシステムは妥当な電解研磨の結果を提供するが、不動態層又は研磨膜層の完全な崩壊及び潜在的なストリーク、ガス生成の問題、熱の問題等を引き起こす可能性があるその特性を回避するために、電圧電流曲線の過不動態範囲外では動作しない。

【0010】

したがって、金属製物品、好ましくは粗い金属製物品、特にクロム含有金属製合金等の保護酸化層を有する金属製物品（金属又は金属合金）を仕上げる及び／又は研磨する、代替的又は改善された方法を提供することが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】米国特許公開第ＵＳ２０１９０３４５６２８Ａ１号

【文献】特許公開第ＷＯ２００９／１０５８０２号

【文献】ＡＵ２０１３２４２７９５Ａ１号

【文献】ＡＵ２０１７２０４３２８Ａ１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、ニチノール等のニッケル合金、並びにステンレス鋼及びインコネル等のクロム含有金属合金等の保護酸化層を有する金属製物品（金属又は金属合金）に適用可能な電解研磨技術を提供する。電解研磨技術は、粗い表面を有する金属製物品に適用可能であり、且つ優れた表面粗さの低減を従来の電解研磨方法より急速に達成する。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の第１の態様は、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２Ａ／ｃｍ^２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。

【0014】

本発明は、不均質な質感を有さない及び／又は電解研磨後に顕著により低い平均表面粗さ値を示す表面仕上げを生じる急速な研磨が可能な電解研磨方法を提供する。本発明の電解研磨方法は、２Ａ／ｃｍ^２以上の高い電流密度を使用して材料を急速に除去する。本発明の電解研磨方法はまた、処理される物体に送達される電圧（及び電流）をおよそ若しくはほぼゼロボルト又はレジーム時に物体に供給される最低電圧からレジーム時に物体に供給される０．５Ｖ～５００Ｖの範囲の全電圧に変化させる整形波形電圧を使用する。波形は、２Ｈｚ～３００ｋＨｚの範囲の周波数で送達される。この電流密度及び電圧波形は、金属製物品の処理される１又は複数の表面から大量の材料が急速に除去されることを可能にする。

【0015】

先行技術の方法とは異なり、本発明は、電圧電流曲線の過不動態範囲外で動作することを回避しない。本発明では、電流密度及び電圧は、方法の最初に不動態層（過不動態範囲で形成される）をブラスト処理して除去するように選択される。本発明は、制御された周波数、電圧、電流、温度及び化学反応を使用することにより、標準的な許容可能な電圧電流限界の外側で動作することによって引き起こされるすべての問題に対処することができる。

【0016】

単一の印加電流レジームが使用されてもよいが、電解研磨時に少なくとも２つの電流レジームが使用されるとより良好な結果が使用される。これらの実施形態では、本発明の方法は少なくとも２つの電解研磨レジーム、より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は少なくとも２Ａ／ｃｍ^２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み、各電解研磨レジームの周波数、電流密度（電流）又は最大電圧のうちの少なくとも１つは、先の電解研磨レジームと比較して変化する。

【0017】

本発明者は、高い電解研磨電流の長時間の印加により、表面にへこみ及びストリークが残る可能性があることを認識した。したがって、微細な仕上げを達成することを支援するために、２つ以上の電解研磨レジームを有する印加電流レジームが使用される。印加電流レジームの効果は、２つ以上の電解研磨レジームを使用し、周波数、電流密度（電流）又は最大電圧のうちの１つ以上を先の電解研磨レジームと比較して変化させる、例えば段階的に変化させる（上げる又は下げる）ことによって増強される。いずれか１つの理論に限定されることを望むものではないが、本発明者は、レジームの開始時は材料の除去速度が高いと考えている。１分未満以内に、処理される材料の表面に拡散層が形成される。拡散層は、絶縁体又は抵抗負荷と同様に作用するように思われる。この拡散層は材料除去のスピードを顕著に低減させ、除去されない場合、プロセスのスピードは顕著に低下する。最大電圧、電流密度（電流）及び周波数が変化すると、電解研磨されている部品の周囲の拡散層が撹乱され、材料除去の速いスピードが再確立される。改善されたスピードは、好ましくは１０分未満、好ましくは５分未満、典型的に２分未満、一部の場合では１分未満に、粗面（＞２μｍＲａ、典型的に＞５μｍＲａ）を２μｍＲａ未満の表面粗さにすることができる結果を依然として維持する。

【0018】

本発明は、周波数、電圧及び／又は電流密度の変化、典型的に段階的な変化を使用し、任意の所与のパラメータのセット（周波数、電圧、電流密度）で、短時間で部品に近接して形成される、急速に形成される拡散層を乱す。しかし、本発明は、周波数、電圧、電流／電流密度、温度及び化学反応を使用してすべての可変要素に対処することができ、金属製物品の表面からの粒子の均一なストリッピング（電解研磨）を可能にすることが理解されるべきである。

【0019】

拡散層は、電解質の残りの部分と比較して非常に緻密である。拡散層は、金属製物品周囲の層中の「電解質と金属粒子の緻密なスープ」と説明されてもよいものを通して電子及び素粒子の移動を緩徐化する。パラメータ（周波数、電圧、電流密度）を変化させることにより、金属製物品周囲の緻密層が新鮮な電解質で常に置き換えられ、また各工程の開始時の高電流パルスによって追加の強力なガス発生が生じることにより、拡散層の金属製物品に近接したその位置からの除去が更に支援される。

【0020】

最大電圧、電流密度（電流）又は周波数のうちの少なくとも１つが各電解研磨レジームの間に変化する。ほとんどの場合、これは最大電圧、電流密度（電流）又は周波数の１つ以上を、先の電解研磨レジームと比較して段階的に上げる又は下げることを含む。

【0021】

電解研磨レジームはまた、好ましくは減少する強度で漸進的に金属製物品を電解研磨し、微細な仕上げを可能にするように設計される。したがって、各連続電解研磨レジームは、好ましくは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（すなわち、下向きの傾斜パターンで全体的に低下するが、個々のレジームはそのパターンとは異なり、より高い成分を有してもよい）。

【0022】

電圧及び電流は、様々な最大電圧／電流レベル及び異なる周波数の電解研磨レジームで印加される。使用される電圧が電流の流れを決定し、１つの可変要素とみなされてもよいことが理解されるべきである。電圧／電流によって除去される材料の量が決定される。複数の電解研磨レジームが使用される場合、初期の電解研磨レジームは高い最大電圧（したがって高い電流／電流密度）を有し、大量の材料を素早く除去する。これにより、非常に粗い材料の表面粗さが適度に平滑な粗さまで非常に素早く低減される。最大電圧／電流密度は、より一層微細な結果を得るために後続の電解研磨レジームで低減されてもよい。したがって、最適な表面仕上げプロセスは、より一層平滑で微細な仕上げのために、最初は高くその後低下する最大電圧／電流を有する一連の電解研磨レジームである。実施形態では、高電圧／電流は典型的に５Ａ／ｃｍ^２より高い、好ましくは７Ａ／ｃｍ^２より高い、より好ましくは１０Ａ／ｃｍ^２より高い電流密度を有する。対応する電圧は、電解質の導電性に依存することが理解されるべきである。

【0023】

非常に高い電流密度（＞１０Ａ／ｃｍ^２）では、金属製物品の表面からの粒子／材料の除去は非常に高速、強烈且つ不安定であるため、多くの場合金属製物品の金属表面はわずかに窪む又は不均一になる（又は低周波数でストリークが生じる）。本発明は、バルク材料を除去するための以前の電解研磨方法と比較して高い電流密度を使用する。電解研磨方法は、以下により詳細に記載されるように、好ましくは電流を緩徐に段階的に下げ、製品に平滑で均一な表面を残すことによって増強されてもよい。

【0024】

任意の数の電解研磨レジームが電解研磨工程で使用されてもよい。一部の実施形態では、電解研磨工程は、少なくとも３つの電解研磨レジーム、好ましくは少なくとも４つの電解研磨レジーム、より好ましくは少なくとも１０の電解研磨レジーム、更に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。一部の実施形態では、電解研磨工程は４０を超える電解研磨レジームを含む。他の実施形態では、電解研磨工程は３～１０の電解研磨レジームを含む。実施形態では、電解研磨工程は３～６の電解研磨レジームを含む。各連続電解研磨レジームは、好ましくは先の電解研磨レジームと異なる周波数を伴って印加される。しかし、一部の場合では、１つ以上の連続電解研磨レジームが先の電解研磨レジームと同じ周波数を伴って印加されてもよいことが理解されるべきである。

【0025】

本発明の電解研磨方法は急速であり（従来の電解研磨方法より少なくとも５～１０倍速い）、好ましくは１０分未満、好ましくは５分未満、より好ましくは２分未満、一部の場合では１分以下で平均表面粗さを２μｍＲａ未満まで低減させる。本発明の電解研磨方法は均一な研磨をもたらし、正確でスケーラブルである。そのような電解研磨処理は、得られる物品が非常に粗く不均一な表面質感を有する（３Ｄ印刷された構成要素、粗野にブラスト処理された表面、非常に粗い焼結部品等）工学製造プロセスにとって非常に興味深いものである可能性がある。

【0026】

すべての電解研磨レジームの合計継続時間は、好ましくは１０分未満、より好ましくは５分未満である。一部の実施形態では、すべての電解研磨レジームの合計継続時間は、好ましくは３分未満、より好ましくは２分未満、更により好ましくは６０秒以下である。これを達成するために、各電解研磨レジームは１～３０秒、好ましくは１～２０秒、より好ましくは１～１５秒の継続時間にわたって印加されてもよい。一部の実施形態では、各電解研磨レジームは２～３０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てもよい。

【0027】

印加電流レジームは、金属製物品の粗さを低減させるのに有効な期間にわたって印加される。印加電流レジームは、研磨される部品及び材料に最適になるように事前に決定された電圧／電流（電流密度）及び周波数の範囲に及ぶ。

【0028】

両方の電極（すなわち、カソード及びアノード／金属製物品）を分極させるために、好適なＤＣ又はパルス電源（電圧又は電流が制御された）が使用される。印加電流レジームの電流及び関連する電流密度は、材料の除去速度、及びしたがって金属製物品の電解研磨スピードに影響を及ぼす。電流は少なくとも０．１Ａである。関連する電流密度は少なくとも２Ａ／ｃｍ^２、好ましくは少なくとも１．０Ａ／ｃｍ^２、より好ましくは少なくとも５Ａ／ｃｍ^２である。一部の実施形態では、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２～２００Ａ／ｃｍ^２、好ましくは２０～５０Ａ／ｃｍ^２である。一部の実施形態では、電流密度は２２Ａ／ｃｍ^２より大きい、好ましくは２５Ａ／ｃｍ^２より大きい。一部の実施形態では、電流密度は２５Ａ／ｃｍ^２～２００Ａ／ｃｍ^２、好ましくは２５～１００Ａ／ｃｍ^２である。一部の実施形態では、電流密度は３０Ａ／ｃｍ^２～２００Ａ／ｃｍ^２、好ましくは３０～１００Ａ／ｃｍ^２である。

【0029】

電流はＤＣのみ、ＡＣのみ、方形波パルスＤＣ、正弦波のパルス化ＤＣ又はこれらの混合物であってもよい。パルス化ＤＣ波形が使用される場合、印加電流波形は古典的なＡＣではなく、且つ正確にはＤＣではないことが理解されるべきである。波形は、交流電流又はパルス状ＤＣ方形波のいずれかである方形波形電流として特徴付けられてもよい。一部の実施形態では、パルス状ＤＣ方形波形は、ピーク又は印加電流位相と比較して長いゼロ電流位相を有する。多くの実施形態では、電流はＤＣ電流を含む。

【0030】

電圧の整形波形は、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であってもよい。一部の実施形態では、整形波形電流は、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。一部の実施形態では、方形波パルスは可変デッドタイムを有する。一部の実施形態では、パルス状方形波形は、ピーク又は印加電流位相と比較して長いゼロ電流位相を有する。

【0031】

チタン及びアルミニウム等の保護酸化層を有する材料は、より高い周波数を使用することにより、より速いスピード及び低い最大電圧で崩壊する。電流の周波数は、電解研磨される金属製物品の表面での拡散バリアの崩壊を支援するために、好ましくは各レジームで変化する。周波数は２Ｈｚ～３００ｋＨｚ（一部の場合ではそれ以上）で変化してもよい。一部の実施形態では、周波数は２００Ｈｚ～３００ｋＨｚ、好ましくは２ｋＨｚ～３００ｋＨｚで変化してもよい。一部の実施形態では、周波数は２Ｈｚ～２００ｋＨｚ、好ましくは２Ｈｚ～１５０ｋＨｚで変化してもよい。他の実施形態では、周波数は２ｋＨｚ～２００ｋＨｚ、好ましくは２ｋＨｚ～１５０ｋＨｚで変化してもよい。一部の実施形態では、周波数は１０ｋＨｚ～３００ｋＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚ～２００ｋＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚ～１５０ｋＨｚである。一部の実施形態では、周波数は１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚである。他の実施形態では、周波数は２０～３００ｋＨｚ、好ましくは２０～１００ｋＨｚ、より好ましくは２０～９０ｋＨｚ、更により好ましくは４０～８０ｋＨｚである。正確な周波数は、金属製物品の特定の組成及び所望の表面粗さに適合するように選択される。

【0032】

実施形態では、波形は最大電圧の８０％より大きい、又は１Ｖより大きい、好ましくは２Ｖより大きい、より好ましくは３Ｖ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。一部の実施形態では、波形は
・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。

【0033】

一部の実施形態では、波形は最大電圧の８０％より大きい、又は１Ｖより大きい、好ましくは５Ｖより大きい、より好ましくは１０Ｖより大きい、更により好ましくは２０Ｖより大きい、更により好ましくは３０Ｖ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。一部の実施形態では、波形は
・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。

【0034】

各電解研磨レジームで使用される最大電圧は、０．５～５００Ｖの間である。ほとんどの実施形態では、最大電圧は１Ｖ～２００Ｖ、好ましくは５Ｖ～１５０Ｖ、より好ましくは１０Ｖ～１００Ｖの間である。特定の実施形態では、電圧は１０～７５Ｖの間である。最小電圧は最大電圧より低く、且つ少なくとも０Ｖである。一部の実施形態では、最小電圧は０～１５０Ｖの間、好ましくは０～１００Ｖの間、より好ましくは０～５０Ｖの間である。一部の実施形態では、最小電圧は０～２０Ｖの間、好ましくは０～１０Ｖの間である。実施形態では、最小電圧は０Ｖに近い（特定の電源にとって可能な限り近い）、すなわち実質的に０Ｖ又はおよそ０Ｖの電圧である。

【0035】

電流密度が連続電解研磨レジームの間で変化する場合、電流密度は先の電解研磨レジームと比較して変化する、好ましくは段階的に上がる又は下がってもよい。実施形態では、電流密度のその変化は典型的に少なくとも１Ａ／ｃｍ^２、好ましくは少なくとも２Ａ／ｃｍ^２、より好ましくは２～２００Ａ／ｃｍ^２である。一部の実施形態では、その電流密度は１～１００Ａ／ｃｍ^２、より好ましくは１～５０Ａ／ｃｍ^２の間で変化する。

【0036】

電解研磨工程は、１つ又は多数の電解研磨レジームに続き１つ以上の冷却レジームを含んでもよい。実施形態では、電解研磨工程は、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。冷却レジームは、１つのみの電解研磨レジーム、多数の電解研磨レジーム、又は一部の場合では各電解研磨レジームに続いてもよい。電流密度を低下させる場合、好ましくは最大で先の電解研磨レジームの電流密度の半分、より好ましくは最大で先の電解研磨レジームの電流密度の４分の１まで低下させる。低下させた電流密度は、先の電解研磨レジームの電流密度の０．５倍以下、０．４倍以下、０．３倍以下、０．２倍以下又は更には０．１倍以下であってもよい。一部の実施形態では、電流密度は、ゼロ電流密度に近くなる又は等しくなるまで低下させる。冷却レジームは、任意の好適な時間枠にわたって印加されてもよい。一部の実施形態では、各冷却レジームは少なくとも０．５秒、より好ましくは少なくとも１秒の継続時間にわたって印加される。実施形態では、冷却レジームは１～１０秒間、好ましくは１～５秒間印加される。冷却レジームは、先の電解研磨レジームと比較して低減された電流密度、及びしたがって低減された印加電流を有し、金属製物品及びカソードを冷却させる。これは特定の実施形態、例えば金属製物品が電源の正極端子に接続されることによってアノードになり、好適な導通電極、例えば導電性ブラシからなるカソードが電源の負極端子に接続される非水没方法（以下を参照されたい）で有利でありうる。これらの実施形態では、冷却時間は金属製加工品の冷却を目的とするが、ブラシ電極を冷却することによる利益も存在する。

【0037】

本発明の例示的な実施形態は、電解研磨レジームに先行する初期パルスを含む。これらの実施形態では、電解研磨工程は
（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／ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

【0038】

本発明は、最初に部品を高電流密度でブラスト処理することにより、金属製物品を攻撃から保護する不動態／研磨膜層を即座に除去する。この状態で、金属製物品は化学的又は大気の攻撃に非常に感受性である。本発明は、周波数、電圧、電流、温度及び化学反応を使用してすべての可変要素に対処し、金属製物品の表面からの粒子の均一なストリッピングを可能にする。

【0039】

好ましい実施形態では、電解研磨工程は
（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／ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

【0040】

一部の実施形態では、初期パルスは５Ａ／ｃｍ^２より大きい、好ましくは７Ａ／ｃｍ^２より大きい、より好ましくは１０Ａ／ｃｍ^２より大きい電流密度を有する。

【0041】

いずれか１つの理論に限定されることを望むものではないが、本発明者は、初期パルスが金属製物品上の部分的に結合された材料を除去し、後続の電解研磨レジーム（又は複数のレジーム）のシーケンスが金属製物品を電解研磨し、それにより好ましくは均一、平滑及び光沢がある電解研磨された表面を生じると考えている。一部の場合では、初期の高電流／電圧パルスは、その部分的に結合された材料と基材材料の間の接着点を溶融する、又は別様に切断する。電解研磨は、好ましくは表面が清潔であり、全体的に夾雑物を含まないことを必要とする。したがって、初期パルスは、有利には金属製物品の表面からデブリを除去する。３Ｄ印刷物品では、そのようなデブリは３Ｄ印刷プロセスからの人工産物として存在しうる。これは、有利には電解研磨時に「微小谷部」の材料よりはるかに速く溶解される、加工物表面上の生じうる突起（山部）を低減する。

【0042】

初期パルスは、金属製物品に接着されたデブリ又は別様に部分的に結合された材料を除去することができる大きな最大電圧及び電流を与えることが意図される。パルスは、短い時間枠（すなわち、秒）にわたって印加されることが意図される。これに関して、初期パルスは１～２０秒、好ましくは２～１５秒、より好ましくは２～１０秒、更により好ましくは２～５秒の間の短い時間枠／継続時間にわたって印加される。更に、初期パルスの最大電圧は、好ましくは連続電解研磨レジームのそれぞれの最大電圧より大きい。同様に、初期パルスの電流密度は、好ましくは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。実施形態では、初期パルスは少なくとも１．０Ａ／ｃｍ^２、より好ましくは少なくとも５Ａ／ｃｍ^２の電流密度を有する。一部の実施形態では、初期パルスは２Ａ／ｃｍ^２～２００Ａ／ｃｍ^２、好ましくは２０～５０Ａ／ｃｍ^２の電流密度を有する。一部の実施形態では、初期パルスは２２Ａ／ｃｍ^２より大きい、好ましくは２５Ａ／ｃｍ^２より大きい電流密度を有する。更に、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ことが好ましい。一部の実施形態では、初期パルスの交流電圧の印加周波数は、連続電解研磨レジームのそれぞれの印加周波数未満である。一部の実施形態では、初期パルスの交流電圧の印加周波数は、連続電解研磨レジームのそれぞれの印加周波数より大きい。

【0043】

初期パルスの周波数は、２０Ｈｚ～３００ｋＨｚ（一部の場合ではそれ以上）で変化してもよい。一部の実施形態では、周波数は２００Ｈｚ～３００ｋＨｚ、好ましくは２ｋＨｚ～３００ｋＨｚで変化してもよい。一部の実施形態では、周波数は２０ｋＨｚ～１５０ｋＨｚである。一部の実施形態では、周波数は２０ｋＨｚ～１００ｋＨｚである。他の実施形態では、周波数は３０～１００ｋＨｚ、好ましくは３０～９０ｋＨｚ、より好ましくは４０～８０ｋＨｚである。

【0044】

各初期パルスで使用される最大電圧は、５０～５００Ｖの間である。ほとんどの実施形態では、最大電圧は５０Ｖ～２００Ｖ、好ましくは５０Ｖ～１５０Ｖ、より好ましくは５０Ｖ～１００Ｖの間である。

【0045】

したがって、本発明の実施形態は、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
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／ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

【0046】

特定の実施形態では、電解研磨工程は３～７秒、好ましくは５秒の継続時間にわたって印加される、３０～５０ｋＨｚの周波数を有し、６０～７００Ｖの間、好ましくは６５Ｖの最大電圧を有する整形波形を有する電圧を含む初期パルス、続いて５～３０秒の継続時間にわたって印加される、５０～７０ｋＨｚ、好ましくは６３ｋＨｚの周波数、１０～６０Ｖの間の最大電圧を有する整形波形を有する電圧を含み、連続電解研磨レジームが先の電解研磨レジームより低い最大電圧を有する少なくとも２つの電解研磨レジームによって特徴付けられる印加電流レジームの印加を含む。

【0047】

本発明の電解研磨方法は、保護酸化皮膜を有する金属又は金属合金を含む金属製物品の電解研磨に特に適用可能である。これらの金属又は金属合金の例として、クロム含有金属合金、チタン、チタン合金、ニチノール等のニッケル合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のうちの１つが挙げられる。一部の実施形態では、金属製物品は、クロム含有金属合金から形成される。そのような材料は、クロム酸化保護外層を有する。クロム含有金属合金は、合金組成中の主要な又は主な合金元素としてクロムを含む金属合金であることが理解されるべきである。クロムを含む種々の金属合金がこの群に入る。例示的な例として、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金属合金が挙げられる。一部の実施形態では、クロム含有合金は鉄－クロム合金、例えばステンレス鋼を含む。一部の実施形態では、クロム含有合金はニッケル－クロム合金、例えばインコネルを含む。特定の実施形態では、クロム含有金属合金はコバルト－クロム合金を含む。一部の実施形態では、Ｃｏ－Ｃｒ合金はモリブデン及びニッケル合金元素を更に含む。Ｃｏ－Ｃｒ合金は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃ、Ｔｉ、Ｓ、Ｐ、Ｎ及びＷ等の更なる副合金元素（１ｗｔ％未満）を含んでもよい。しかし、本発明は、アルミニウム又はアルミニウムベースの合金、チタン及びチタンベースの合金から形成される他の金属製物品で使用されてもよいことが理解されるべきである。

【0048】

電解研磨電解質は、任意の好適な導電性液体であってもよい。好ましい形態では、電解研磨電解質はＨ_３ＰＯ_４を含む。電解研磨電解質は、好ましくは水又はＣ_１～Ｃ_４アルコールベースの溶液中にリン酸を含む溶液を含む。電解研磨電解質は、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）の溶液を唯一の成分酸として、又は他の化学物質、例えば他の酸との組合せで含んでもよい。例えば、電解研磨電解質の実施形態は、リン酸を硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、塩酸（ＨＣｌ）のうちの１種以上との組合せ、及び水又はＣ_１～Ｃ_４アルコールのうちの１種以上との組合せで含んでもよい。一形態では、電解質溶液は、リン酸の８５％水溶液を含む。しかし、組成はイオン含有量並びに電圧、電流及び電解研磨電解質の温度を含む他の可変要素に依存する。

【0049】

例示的な実施形態では、電解研磨電解質は、食品グレードの（安全な）電解質浴である。任意の好適な導電性液体が使用されてもよい。実施形態では、電解研磨電解質は、リン酸を水又はＣ_１～Ｃ_４アルコールのうちの１種との組合せで含む。実施形態では、電解研磨電解質はリン酸水溶液を含む。

【0050】

電解質中の酸、特にリン酸の溶液濃度は１％～９０％（すなわち、水１００ｍｌ中１ｇ～９０ｇの化合物）、好ましくは１０％～９０％で変化してもよい。溶液濃度は、処理される金属製物品の種類（例えばステンレス鋼、コバルト－クロム合金、Ｎｉ－Ｃｒ合金等）及び電解処理時間に依存する。一実施形態では、８５％リン酸溶液が使用される。

【0051】

電解研磨電解質のｐＨは、その組成に応じて１～１４の間であってもよい。一部の実施形態では、本発明の電解研磨方法の間の電解研磨電解質のｐＨは、好ましくは１．０～７．０の間、より好ましくは１．０～３．０の間である。一実施形態では、電解研磨電解質のｐＨはおよそ１．５である。

【0052】

電解研磨電解質の温度は、－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℃に維持されるべきである。ここでも、電解研磨電解質の温度は電解研磨電解質の組成に依存する。例えば、８５％リン酸溶液に到達すると、電解研磨電解質は粘性である。したがって、電解研磨電解質の温度が高いほど電解質はより良好に作用する。導電はより低濃度でより良好であるが、得られる金属製物品の得られる光沢はそれほど良好ではない。電流密度は温度依存性であり、電解研磨電解質の濃度及び組成、並びにしたがって温度に基づいて変化することが理解されるべきである。

【0053】

処理温度の範囲を維持するために、冷却方法が通常必要とされる。金属製物品は、これらに限定されないがヒートシンク、ガス流又は液体流冷却を含む種々の方法によって冷却されてもよい。電解研磨電解質は、典型的に熱交換器への又はそれを通した電解質の流れにより、好ましくは５０～１００℃、より好ましくは６０～９０℃の間の温度に維持される。一部の実施形態では、電解研磨電解質に向けられるファン等の対流冷却手段が使用されてもよい。しかし、好ましい実施形態では、熱交換器は電解研磨電解質に浸漬されてもよい。例えば、小規模（研究室又は開発規模）では、これは電極及び電解研磨電解質を含有するビーカーが浸漬される水／氷水浴を含んでもよい。大規模（すなわち商業的／産業的プロセス）では、これは好適な冷却／／熱交換ユニットを用いた電解研磨電解質の再循環及びその冷却を含んでもよい。更に、電解研磨電解質から金属／金属酸化物デブリを収集するために、１つ以上のフィルターが使用されてもよい。

【0054】

合金表面上に位置する遊離した材料化合物を除去し、自然な不動態層を金属合金の周囲に再形成させるために、電解研磨後化学洗浄が必要とされる場合がある。

【0055】

方法は、任意の数のプロセス自動化工程を含んでもよい。例えば一部の実施形態では、自動化（ロボット）アームを使用し、電解研磨方法時の浴中の加工品の位置及び移動を制御してもよい。一部の実施形態では、１つ以上のロボットアームを使用し、電解研磨方法時に構成要素及び／又は電極（例えば、非水没電解研磨のためのブラシ又はパッド）の両方を保持してもよい。

【0056】

本発明の電解研磨方法は、任意の特定の表面粗さ、例えば２μｍＲａ未満、又は更には１μｍＲａ未満を有する金属製物品に適用可能であり、金属製物品は例えばＲａが２μｍより大きい、又は更には５μｍである粗い表面を有する金属製物品と同様に本発明の電解研磨方法を使用して電解研磨されてもよい。特定の実施形態では、本発明の電解研磨方法を使用し、２μｍを超える初期平均表面粗さ（Ｒａ）から２μｍＲａ未満の表面粗さを有する領域によって特徴付けられる、粗い金属製物品の平均表面粗さを低減することができる。金属製物品又はその関連する部分は２μｍより大きい、好ましくは５μｍより大きい初期粗さ（Ｒａ）（Ｒａは粗さの算術平均である）、一部の場合では１０μｍより大きいＲａを有する。ほとんどの実施形態では、金属製物品の実質的にすべてが２μｍより大きい初期平均表面粗さ（Ｒａ）を有する。しかし、一部の実施形態では、処理を必要とする金属製物品の一部のみがこの粗さ値を有することが理解されるべきである。本発明の方法は、電解質に浸漬された１つ以上の製造された金属製物品に同時に適用するのに好適であることも理解されるべきである。製造された金属製物品の初期粗さ（Ｒａ）はまた、一般的に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。

【0057】

製造された金属製物品の初期粗さは、以下の方法： 砂型鋳造、インベストメント鋳造、付加製造、金属切削（鋸引き、成形、穿孔、フライス加工、旋削加工）、熱間圧延、鍛造、溶断のうちのいずれか１つによって製造される結果物であってもよい。しかし、このリストは限定的でなく、本発明の方法は種々の製造方法に適用可能であることが理解されるべきである。好適な製造技術及びこれらの技術が典型的にもたらすＲａ粗さレベルのリストは、以下の通りである：
・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。

【0058】

電解研磨は、不均質な質感を有さない及び／又はその初期表面粗さ値と比較して顕著に低い表面粗さ値を示す表面仕上げを生じることを目的とする。

【0059】

表面粗さを定量化するための好適な計測方法として、表面触針プロフィロメトリー（形状（ライン）からＲａ及びＲｚパラメータが導出される）及び３Ｄ光学表面プロフィロメトリー（表面積からＳａ及びＳｚパラメータが導出される）が挙げられる。

【0060】

本発明で処理される好適な製造された金属製物品は、クロム含有金属合金を含んでもよい。以前示された通り、これらの合金として、ステンレス鋼等の鉄－クロム合金、ニッケル－クロム（ｎｉｃｋｅｌ－ｃｈｒｏｍｉｕｍ）（ニッケル－クロム（ｎｉｃｋｅｌ－ｃｈｒｏｍｅ））及びその合金、コバルト－クロム合金、コバルト－クロム－モリブデン合金が挙げられる。好ましい実施形態では、製造された金属製物品は、コバルト－クロム合金を含む。

【0061】

金属製物品は、電解研磨回路のアノードになる。電気回路を完成するためにはカソードも必要とされる。カソードに好適な金属材料として、ステンレス鋼、鉛、銅又は良好な導電性及び耐食性を示す任意の他の金属若しくは導電性材料が挙げられる。一部の実施形態では、カソードは炭素ベースの材料、例えば炭素繊維ベースの材料を含む。一部の実施形態では、カソードは、その中で少なくとも１つのアノード金属製物品（すなわち、処理される粗い部品）が電解研磨電解質溶液（電解溶液）に浸漬される電解槽／容器である。他の実施形態では、カソードは、電解研磨電解質に浸漬された別個の伝導性材料物品からなる。カソードの表面は、好ましくはアノードの表面積（すなわち、金属製物品の表面積）のものより２～２０倍大きく、より好ましくは５～１０倍大きい。

【0062】

本発明の方法によって処理される金属製物品のサイズ（部品サイズ）及び装置はスケーラブルであることが理解されるべきであり、これは印加電流レジームが、所望の出力電流／電流密度を達成するために複数のインバータパワーバンクを並行して運転することができる制御システムを使用して印加されるためである。したがって、本発明の方法は、ゴルフボールのサイズの部品を１０Ｒａの開始表面粗さから２Ｒａ未満まで（一部の場合では０．５Ｒａ未満、一部の実施形態では０．０５Ｒａ未満、更には０．０２Ｒａ未満）、且つ電解研磨電解質を含有する電解セル、電解リザーバ又は浴、及び印加電流レジームを印加するためのインバータのサイズを大型化することにより、車のサイズの部品を仕上げるために同様に適用可能である。

【0063】

本発明の電解研磨方法は、金属製物品が電解研磨電解質に浸漬される従来の電解研磨セル、又は非浸漬技術、例えばブラシ印加電解研磨技術で実行可能である。

【0064】

一部の実施形態では、電解研磨電解質は電解研磨セルに含有される。そのような実施形態では、金属製物品は電解質に浸漬され、電解研磨は、電解質及び電解研磨電解質を保持する受容体／容器の範囲内で行われる。この種類の従来の電解研磨では、金属製物品は、電源の正極端子に接続されることによって電解質浴中でアノードになる。好適な金属（典型的にプレートの形態）からなるカソードは電解質浴に浸漬され、電源の負極端子に接続されることによってイオン伝導のためのカソードになる。水没電解研磨又は表面仕上げでは、本発明の方法で使用される電流密度は２Ａ／ｃｍ^２より大きい、好ましくは１Ａ／ｃｍ^２より大きい、より好ましくは５Ａ／ｃｍ^２より大きい。

【0065】

他の実施形態では、電解研磨は金属製物品の表面への流体流として適用される。そのような電解研磨技術は非水没電解研磨技術として公知であり、一般的に電解研磨電解質で浸漬される金属製物品の表面及び導通電極に適用され、且つ表面を横切って移動して導通電極の周りの表面を電解研磨する電解研磨電解質の流れを含む。そのような電解研磨技術は、導電ブラシ、スポンジ、パッド又は電解流体若しくは流体様材料を金属製物品に塗布する任意のデバイス若しくは材料を使用してもよい。

【0066】

この非水没方法では、金属製物品は電源の正極端子に接続されることによってアノードになる。好適な導通電極からなるカソードは、電源の負極端子に接続される。導通電極は、金属製物品の表面の選択された部分と係合するように構成される。したがって本発明の方法は、
金属製物品の表面を導通電極と接触させる工程
も含む。

【0067】

一部の実施形態では、導通電極は炭素繊維ブラシからなる。しかし、任意の好適な導体（例えば、銅等）が使用されてもよい。使用中、電解質が金属製物品の表面の選択された部分にフィードされ（典型的にリザーバから送り込まれる）、カソードの部分及び金属製物品の表面を浸漬し、したがって金属製物品の表面に電解研磨セルを形成する。電解研磨エリアを冷却するために冷却材が供給されてもよい。この電解研磨技術の例は、その内容がこの参照により本明細書に組み込まれるとみなされるべきである特許公開第ＷＯ２００９／１０５８０２号、ＡＵ２０１３２４２７９５Ａ１号及びＡＵ２０１７２０４３２８Ａ１号で教示される。

【0068】

非水没電解研磨又は表面仕上げでは、本発明の方法で使用される電流密度は５Ａ／ｃｍ^２より大きい、好ましくは１０Ａ／ｃｍ^２より大きい、より好ましくは２０Ａ／ｃｍ^２より大きい、更により好ましくは２２Ａ／ｃｍ^２より大きい、更により好ましくは２５Ａ／ｃｍ^２より大きい。一部の実施形態では、電流密度は５０Ａ／ｃｍ^２より大きく、好ましくは１００Ａ／ｃｍ^２より大きくてもよい。一部の実施形態では、電流密度は１２０Ａ／ｃｍ^２より大きく、好ましくは１５０Ａ／ｃｍ^２より大きくてもよい。

【0069】

本発明の方法は、金属製物品を加工して以下のことができる。
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。

【0070】

本発明の電解研磨方法の実施形態は、電流レジームに依存して金属製物品の電解研磨された表面にいくつかのクレーターを残す可能性があり、これはそのような表面が医療グレードでない可能性が高いことを示すことが理解されるべきである。しかし、そのような電解研磨された製品は、依然として多くの用途、例えばジェットエンジンの部品に使用することができる。他の実施形態は、０．０２Ｒａより平滑な結果を達成することができ、これらの製品は医療グレード用途に好適なものになる。

【0071】

ここで、本発明の特定の好ましい実施形態を例示する添付の図面の図を参照して本発明を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0072】

【図1】本発明の第１の実施形態による電解研磨方法を実行するために使用される電解研磨装置の概略図を示す。

【図2】本発明の第２の実施形態による電解研磨方法を実行するために使用される電解研磨装置の概略図を示す。

【図3】（Ａ）３Ｄ印刷プロセスから形成された、及び（Ｂ）本発明の一実施形態によって実行された電解研磨の適用後のコバルト－クロム合金試験片の表面の顕微鏡画像（１０ｘ拡大）を示す。

【図4】（Ａ）３Ｄ印刷プロセスから形成された（電解研磨前）、及び（Ｂ）本発明の一実施形態によって実行された電解研磨の適用後のステンレス鋼合金試験片の表面の顕微鏡画像（１５ｘ拡大）を示す。

【図5】（Ａ）形成された（電解研磨前）、及び（Ｂ）本発明の一実施形態によって実行された電解研磨の適用後のレーザー切削されたアルミニウム試験片の表面の顕微鏡画像（１０ｘ拡大）を示す。

【図6】（Ａ）３Ｄ印刷プロセスから形成された（電解研磨前）、及び（Ｂ）本発明の一実施形態によって実行された電解研磨の適用後のインコネル試験片の表面の顕微鏡画像（１０ｘ拡大）、並びに（Ｃ）電解研磨前（下）及び後（上）のインコネル試験片を比較する写真を示す。

【図7】本発明の第３の実施形態による電解研磨方法を実行するために使用される、炭素繊維電極ブラシを有する非水没電解研磨装置を示す。

【図8】（Ａ）３Ｄ印刷プロセスから形成された（電解研磨前）、及び（Ｂ）本発明の一実施形態によって実行された電解研磨の適用後のステンレス鋼試験片の表面の顕微鏡画像（２０ｘ拡大）を示す。

【図9】（Ａ）３Ｄ印刷プロセスから形成された（電解研磨前）、及び（Ｂ）本発明の一実施形態によって実行された電解研磨の適用後のチタン試験片の表面の顕微鏡画像（２０ｘ拡大）を示す。

【発明を実施するための形態】

【0073】

本発明は、製造された金属製物品、特に保護酸化皮膜を有する金属及び金属合金から形成されたものに使用するための急速な、高品質の、安全な定量的仕上げ方法を提供する電解研磨方法を提供する。電解研磨方法が使用されてもよい金属及び金属合金の例として、ステンレス鋼、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、コバルト－クロム－モリブデン合金等のクロムベースの金属製合金、更にチタン、チタン合金、ニチノール等のニッケル合金、アルミニウム又はアルミニウム合金が挙げられる。

【0074】

保護酸化皮膜を有する金属及び金属合金の電解研磨は、酸化皮膜が通常の電解研磨プロセスを阻害する可能性があるため困難な場合がある。例えば、クロムベースの金属製合金は保護クロム酸化層を有し、アルミニウム及びアルミニウムベースの合金は保護アルミニウム酸化外層を有し、チタン及びチタンベースの合金は保護チタン酸化外層を有する。本発明の方法は、これらの材料を電解研磨する場合に、その層の有害な影響を克服することを支援する。

【0075】

本発明はまた、３Ｄ印刷（付加製造）、溶断、はつり、粗粒ブラスト処理等の工学的生産方法によって生産された、製造された金属製物品の表面仕上げを改善することに関する。本発明は、付加製造が粗い仕上げをもたらすためこの手順に特に好適であり、また本発明は、この製造方法によって生成されうる広範な幾何形状に対処することができる。

【0076】

金属を３Ｄ印刷する場合、表面は常に粗く、通常８～２０の平均粗さ（Ｒａ）である。ジェットエンジンを含むほとんどの産業用途及びインプラント等の医療用途では、印刷品は使用可能になるまで研磨されなければならない。従来の研磨の仕上げ方法は時間がかかり手動であるため、誤差が生じやすく極めて高価である。現行の研磨時間は、手作業を使用して典型的に１時間を超える。

【0077】

本発明の電解研磨方法を使用して、１０分未満、一部の場合では３分未満に、８～２０μｍＲａの典型的粗さから２μｍＲａの粗さまでの平滑な仕上げをもたらすことができる。本発明の電解研磨方法は、これらの種類及び他の種類の金属製物品を急速に研磨し、平均表面粗さを低減させ、好ましくは不均質な質感を有さない及び／又はより低い平均表面粗さ値を示す表面仕上げをもたらすことができる。

【0078】

本発明の電解研磨方法を実施するのに好適な、典型的な電解研磨装置１００の概略図が図１に示される。示される電解研磨装置１００は、電解研磨電解質１４０を保持するように構成された電解質リザーバ１２０を有する電解セル１１０を含む。電解研磨装置１００は、所望の電流波形（ＤＣ、ＤＣパルス又は可変周波数ＡＣ）を短パルスで送達することができるインバータ電源１３０を更に含む。インバータ電源１３０は、コンピュータ制御器１３５によって制御される。

【0079】

金属製物品１８０は、インバータ電源１３０の正極端子に電気接続され、一方でインバータ電源１３０の負極端子は、電解質１４０を含有する容器を更に備えるカソード１９０に接続される。他の実施形態では、カソード１９０は別個の導電性物品であってもよいことが理解されるべきである。好適な導電性材料として、グラファイト、グラフェン、炭素繊維等の炭素ベースの材料が挙げられ、カソード１９０のための金属製／金属材料として、ステンレス鋼、鉛、銅又は良好な導電性及び耐食性を示す任意の他の材料が挙げられる。金属製物品１８０は、リザーバ１２０内で電解質１４０中に吊下され、電解研磨電解質１４０と完全な電気回路を形成する。

【0080】

図示されないが、電解研磨装置１１０は、電解研磨電解質１４０を撹拌／混合し、金属製物品１８０及びカソード１９０の周囲での電解質１４０の均一な分布を保証するための混合デバイス、例えば混合ロータも含んでもよい。

【0081】

コンピュータ制御インバータ電源１３０は、電流及び金属製物品１８０とカソード１９０の間の電圧差を印加するために使用される。コンピュータ１３５は、特定の金属製物品１８０及び構成材料が研磨されるのに最適になるように事前に決定された電圧／電流及び周波数の範囲を含む印加電流レジームにより、インバータ１３０（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。

【0082】

本発明の電解研磨方法を実施するのに好適な電解研磨装置２００の代替的な概略図が図２に示される。示される電解研磨装置２００は、電解研磨電解質２４０を保持するように構成されたガラス容器（又は他の好適な材料）を含む電解質リザーバ２２０を有する電解セル２１０、及び所望の電流波形（ＤＣ、ＤＣパルス又は可変周波数ＡＣ）を短パルスで送達することができるインバータ電源２３０を更に含む。インバータ電源２３０は、コンピュータ制御器２３５によって制御される。

【0083】

金属製物品２８０は、インバータ電源２３０の正極端子に電気接続され、一方でインバータ電源２３０の負極端子は、この場合電解質２４０中に同様に浸漬された、選択された金属製物品からなるカソード２９０に接続される。ここでも、カソード２９０のための好適な金属材料としてステンレス鋼、鉛、銅又は良好な導電性及び耐食性を示す任意の他の金属若しくは導電性材料が挙げられる。金属製物品２８０は、リザーバ２２０内で電解質２４０中に吊下され、電解研磨電解質２４０と完全な電気回路を形成する。この形態の電解研磨装置２００は、電解研磨電解質２４０を撹拌／混合し、金属製物品２８０及びカソード２９０の周囲での電解質２４０の均一な分布を保証するための任意選択の混合ロータ２９５を含む。

【0084】

電解研磨は、電解研磨装置１００又は２００の電解研磨電解質１４０、２４０によって－２５℃～２００℃、好ましくは０～１５０℃の範囲の温度で実行される。実施形態では、電解研磨電解質１４０、２４０は、約５０℃～１００℃、好ましくは６０℃～９０℃の温度に保持される。電解研磨装置１００、２００は、組み合わされた温度プローブ／加熱及び冷却ユニット（図示せず）も含んでもよく、これは電解研磨電解質１４０、２４０の温度をモニタリング及び制御するためのコンピュータ制御器１３５、２３５又は別個の制御器（図示せず）に取り付けられてもよい。

【0085】

各実施形態では、電流及び金属製物品１８０、２８０とカソード１９０、２９０の間の電圧差を印加するためにコンピュータ制御電力インバータ１３０、２３０が使用される。コンピュータ１３５、２３５は、特定の金属製物品１８０、２８０及び構成材料（金属又は金属合金）が研磨されるのに最適になるように事前に決定された電圧／電流及び周波数の範囲を含む印加電流レジームによってインバータ電源１３０、２３０（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。

【0086】

印加電流レジームは、概して以下の工程：
（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／ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

【0087】

いずれか１つの理論に限定されることを望むものではないが、本発明者は、レジームの開始時は材料の除去速度が高いと考えている。１分未満で、処理される材料の表面に拡散層が素早く形成される。拡散層は、絶縁体又は抵抗負荷と同様に作用するように思われる。この拡散層は材料除去のスピードを顕著に低減させ、除去されない場合、プロセスのスピードは顕著に低下する。周波数、電流密度（電流）又は電圧のうちの少なくとも１つの変化によって拡散層が破壊され、材料除去の速いスピードが再確立される。高速の電流密度（電流）の変化、電圧の変化又は周波数の変化によって高速の拡散層の破壊が持続し、したがってプロセスが非常に高速の材料除去を持続することが可能になる。

【0088】

電流（電流密度）の変化は、上述の理由から必然的ではないが通常は電流の低減である。周波数の変化は増加又は減少のいずれかでありうる。波形の周波数の変化は、拡散層の破壊がレジーム間の周波数の変化のみを必要とするという点で、拡散層の破壊に重要である。これは増加又は減少してもよい。

【0089】

したがって、高速の電流（電流密度）の変化、及び周波数の増加又は減少のいずれかの周波数の変化は、はるかに速い表面仕上げプロセスを可能にする。高速の電流又は波形周波数の変化が生じる場合、全体的な表面仕上げスピードの増加は１０倍程度速い。

【0090】

金属製物品１８０に緩く接着された及び／又は部分的に結合された材料を除去できる大きい最大電圧及び電流密度をもたらすために、任意選択の初期パルスが使用されてもよい。パルスは、短い時間枠にわたって印加されることが意図される。したがって、初期パルスの最大電圧及び電流密度は、好ましくは少なくとも１つの電解研磨レジームのそれぞれの最大電圧及び電流密度より大きい。

【0091】

単一の電解研磨レジームを使用することができるが、複数の電解研磨レジームにより改善された表面仕上げが達成されることに留意されたい。電解研磨レジームは、好ましくは強度を減少させながら漸進的に金属製物品１８０、２８０を電解研磨するように設計される。単一の印加電流レジームが使用されてもよいが、少なくとも２つの電解研磨レジームを有することが典型的であり、各連続電解研磨レジームは、好ましくは先の電解研磨レジームより全体的に低い最大電圧又は電流密度を有する。これに関して、最大電圧及び電流密度は、下向きの傾斜パターンでの全体的な低下に関連して全般的に低下する。個々の電解研磨レジームはそのパターンとは異なり、より高い成分を有してもよいことが理解されるべきである。複数の電解研磨レジームが使用される場合、初期の電解研磨レジームは、好ましくは高い最大電圧／電流を有し、大量の材料を素早く除去する。これにより、非常に粗い材料の表面粗さが適度に平滑な粗さまで非常に素早く低減される。最大電圧／電流は、より一層微細な結果を得るために後続のレジームで低減されてもよい。したがって、最適な表面仕上げプロセスは、より一層平滑な微細な仕上げのために、最初は高くその後減少する電圧／電流を有する一連のレジームである。

【0092】

各連続電解研磨レジームは、好ましくは先の電解研磨レジームと異なる周波数を伴って印加される。しかし、一部の場合では、１つ以上の連続電解研磨レジームが先の電解研磨レジームと同じ周波数を伴って印加されてもよいことが理解されるべきである。

【0093】

各電解研磨レジームには、任意選択で、電流密度が先の電解研磨レジームの電流密度と比較して低下する冷却レジームが続いてもよい。低下された電流密度は、先の電解研磨レジームの電流密度の０．５倍以下、０．４倍以下、０．３倍以下、０．２倍以下又は更には０．１倍以下であってもよい。一部の実施形態では、電流密度は、ゼロ（又はゼロに近い）電流密度／印加電流まで低下される。冷却レジームは、１つのみの電解研磨レジーム、多数の電解研磨レジーム、又は一部の場合では各電解研磨レジームに続いてもよい。冷却レジームは、任意の好適な時間枠、例えば０．５～５秒間印加されてもよい。冷却レジームは、先の電解研磨レジームと比較して低減された電流密度、及びしたがって低減された印加電流を有し、金属製物品及びカソードを冷却させる。

【0094】

電圧の整形波形は、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であってもよい。一部の実施形態では、整形波形電流は、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。先の例では方形波形が使用されるが、他の波形も同様に使用できることが理解されるべきである。

【0095】

すべての電解研磨レジームの合計継続時間は、好ましくは１０分未満、より好ましくは５分未満、可能な場合２分未満である。しかし、合計時間は全般的に、材料の種類及び他の条件に依存する。これを達成するために、各電解研磨レジームは１０～６０秒、好ましくは１０～３０秒、より好ましくは１０～２０秒、更により好ましくは１０～１５秒の継続時間にわたって印加されてもよい。

【0096】

正確な印加電流レジームは、各特定の金属又は合金組成及び構成に合わせて調整される。

【0097】

上述のように、本発明者は、使用される場合初期の高パルス電流／電流密度により、部分的に結合された材料が除去されると考えている。加工物表面上の突起（山部）が「微小谷部」の材料よりはるかに速く溶解されるため、これは電解研磨にとって有利である。そのような選択的な溶解は、山部と谷部の電位の異なる値によって生じる。アノード接続された金属製物品の正電荷は、電流密度が平均より高い山部で濃縮され、これが山部の選択的溶解を引き起こし、表面を平滑化する。したがって、任意の部分的に結合された材料の除去は、平滑な表面の生成の一助になる。

【0098】

１つ又は複数の電解研磨レジームの周波数、電流（電流密度）及び電圧の変化（段階的変化）のシーケンスは、部品を電解研磨して均一な、平滑な且つ光沢がある研磨された表面を生じるように選択される。本発明の電解研磨方法は、初期の表面の性質に起因していくつかのクレーターを残す可能性があることが理解されるべきである。しかし、電解研磨レジームは、加工スピードを改善し、６０秒以下で粗面（約１０Ｒａ）を２Ｒａ未満の表面粗さにするように選択される。予想される除去速度（電流）はフィードバックデータによって変動するが、除去速度は最大１．０μｍ／分～５０μｍ／分、好ましくは２～３０μｍ／分であると予想される。

【0099】

所与の電解研磨電解質に関して、金属製物品から除去される金属の分量は、印加される電流の量及び時間に比例する。金属製物品の幾何形状等の他の要因が電流の分布に影響を及ぼし、結果として局所的エリアで除去される金属の量に重大な影響を及ぼす。

【0100】

電解研磨電解質１４０、２４０は、好ましくは典型的に水又はＣ１～Ｃ４アルコールで希釈された８５％濃度のリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）ベースの溶液を含む。しかし、電解研磨電解質１４０、２４０は、他の成分を含んでもよい。例えば、一部の実施形態では、電解研磨電解質１４０、２４０は、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）を硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、塩酸（ＨＣｌ）又はそれらの組合せ及び水又はＣ_１～Ｃ_４アルコールのうちの１種との組合せで含む。他の電解研磨電解質組成物も可能である。

【0101】

複数の金属製物品１８０、２８０（部品）が同じ電解セル１１０、２１０に配置されてもよく、それにより本発明の方法がスケーラブルで費用対効果の高いものになる。制御システムが所望の出力電流を達成するために複数のインバータパワーバンクを並行して運転することができるため、部品サイズ（金属製物品１８０のサイズ）もまたスケーラブルである。本発明の方法及びシステムは、ゴルフボールのサイズの部品を１０Ｒａの開始表面粗さから２Ｒａ未満まで、且つ電解リザーバ１２０、２２０（浴）及びインバータ電源１３０、２３０を大型化することにより、車のサイズの部品を電解研磨するように同様に構成されてもよい。

【0102】

上記の電解研磨方法は、金属製物品が電解研磨電解質に浸漬される従来の電解研磨セル、又は非浸漬技術、例えばブラシ印加電解研磨技術で実行されるように教示される。

【0103】

他の実施形態（図示せず）では、電解研磨は金属製物品の表面への流体流として適用される。そのような電解研磨技術は非水没電解研磨技術として公知であり、一般的に電解研磨電解質で浸漬される金属製物品の表面及び導通電極に適用され、且つ表面を横切って移動して導通電極の周りの表面を電解研磨する電解研磨電解質の流れを含む。

【0104】

この非水没方法では、金属製物品は電源の正極端子に接続されることによってアノードになる。好適な導通電極からなるカソードは、電源の負極端子に接続される。導通電極は、金属製物品の表面の選択された部分と係合するように構成される。一部の実施形態では、導通電極は炭素繊維ブラシからなる。しかし、任意の好適な導体（例えば、銅等の金属）が使用されてもよい。使用中、電解質がリザーバから金属製物品の表面の選択された部分に送り込まれ、カソードの部分及び金属製物品の表面を浸漬し、したがって金属製物品の表面に電解研磨セルを形成する。電解研磨エリアを冷却するために冷却材が供給されてもよい。ここでも、この電解研磨技術の例は、その内容がこの参照により本明細書に組み込まれるとみなされるべきである特許公開第ＷＯ２００９／１０５８０２号、ＡＵ２０１３２４２７９５Ａ１号及びＡＵ２０１７２０４３２８Ａ１号で教示される。

【0105】

本発明の電解研磨方法は、金属製物品、特に保護酸化皮膜を有する金属又は金属合金を研磨するために開発された。電解研磨方法が使用されてもよい金属又は金属合金の例として、ステンレス鋼、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、コバルト－クロム－モリブデン合金等のクロムベースの金属製合金、更にチタン、チタン合金、ニチノール等のニッケル合金、アルミニウム又はアルミニウム合金が挙げられる。

【0106】

本発明の方法を使用して電解研磨されてもよいクロム含有金属合金の１つの例は、コバルト－クロム合金である。ステンレス鋼同様、表面の外側の十分なクロム含有量の存在により、表面が不動態化する。Ｃｏ－Ｃｒ合金は、強度及び靭性、鋳造性、耐食性及び耐摩耗性等の優れた機械的特性を示す。特に、Ｃｏ－Ｃｒ合金は優れた耐摩耗性を有し、したがって人工関節の摺動部分に使用される。

【0107】

Ｃｏ－Ｃｒ合金は、クロムとコバルトの含有量が名目上同等であり、それによりＣｏ－Ｃｒ状態図の中央にある合金が生じる。Ｃｏ－Ｃｒ及びＣｏ－Ｃｒの合金は、典型的にクロムとコバルトの両方が他の結晶の置換欠陥として位置を取る六方最密充填（ＨＣＰ）結晶構造を有する。一部の実施形態では、Ｃｏ－Ｃｒ合金は、モリブデン及びニッケル合金元素を更に含む。Ｃｏ－Ｃｒ－Ｍｏ合金はまた、その高い耐食性のために永久インプラントに対する良好な選択肢である。これらの更なる合金元素は、合金を強化し、鋳造合金形態の機械加工能力を低減させる他の置換欠陥を生じる。Ｃｏ－Ｃｒ合金は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃ、Ｔｉ、Ｓ、Ｐ、Ｎ及びＷ等の更なる副合金元素（１ｗｔ％未満）を含んでもよい。Ｔａｂｌｅ １（表１）は、本発明の方法を使用して電解研磨されてもよい生体適合性のＣｏ－Ｃｒ複合体の非限定的な例を示す。

【0108】

【表1】

【0109】

他の実施形態では、本発明の電解研磨方法は、ニッケル－クロム合金、例えばインコネルから形成される金属製物品を電解研磨するために使用されてもよい。インコネルは、オーステナイト系ニッケル－クロムベースの超合金のファミリーである。インコネル合金は、圧力及び熱に供される過酷な環境で作用するのに良く適した耐酸化耐食材料である。加熱された場合、インコネルは、更なる攻撃から表面を保護する厚く安定した不動態化酸化物層を形成する。

【0110】

インコネル合金は組成が大幅に変動するが、すべて主にニッケルであり、第２元素としてクロムを含む。

【0111】

【表2】

【0112】

本発明の電解研磨方法を使用して研磨される３Ｄ印刷部品は、産業において重要な役割を果たす。ステンレス鋼及びアルミニウムは、汎用製造に関与する。インコネルはジェットエンジンに使用される。コバルト－クロムは歯科医術に使用され、チタンは生物医学的用途に使用される。

【0113】

上記の利点に加え、本発明による電解研磨は、これらに限定されないが
・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。

【実施例】

【0114】

（実施例１）
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３．２ｃｍ^２、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％Ｈ_３ＰＯ_４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。

【0115】

次に、電力レジーム（Ｔａｂｌｅ ３（表３）で以下に特定される）をコンピュータ制御電力インバータを使用して浴に印加した。コンピュータは、研磨される部品及び材料に最適になるように事前に決定された電圧／電流（電流密度）及び周波数の範囲を通してインバータ（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。電圧波形は、最小電圧がゼロに近く、最大電圧が表に要約される通りである方形波形である。

【0116】

【表3】

【0117】

Ｔａｂｌｅ ３（表３）に示されるように、電流は取扱い可能な最大限界から開始し、試験片の表面から部分的に結合された材料を除去する。次に、周波数及び電圧及び電流をコンピュータプログラムによって段階的に変化させ、これにより試験片周囲の拡散層を破壊する。最良の微細な仕上げを達成するために、電流をコンピュータプログラムによってプロセスの終了に向けて段階的に下げる。標的表面粗さの平均は２ミクロン以下であり、したがってこの標的が満たされる時間の長さでプログラムを開発した。

【0118】

各プログラム時間について、周波数、電圧及び電流を記録する。

【0119】

各材料について、水没前後に表面粗さ平均（Ｒａ）をミクロン単位で測定して計算した。平均Ｒａは、処理される表面の１０回の個々のラインスキャンによって取得する。次に、ミクロン単位で測定されるプロセス前の平均表面粗さ（Ｒａ）をプロセス後の平均と比較する。

【0120】

改善されたスピードは、６０秒で粗面（約１０μｍＲａ）が２μｍＲａ未満の表面粗さになる結果を依然として維持する。予想される除去速度（電流）は、フィードバックデータによって変動する。

【0121】

電解研磨実行の結果を、前（図３Ａ）及び後（図３Ｂ）の顕微鏡画像を示す図３に示す。表面仕上げの相対的変化は、試料の前方及び後方の無作為の箇所からＳｔａｒｒｅｔｔ ｓｒ１００表面粗さ計を使用して取得した１０回のラインスキャン及びそのデータから導出された平均を使用して決定した。これらの測定の結果をＴａｂｌｅ ４（表４）に示す。

【0122】

【表4】

【0123】

これらにより、以下の結果が示された：
・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。

【0124】

これらは、平均表面粗さが６０秒で初期の粗面（約１０μｍＲａ）から２μｍＲａ未満の表面粗さに減少することを示す。見ることができるように、図３Ａに図示される鋭利な領域が腐食除去され、図３Ｂに示される試料に実質的に平坦で欠陥のない表面が残される。更に図３Ｂは、電解研磨プロセスによって材料の表面にいくつかのクレーターが残されたことを示す。したがって、生成される表面仕上げは医療グレードでないが、依然として多くの他の用途、例えばジェットエンジン部品、航空機用途又は類似のものに使用可能である。

【0125】

（実施例２）
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３．２ｃｍ^２、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％Ｈ_３ＰＯ_４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。

【0126】

次に、電力レジーム（Ｔａｂｌｅ ５（表５）で以下に特定される）をコンピュータ制御電力インバータを使用して浴に印加した。コンピュータは、研磨される部品及び材料に最適になるように事前に決定された電圧／電流（電流密度）及び周波数の範囲を通してインバータ（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。周波数は１００～１０００００ヘルツ（Ｈｚ）、電圧は０～１００ボルト（ｖ）及び電流は０～５０アンペアの範囲であった。プログラムは合計２９６秒実行され、５３の異なるレジームを含んだ。電圧波形は、最小電圧がゼロに近く、最大電圧がＴａｂｌｅ ５（表５）に要約される通りである方形波形である。

【0127】

【表5】

【0128】

周波数、電圧及び電流の変化は、仕上げのスピード及び品質に重要である。改善されたスピードは、３００秒未満で粗面（約１０μｍＲａ）が２μｍＲａ未満の表面粗さになる結果を依然として維持する。

【0129】

電解研磨実行の結果を、前（図４Ａ）及び後（図４Ｂ）の顕微鏡画像を示す図４に示す。表面仕上げの相対的変化は、試料の前方及び後方の無作為の箇所からＴｉｍｅ ＲＴＤ－３００表面粗さ計を使用して取得した１０回のラインスキャン及びそのデータから導出された平均を使用して決定した。これらの測定の結果をＴａｂｌｅ ６（表６）に示す。

【0130】

【表6】

【0131】

これらにより、以下の結果が示された：
・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。

【0132】

これらは、平均表面粗さが３００秒未満で初期の粗面（約１０μｍＲａ）から２μｍＲａ未満の表面粗さに減少することを示す。ＳＳ１７の電解研磨により、試料に極めて平滑で微細な仕上げがもたらされた。高く粗い部分は取り除かれ、穴は取り除かれなかった。

【0133】

（実施例３）
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３．２ｃｍ^２、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％Ｈ_３ＰＯ_４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。

【0134】

次に、電力レジーム（Ｔａｂｌｅ ７（表７）で以下に特定される）をコンピュータ制御電力インバータを使用して浴に印加した。コンピュータは、研磨される部品及び材料に最適になるように事前に決定された電圧／電流（電流密度）及び周波数の範囲を通してインバータ（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。合計時間が１３０秒の１２のレジームが行われた。周波数は２２０００～１０００００Ｈｚ、電圧は２６～４９Ｖ及び電流は６～２４Ａの範囲であった。電圧波形は、最小電圧がゼロに近く、最大電圧が表に要約される通りである方形波形である。

【0135】

【表7】

【0136】

ここでも、周波数、電圧及び電流の変化は仕上げのスピード及び品質に重要である。

【0137】

電解研磨実行の結果を、前（図５Ａ）及び後（図５Ｂ）の顕微鏡画像を示す図５に示す。表面仕上げの相対的変化は、試料の前方及び後方の無作為の箇所からＴｉｍｅ ＲＴＤ－３００表面粗さ計を使用して取得した１０回のラインスキャン及びそのデータから導出された平均を使用して決定した。これらの測定の結果をＴａｂｌｅ ８（表８）に示す。

【0138】

【表8】

【0139】

これらにより、以下の結果が示された：
・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。

【0140】

ここでも、電解研磨により、試料に極めて平滑で微細な仕上げがもたらされた。

【0141】

（実施例４）
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３．２ｃｍ^２、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％Ｈ_３ＰＯ_４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。

【0142】

次に、電力レジーム（Ｔａｂｌｅ ９（表９）で以下に特定される）をコンピュータ制御電力インバータを使用して浴に印加した。コンピュータは、研磨される部品及び材料に最適になるように事前に決定された電圧／電流（電流密度）及び周波数の範囲を通してインバータ（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。合計時間が２３５秒の１６のプログラムが行われた。周波数は２２～１００ｋＨｚ、電圧は８～３１Ｖ及び電流は６～３５Ａの範囲であった。電圧波形は、最小電圧がゼロに近く、最大電圧が表に要約される通りである方形波形である。

【0143】

【表9】

【0144】

ここでも、周波数、電圧及び電流の変化は仕上げのスピード及び品質に重要である。

【0145】

電解研磨実行の結果を、前（図６Ａ）及び後（図６Ｂ）の顕微鏡画像を示す図６に示す。表面仕上げの相対的変化は、試料の前方及び後方の無作為の箇所からＴｉｍｅ ＲＴＤ－３００表面粗さ計を使用して取得した１０回のラインスキャン及びそのデータから導出された平均を使用して決定した。これらの測定の結果をＴａｂｌｅ １０（表１０）に示す。

【0146】

【表10】

【0147】

これらにより、以下の結果が示された：
・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。

【0148】

ここでも、電解研磨により、試料に極めて平滑で微細な仕上げがもたらされた。

【0149】

（実施例５）
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３．２ｃｍ^２、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１ｃｍ^２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。

【0150】

８５％Ｈ_３ＰＯ_４水溶液の電解質をブラシによって供給し、電解研磨のためにインコネル試験片に塗布した。先の実施例にあるように、電力源はピーク電圧、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に接続されるように改変され（図示せず）、更にインコネル試験片に接続された。

【0151】

次に、電力レジーム（Ｔａｂｌｅ １１（表１１）で以下に特定される）をコンピュータ制御電力インバータを使用して炭素繊維ブラシカソードに印加した。コンピュータは、研磨される部品及び材料に最適になるように事前に決定された電圧／電流（電流密度）及び周波数の範囲を通してインバータ（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。合計時間が２３５秒の１６のプログラムが行われた。周波数は２２～１００ｋＨｚ、電圧は８～３１Ｖ及び電流は６～３５Ａの範囲であった。電圧波形は、最小電圧がゼロに近く、最大電圧が表に要約される通りである方形波形である。

【0152】

【表11】

【0153】

ここでも、周波数、電圧及び電流の変化は仕上げのスピード及び品質に重要である。

【0154】

電解研磨実行の結果をＴａｂｌｅ １２（表１２）に示す。

【0155】

【表12】

【0156】

これらにより、以下の結果が示された：
・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。

【0157】

ここでも、電解研磨により、試料に極めて平滑で微細な仕上げがもたらされた。更に、結果は実施例４で詳述された浸漬方法と同様である。

【0158】

（実施例６）
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３．２ｃｍ^２、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１ｃｍ^２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。

【0159】

８５％Ｈ_３ＰＯ_４水溶液の電解質をブラシによって供給し、電解研磨のためにステンレス鋼試験片に塗布した。先の実施例にあるように、電力源はピーク電圧、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に接続されるように改変され（図示せず）、更にステンレス鋼試験片に接続された。

【0160】

次に、電力レジーム（Ｔａｂｌｅ １２（表１３）で以下に特定される）をコンピュータ制御電力インバータを使用して炭素繊維ブラシカソードに印加した。コンピュータは、研磨される部品及び材料に最適になるように事前に決定された電圧／電流（電流密度）及び周波数の範囲を通してインバータ（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。合計時間が７４秒（電気研磨時間６０秒）の２９のプログラムが行われた。周波数は２０～２００ｋＨｚ、電圧は４～２０Ｖ及び電流は３０～８０Ａの範囲であった。電圧波形は、最小電圧がゼロに近く、最大電圧が表に要約される通りである方形波形である。

【0161】

【表13】

【0162】

周波数、電圧及び電流の変化は仕上げのスピード及び品質に重要である。この特定の炭素繊維ブラシカソードの実行では、金属製ピースを冷却させるために、各電解研磨レジームの間でゼロ電流が印加される冷却工程が使用される。冷却時間は金属製加工品を冷却することを目的とするが、ブラシ電極を冷却することによるわずかな利益も生じる。このオフ時間により、この形態の電解研磨装置の有効性が支援される。結果に示されるように、Ｔａｂｌｅ １２（表１３）の電力レジームは、最終的な表面粗さを達成するために４回の連続実行で印加された。

【0163】

表面仕上げの相対的変化は、試料の研磨された側面の無作為の箇所からＴｉｍｅ ＲＴＤ－３００表面粗さ計を使用して取得した１０回のラインスキャン及びそのデータから導出された平均を使用して決定した。これらの測定の結果をＴａｂｌｅ １３（表１４）に示す。

【0164】

【表14】

【0165】

これらは、平均表面粗さが初期の粗面（１３．９５μｍＲａ）から２μｍＲａ未満の表面に減少することを示す。試験片ＳＳ５の電解研磨により、試料に極めて平滑で微細な仕上げがもたらされた。

【0166】

（実施例７）
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３．２ｃｍ^２、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１ｃｍ^２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。

【0167】

８５％Ｈ_３ＰＯ_４水溶液の電解質をブラシによって供給し、電解研磨のためにチタン試験片に塗布した。先の実施例にあるように、電力源はピーク電圧、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に接続されるように改変され（図示せず）、更にチタン試験片に接続された。

【0168】

次に、電力レジーム（Ｔａｂｌｅ １４（表１５）で以下に特定される）をコンピュータ制御電力インバータを使用して炭素繊維ブラシカソードに印加した。コンピュータは、研磨される部品及び材料に最適になるように事前に決定された電圧／電流（電流密度）及び周波数の範囲を通してインバータ（電力源）を段階的に変化させるプログラムを実行する。合計時間が９３秒（そのうち６０秒が電解研磨）の２３のプログラム（レジーム２～２４）が行われた。周波数は２０～２００ｋＨｚ、電圧は８～１１Ｖ及び電流は３０～６０Ａの範囲であった。電圧波形は、最小電圧がゼロに近く、最大電圧が表に要約される通りである方形波形である。

【0169】

【表15】

【0170】

周波数、電圧及び電流の変化は仕上げのスピード及び品質に重要である。この特定の炭素繊維ブラシカソードの実行では、金属製加工品を冷却させるために、各電解研磨レジームの間でゼロ電流が印加される冷却工程が使用されるが、ブラシ電極を冷却することによるわずかな利益も生じる。このオフ時間により、この形態の電解研磨装置の有効性が支援される。結果に示されるように、Ｔａｂｌｅ １４（表１５）の電力レジームは、最終的な表面粗さを達成するために４回の連続実行で印加された。

【0171】

表面仕上げの相対的変化は、試料の研磨された側面の無作為の箇所からＴｉｍｅ ＲＴＤ－３００表面粗さ計を使用して取得した１０回のラインスキャン及びそのデータから導出された平均を使用して決定した。これらの測定の結果をＴａｂｌｅ １５（表１６）に示す。

【0172】

【表16】

【0173】

これらは、平均表面粗さが初期の粗面（１０．２８μｍＲａ）から４．１５μｍＲａの表面に減少することを示す。Ｔｉ ＡＭＳの電解研磨により、試料に平滑な仕上げがもたらされた。
結論

【0174】

上記の実施例のそれぞれの結果は、高電流、高周波数及び段階的に変化する電力システムによって３Ｄ印刷物品の急速な電解研磨が全体的に増強されることを示す。これにより、平滑な仕上げを有する３Ｄ印刷物品が生じる。パラメータを改良するために更なる研究が必要である。

【0175】

結果は全体として、適切な場合は超高電流を使用して、一部の場合では部分的に結合された材料と基材材料の間の接着点を溶融する又は別様に切断することにより、部分的に結合された材料を除去できることを実証する。高い電圧／電流を使用して材料を急速に除去することができるが、長時間の印加は表面にへこみ及びストリークを残す可能性がある。理想的なプログラムは、超高電流の後に高電流密度を実行する。その後、電流密度が減少して微細な仕上げが可能になる。部品周囲の拡散層は、周波数及び電圧を段階的に変化させる（上げる又は下げる）ことによって撹乱される。１つの電圧が秒単位（一般的に１５秒未満）の短い時間枠で良好に作用し、その後プロセスは減速する。

【0176】

チタン及びアルミニウム等の強い酸化物層を有する材料は、より高い周波数を使用することによってより速いスピード及びより低い電圧で崩壊する。

【0177】

当業者は、本明細書に記載される本発明は、明確に記載されたもの以外の変形及び改変が可能であることを理解する。本発明は、本発明の精神及び範囲内に入るすべてのそのような変形及び改変を包含することが理解される。

【0178】

「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んだ（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が本明細書（特許請求の範囲を含む）で使用される場合、述べられた特徴、整数、工程又は成分の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、成分又はその群の存在を除外しないと解釈される。

【符号の説明】

【0179】

１００、２００ 電解研磨装置
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

【図1】

【図2】

【図3(A)】

【図3(B)】

【図4(A)】

【図4(B)】

【図5(A)】

【図5(B)】

【図6(A)】

【図6(B)】

【図6(C)】

【図7】

【図8(A)】

【図8(B)】

【図9(A)】

【図9(B)】