CN103046053B

CN103046053B - 高温氧化不锈钢的化学抛光方法

Info

Publication number: CN103046053B
Application number: CN201210378061.2A
Authority: CN
Inventors: 祝捷; 颜宝锋; 闫旭; 姜鹏涛; 王海震
Original assignee: No213 Research Institute Of China North Industries Group Corp
Current assignee: No213 Research Institute Of China North Industries Group Corp
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: CN103046053A

Abstract

本发明公开了一种高温氧化不锈钢的化学抛光方法，属于不锈钢零件表面处理领域。该方法是以磷酸、硫酸、硝酸为主，辅以添加剂聚乙二醇、磺基水杨酸、烟酸配成化学抛光液，引入超声波清洗仪参与到化学抛光过程中，从而利用超声波在抛光液中产生的空化作用，能够在短时间内光饰不锈钢零件表面。本发明提供的化学抛光方法抛光效率高、污染小、可操控性强，抛光后的零件表面光亮洁白，均匀细致，该方法还特别适合于具有精密螺纹、高精度尺寸、深孔、盲孔、超细孔及结构复杂的不锈钢零件的抛光处理。

Description

高温氧化不锈钢的化学抛光方法

技术领域

本发明属于金属零部件表面处理技术领域，主要涉及不锈钢表面的化学抛光方法，尤其涉及一种经高温氧化后带有高温氧化皮不锈钢零部件的表面化学抛光方法。

背景技术

随着我国军工及高科技产业的发展和人民生活水平的不断提高，以不锈钢作为材料的零部件广泛使用在航天、航空、兵器、核电等重点行业及日常生活中，成为使用量最广泛的材料之一。不锈钢零部件在制造生产过程中，某些产品加工需要经过热处理、焊接、玻璃-不锈钢封接等热加工工序，经高温处理后的零件表面会形成一层灰褐色的致密氧化层，严重影响到产品的外观和使用性能。据相关资料介绍，不锈钢的高温氧化层主要成份由FeO、Cr₂O₃、NiO、FeO·Cr₂O₃等复杂的混合氧化物构成，这种氧化层致密且钝性极高，采用普通酸洗方法是不能将其去除的，特别是军工及高新产业中使用的不锈钢零部件，往往尺寸精度要求高，同时还经常带有精密螺纹、深孔、盲孔、超细孔等结构特征，这给去除氧化层及抛光零件表面带来了很大的难度并对化学抛光工艺提出了更高的要求。

不锈钢化学抛光工艺是目前使用较多的金属表面抛光方法，其主要步骤包括除油、去除氧化皮、化学抛光、清洗，其中化学抛光是其关键步骤。化学抛光液由盐酸、硝酸或其两者的混合酸与水、有机添加剂按一定比例混合而成，化学抛光过程是把溶液加热并保温至70～90℃，将已进行除油和去氧化皮步骤的待抛光零件放入溶液浸泡并不断抖动零件，时间为3～5min，随后取出零件清洗。然而传统化学抛光工艺带来的问题有三个方面，在操作方法上，传统抛光过程需要工人不断翻动(抖动)零件来避免零件受热不均，零件与零件之间需要预留一定间隙，这就使抛光装载量小，相关研究资料介绍抛光装载量一般小于1dm²/L，因此抛光过程中工人工作量繁重，生产效率低下，还要时刻忍受着抛光液溢出的酸雾对身体的伤害。除此之外，对于具有深孔、盲孔、超细孔及结构复杂的不锈钢件这种操作也不适用，翻动(抖动)零件无法使这些部位的溶液达到有效循环，使局部溶液温度、浓度过低，影响了这类零件的抛光效果。在工艺参数控制上，传统抛光方法工艺控制复杂，工艺参数可控范围窄，抛光时往往需要考虑零件形状、大小、装载量等因素，需要根据具体情况在工艺范围内找到一个合适的温度和时间点，稍有偏差就可能发生过腐蚀或抛光不均匀的现象，最终影响到产品的性能和外观质量。尤其对于有精密螺纹、高精度尺寸的不锈钢零件更需要精确控制抛光参数，为此才能达到较好的抛光效果。此外，采用传统不锈钢化学抛光方法时，一旦抛光液中的Fe²⁺浓度累积大于8g/L，就必须报废原抛光液而重新配制新的抛光液，因此，传统抛光液的循环利用率较低。

发明内容

本发明要解决的问题是，针对现有技术的不足，为高温氧化不锈钢提供一种污染小、操作简单、抛光液利用率高、适合光饰各种复杂零件的化学抛光方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的化学抛光方法包括如下工艺步骤：

第一步，在超声波清洗仪中用汽油振洗不锈钢零件30min，之后用清水洗净不锈钢零件，再在超声波清洗仪中用洗衣粉水振洗不锈钢零件30min，之后再用清水洗净不锈钢零件；

第二步，采用现有的除氧化皮工艺去除不锈钢零件表面的氧化皮；

第三步，将抛光液加热至沸腾后倒入盛满不锈钢零件的塑料器皿中并淹没零件，然后将器皿放入超声波清洗仪中振动抛光2～5min，在此期间超声波清洗仪的工作频率为50kHz，功率为500W，所述抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝162～198∶57～85∶83～107∶20～40∶2～4∶2～4∶740～800的重量比配制而成；

第四步，将化学抛光后的不锈钢零件倒入盛有洗衣粉水的器皿中并在超声波清洗仪中振洗30min，之后用清水将不锈钢零件清洗干净。

根据本发明，所述抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝185g∶80g∶100g∶30g∶3g∶3g∶780g的比例配制而成，所述振动抛光时间为3min。

根据本发明，所述抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝198g∶85g∶107g∶40g∶4g∶4g∶740g的比例配制而成，所述振动抛光时间为5min。

根据本发明，所述抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝162g∶57g∶83g∶20g∶2g∶2g∶800g的比例配制而成，所述振动抛光时间为2min。

本发明的有益效果体现在以下几个方面。

(一)本发明在化学抛光中结合了超声波技术，引入超声波清洗仪参与到化学抛光工艺过程中，利用超声波产发出的频率高于20kHz的纵波产生的空化作用和在溶液中的穿透能力，能够快速有效的对每个零件的细微表面产生机械剥离作用，使整个溶液处于高速循环流动状态，因此本发明方法无需翻动(抖动)零件，零件与零件之间可以相互叠加无需留有多余间隙，溶液装载能力提高至8dm²/L，化学抛光效率提高8倍左右，在减轻了工人的劳动强度的同时也极大减少了酸雾对工人身体健康的伤害。抛光液在超声波带动下的高速循环流动也保证了具有深孔、盲孔、超细孔及结构复杂的不锈钢件的抛光效果。

(二)超声波的空化作用和穿透能力使工艺控制简单快捷，零件的形状、大小、数量在抛光前无需考虑，在工艺范围内操作即可达到抛光效果，不会发生抛光不均匀或过腐蚀现象，因此也特别适合抛光有精密螺纹、高精度尺寸的不锈钢件。

(三)传统抛光液中Fe²⁺浓度累积大于8g/L即会使溶液变得粘稠，吸附在零件表面影响抛光效果。而本发明由于在化学抛光工艺中引入了超声波清洗仪，因此在超声波产生的空化作用下可以瞬间剥离Fe²⁺在零件表面的吸附，使抛光液中Fe²⁺浓度的上限提高至30g/L，进而提高了抛光液的重复利用率。

具体实施方式

下面结合优选实施例对本发明作进一步的详述。

本发明第一优选例是化学抛光一种带有深孔的不锈钢产品，其深孔长度8cm，其抛光过程包括以下几个步骤：

第一步，除油。将不锈钢产品放入盛有汽油的器皿中浸泡10min，然后将该器皿放入超声波清洗仪中振洗30min，用清水洗净；再放入盛有洗衣粉水的器皿中并在超声波清洗仪中振洗30min，之后再用清水将不锈钢产品洗净。洗衣粉水的质量比浓度为10％。

第二步，去除氧化皮。将配置好的腐蚀液倒入烧杯中，然后将其加热到80℃后，把不锈钢产品倒入烧杯中，并将腐蚀液的温度保持在70～90℃之间，持续处理时间为3～10min，之后将腐蚀液倒出烧杯并用自来水将不锈钢产品清洗干净。

腐蚀液的配置过程为，在烧杯中加入20～190g的水，再加入333～392g的盐酸，经搅拌后慢慢加入349～441g的硫酸，加入时边加边搅拌，待溶液冷却后再加入88～104g的乙醇，随后称取加入2～3g六次甲基四胺，最后加入双氧水255～311g。

第三步，超声波-化学抛光，在烧杯中依次加入磷酸185g，硝酸80g、盐酸100g，水780g，待溶液搅拌均匀后依次称取加入30g聚乙二醇，3g璜基水杨酸和3g烟酸而配置成抛光液。将上述抛光液加热至沸腾后倒入盛满不锈钢产品的塑料器皿中并淹没产品，将塑料器皿放入超声波清洗仪中振动抛光3min，超声波清洗仪的工作频率为50kHz，功率调节至500W。在该抛光过程中无需翻动(抖动)零件，操作人员可离开超声波清洗仪，超声波清洗仪停止工作后取出不锈钢产品，并将抛光液倒入器皿中储存以备下次使用；将抛光处理后的不锈钢产品用自来水清洗干净。

第四步，清洗。将化学抛光后的不锈钢产品倒入质量比浓度为10％的洗衣粉水中，并放入超声波清洗仪中振洗30min，再用清水将产品清洗干净。

本发明第二优选例是化学抛光一种带有直径为0.3mm超细孔的激光火工品不锈钢产品。与第一优选例不同之处是，第三步所用的抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝198g∶85g∶107g∶40g∶4g∶4g∶740g的比例配制而成，所述振动抛光时间为5min。

本发明第三优选例是化学抛光一种带有精密螺纹的不锈钢产品，螺纹规格为M6×0.75-6h，与第一优选例不同之处是，第三步所用的抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝162g∶57g∶83g∶20g∶2g∶2g∶800g的比例配制而成，所述振动抛光时间为2min。

采用本发明各优选实施例所抛光的不锈钢产品外观光洁度一致，抛光过程效率高，污染小，各种精密尺寸未发生变化，均达到抛光要求。

Claims

1.一种高温氧化不锈钢的化学抛光方法，其特征在于：该方法包括以下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的高温氧化不锈钢的化学抛光方法，其特征在于∶所述抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝185g∶80g∶100g∶30g∶3g∶3g∶780g的比例配制而成，所述振动抛光时间为3min。

3.根据权利要求1所述的高温氧化不锈钢的化学抛光方法，其特征在于：所述抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝198g∶85g∶107g∶40g∶4g∶4g∶740g的比例配制而成，所述振动抛光时间为5min。

4.根据权利要求1所述的高温氧化不锈钢的化学抛光方法，其特征在于：所述抛光液是按磷酸∶硝酸∶盐酸∶聚乙二醇∶璜基水杨酸∶烟酸∶水＝162g∶57g∶83g∶20g∶2g∶2g∶800g的比例配制而成，所述振动抛光时间为2min。