CN105256368A - 一种不锈钢抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不锈钢抛光方法，该方法为绿色环保方法，采用不锈钢电抛光，采用直流电化学抛光方法，电解液成分中含有较少的磷酸，通过该方法能得到光亮平整的表面，包括：装料—除油—丙酮超声波清洗—化学除锈—机械打磨—丙酮超声波清洗—电化学抛光—酸洗—中和—钝化—清洗—烘干。电化学抛光的抛光液配方为：磷酸5％—10％，硫酸20％—30％，高氯酸2％，添加剂适量甘油或乙二醇，抛光温度60—75度，电压12—35V，电解时间1min—5min。该方法与普通不锈钢电化学抛光方法相比，抛光液中没有铬，并且磷酸的含量大为减小，减少了对环境的污染，抛光效率高，适合对各种不锈钢异型件的抛光处理。

Description

一种不锈钢抛光方法

技术领域

本发明涉及一种不锈钢抛光方法。

背景技术

电化学抛光定义为在一定电解液中金属工件作阳极溶解，而使其表面粗糙度下降，光亮度提高，并产生一定金属光泽的技术。电化学抛光的发展要追溯到上世纪初R.Winer等人在银电化学抛光方面的第一个专利。然而，对此进行系统化研究，并推广到工业化应用的却是法国的P.AJacquet在铜和镍方面的研究。目前，此技术已在金属精加工、金相制备及那些需要控制表面质量与光洁度的领域获得极其广泛的应用，显示出机械抛光及其它表面精加工技术无法比拟的高效率，表面无加工硬化层、耐蚀、美观等一系列优点，涉及的材料有纯金属、碳钢、合金钢、有色金属极其合金、贵金属等几乎所有金属材料。

光洁度对零件的耐磨性、抗疲劳性能，以及对配合处的强度，都起着决定性的影响。欲使零件表面达到所需的光洁度，可以采用各种方法。通常有机械抛光、化学抛光和电化学抛光三种及在其基础上相互联合使用的方法。最普遍的是机械方法，但由于这种方法具有使零件变形等缺点，因而其应用范围受到限制。

化学抛光即化学光亮处理，用的溶液活性比较大，又在加热条件下使用，所以抛光过程难以控制。大晶粒材料抛光效果也不理想。电化学抛光比机械抛光有很多优点。它主要优点是：

1、生产率高，且与被加工材料的机械性能(硬度、韧性、强度等)无关，可以加工难加工的各种导电材料；

2、表面粗糙度值小；

3、使用寿命长，耐磨性好，电化学抛光表面凹凸不平呈圆弧状，比之尖峰状使用寿命长，耐腐蚀性好；

4、抛光时工件与刀具(阴极)不接触，无切削力、热、毛刺及切削刀痕，刀具无损伤；

5、电化学抛光时可以得到很光亮平整的表面；

6、与机械抛光比较，电化学抛光是一个既简单而又比较方便的抛光方法。电化学抛光所需要的持续时间与制件的形状无关；表面质量相同时无论对简单制件，或复杂制件，持续时间时相同的。电化学抛光比机械抛光来得快，此外，在这种情况下有更大可能使过程机械化和自动化。电化学抛光不改变被抛光制件的形状及金属表面层的组织。所以，电化学抛光被广泛地应用来制取金相磨片。

当然，电化学抛光也有一些缺点。比如，它只可以用在制件分离地固定在挂具上的槽子里；对夹杂物侵蚀、显微偏析的敏感、大晶粒材料和多相合金，抛光效果往往不佳，有时候还要使用一些有毒、易爆的化学药品，这些均为电化学抛光的不足之处。因此，无论在表面最后精加工，或在镀前表面准备上，电化学抛光在工业中都获得广泛的应用。

关于电化学抛光机理主要有两类假说：

(1)粘膜说

粘膜说是一种比较经典的电化学抛光假说，它解释了阳极表面是如何用电化学方法整平的。阳极抛光过程中，在表面形成一层高浓度盐层，即所谓粘滞层(或粘液膜)。这层膜与整体溶液相比，具有较大的比重和电阻率。凹凸不平的表面粘液层的厚度是不同的，凸起部分的粘膜薄，膜越薄则电阻越小，因此凸起的部分的电阻小，电流密度比凹陷部分大。磨片表面各部分电流密度相差很多，凸起的部分电解液离子扩散速度也比凹现部位快，使阳极溶解产物比较容易扩散出去，这也有利于凸起部分溶解。有人认为阳极凸起部分离阴极距离近，使试样表面电场分布不均，电力线集中在凸起部分、促使尖端部分的薄膜破裂而急速溶解；或认为表面凸起部位吸附的阴离子多，容易和溶解产生的阳离子结合扩散到溶液的深处，加速了凸起部位金属的溶解。

(2)钝化膜理论

在电化学抛光过程中，当阳极电位达到氧的析出电位时，由于析出氧的作用在阳极的表面形成一层氧化膜，使阳极的表面状态发生很大的变化.同时，随着电极电位向正的方向跃变，电流密度有所下降，表明金属表面由活化状态转入了钝化.但是，这层氧化膜在电解液是可以溶解的，所以这时建立的钝态并不是完全稳定的.由于阳极表面微凸处电流密度较高，形成的氧化膜比较疏松，而且该处析出的氧气也多，对溶液的搅拌作用大，溶液易于更新，并有利于阳极溶解产物向溶液中扩散，促使该处的氧化膜溶解加快，暴露出金属使氧化继续进行。相比之下，阳极表面的微凹处则处于相对稳定的钝态，氧化膜的溶解和生成的速度均比微凸处要慢。在整个抛光过程中，氧化膜的生成溶解反复地进行着，而且微凸处进行的速度比微凹处，其结果，微凸处金属被有限溶解削去，使阳极表面达到平整光亮嘲。

此外还有Edwards提出的受主理论等假说。

影响电化学抛光过程的因素多种多样，如被抛光材料的性质、成分、状态、电化学抛光液成分、电化学抛光温度、时间及其它规范，这些都需要一并考虑。电化学抛光的实质目前仍然没有十分清楚。虽然曾经提出过许多关于电化学抛光理论的假设，但都不能圆满解释电化学抛光过程中的发生的各种现象。例如粘性膜理论，尚不能回答电化学抛光中是否发生阳极金属的氧化问题，也不能解释电化学抛光过程中所特有的阳极极化问题，而钝化膜理论虽在微观整平上获得了较完善的解释，但又不能较好地说明电化学抛光的全过程，如此等等。

Edwards认为，宏观整平是阳极表面几何形状均匀化的过程。当电流通过电解液时，在阳极表面生成一层由阳极溶解产物组成的液膜，它有较高的粘度和大的电阻，而这层粘液膜的厚度在粗糙表面各个部位时不相等的，在凹处要大些，在凸处要小些。由于阳极表面的“绝缘度刀程度不同，因而上面的电流密度也就不均匀，在凸起的电流密度较凹处的电流密度大些。所以，凸起处的溶解就快些，结果便导致粗糙表面被宏观整平。

Elmore认为，阳极溶解产物向电解液中的扩散在宏观整平过程中起主导作用。这是由于凸起处溶解产物浓度梯度比在凹处高。因而。凸起处溶解速度大，表面被整平。此理论对宏观整平现象进行了较好解释。目前，普遍为人们所接受。随后Landolt等人研究了表面具有规则三角起伏外形的铜及镍在硝酿电解液中的抛光规律。实验结发现，宏观整平速率主要取决于阳极电流密度分布决定的阳极极化行为。

温度参数与电压一样，对于每一种金属——电解液的组合，都有其最合适的温度范围，在此范围内能保证获得最好的效果。电解液温度过分低于最佳温度时，就会引起阳极溶解减缓，减弱或者完全遏制电解液的抛光作用，使其转变为腐蚀作用，促使电解液和阳极膜的粘度提高，阻碍阳极溶解产物的扩散。过度提高温度，一方面会使金属溶解急速增大，降低电解液和阳极溶解产物的粘度，使扩散容易，降低电解液的电阻；另一方面，随着温度的升高和相邻阳极层过热，加剧了阳极近处气体和蒸气的生成，遂引起了表面腐蚀，在表面上显现条纹，迫使电解液排离表面和延缓过程进行的强度。由此可见，温度的升高对过程的进行有着不同方面的影响，故不可一概而论。

抛光用的电解液粘度大，电流也比较大，所以抛光过程中的搅拌较其他阳极溶解过程显得尤为重要。随着抛光的进行，阳极溶解产物逐渐增加而聚集在电极表面，如极间距离小，情况就更加严重，大量阳极产物的堆积，影响电解液的扩散和对流，阻碍新鲜电解液补充到阳极表面，严重的浓度级差极化造成阳极电位上升，极区温度的增加，这都会影响抛光的正常进行。因此，电化抛光过程都采用搅拌的方法，强制电解液对流，消除阳极上聚集的反应产物，减小浓差极化，使电解液温度均匀以保证最佳条件。此外，搅拌还促进阳极膜的溶解，促使附着在试样表面的气泡逸出，可以提高电流，增加效率。近年生产的实验室用的抛光仪器都采用流动电解液，并可以控制不同流速。各种材料用的电化学抛光规范中，结合设备明确规定电解液的最佳流速。在电化学抛光方法中，流速或搅拌具有重要影响。

电解液流速对抛光过程影响不只是极限电流密度增大的问题。一般来讲，只有当流速小于某个特定值时，曲线上才会出现极限电流密度，如流速达到很高的值时，计划曲线几乎呈直线，并符合欧姆定律，而且可以观察到抛光区略微正移。抛光电解液的流速不能过大，否则在阳极样品上会出现波浪形表面。这可能是流速过大、阳极表面粘度小、厚度薄，使整个电极表面的腐蚀速率变得均匀，不能得到表面平整的缘故。

电化学抛光的金属表面的质量，在很大程度上决定于被抛金属的最初状态和电化学抛光之前的表面加工的特质。电化学抛光的结果受许多因素影响，不仅受金属最初状态的制约，而且还受后来加工性质的影响。这些因素是：化学成分，各相的特质和数量比，粒度(一次晶粒和晶粒的大小)，密度，基体中的组成均匀性(偏析等)，内应力的存在与否，冷硬程度，织构的完善与否，表面光洁度，表面上有无薄膜和沉淀物，热处理特性，又无氧化皮及其特性等等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种不锈钢抛光方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种不锈钢抛光方法，该方法为绿色环保方法，采用不锈钢电抛光，采用直流电化学抛光方法，电解液成分中含有较少的磷酸，通过该方法能得到光亮平整的表面，包括：装料——除油——丙酮超声波清洗——化学除锈——机械打磨——丙酮超声波清洗——电化学抛光——酸洗——中和——钝化——清洗——烘干。电化学抛光的抛光液配方为：磷酸5％——10％，硫酸20％——30％，高氯酸2％，添加剂适量甘油或乙二醇，抛光温度60——75度，电解液流速40mm/s，电压12——35V，电解时间1min——5min。

具体实施方式

实施例1

一种不锈钢抛光方法，该方法为绿色环保方法，采用不锈钢电抛光，采用直流电化学抛光方法，电解液成分中含有较少的磷酸，通过该方法能得到光亮平整的表面，包括：装料——除油——丙酮超声波清洗——化学除锈——机械打磨——丙酮超声波清洗——电化学抛光——酸洗——中和——钝化——清洗——烘干。不锈钢为1Cr13，电化学抛光的抛光液配方为：磷酸5％，硫酸20％，高氯酸2％，添加剂适量甘油，其余：水，抛光温度60度，电解液流速40mm/s，电压15V，电解时间1min——5min。

实施例2

一种不锈钢抛光方法，该方法为绿色环保方法，采用不锈钢电抛光，采用直流电化学抛光方法，电解液成分中含有较少的磷酸，通过该方法能得到光亮平整的表面，包括：装料——除油——丙酮超声波清洗——化学除锈——机械打磨——丙酮超声波清洗——电化学抛光——酸洗——中和——钝化——清洗——烘干。不锈钢为1Cr18Ni9Ti，电化学抛光的抛光液配方为：磷酸8％，硫酸30％，高氯酸2％，添加剂适量乙二醇，其余：水，抛光温度60度，电解液流速40mm/s，电压25V，电解时间3min。

Claims (2)

1.一种不锈钢抛光方法，该方法为绿色环保方法，采用不锈钢电抛光，其特征在于采用直流电化学抛光方法，电解液成分中含有较少的磷酸，通过该方法能得到光亮平整的表面，包括：装料——除油——丙酮超声波清洗——化学除锈——机械打磨——丙酮超声波清洗——电化学抛光——酸洗——中和——钝化——清洗——烘干。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电化学抛光的抛光液配方为：磷酸5％——10％，硫酸20％——30％，高氯酸2％，添加剂适量甘油或乙二醇，抛光温度60——75度，电解液流速40mm/s，电压12——35V，电解时间1min——5min。