CN106637377A

CN106637377A - 镍基合金电解抛光液及其抛光方法

Info

Publication number: CN106637377A
Application number: CN201611177197.1A
Authority: CN
Inventors: 白敏�; 温皓; 陈龚
Original assignee: China Erzhong Group Deyang Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Erzhong Deyang Heavy Equipment Co Ltd
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: CN106637377B

Abstract

本发明涉及镍基合金电解抛光液及其抛光方法，属于电解抛光技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种镍基合金电解抛光液。该电解抛光液，由以下重量份的组分组成：磷酸50～75份、硫酸8～15份、硫氰酸铵1～5份、1,4‑丁炔二醇5～15份、丁二酮肟1～8份、聚乙二醇1～5份、瓜尔豆胶1～3份。本发明的电解抛光液使用的成分均为常用化工材料，价廉易得。通过对镍基合金工件的活化处理及使用恰当的电解液、电流密度、选择不同的电解时间和电解液温度得到良好的电解抛光效果，镍基合金工件电解抛光表面外观良好，表面具有明显金属光泽，粗糙度可达Ra0.1μm以下。无白点、花斑、晶间腐蚀等问题，极大地提高了装备的耐腐蚀性能。

Description

镍基合金电解抛光液及其抛光方法

技术领域

本发明涉及镍基合金电解抛光液及其抛光方法，属于电解抛光技术领域。

背景技术

上世纪九十年代以来，镍基合金作为一种具有优良性能的新材料开始大量进入核电站制造领域，如蒸气发生器、补水箱等核岛中的关键设备，使用镍基合金的重要原因就是除了镍基合金具有优良的耐高温性能外，它还具有很好的耐腐蚀性能。而耐腐蚀性能又和设备的表面状态有密切关系，电解抛光和其它抛光方法相比，由于能够消除近表面的残余应力和提供很小的表面粗糙度而受到核电站设计部门和用户的推崇，因此要求设备制造方必须对镍基合金制造的设备实施电解抛光。

电解抛光作为一种重要的抛光方法，虽然长期以来已经对抛光的电化学原理、工件的材质、以及电解抛光工艺等等作了大量研究，但是实际应用中抛光材质主要集中在普通不锈钢及铝合金，铜合金等少数几种材料，其它材料要得到良好的抛光表面还是存在重重困难的。其根本原因在于电解抛光还不是一门定量科学，基本还是定性的，无论是电解液的选择、还是电解抛光使用的电流大小，电压、抛光时间、温度等参数均是试验获得的，而且对一种材料实验获得的参数难以平行移植到另外的材料上。如申请号为CN201410754930。6的中国发明专利“哈氏合金电解抛光工艺”提出的用Isopol 140作为电解液，电解抛光工艺参数为：温度：50-65℃，电压：8-12V，抛光时间60-120s，用钛丝做阴极，极板面积为零件面积的1/3-1/5，由于电解液是电抛光中关键的工艺材料，而Isopol 140作为一种代号，无法确知其具体成份，而且电压与工件、阴极的几何尺寸、距离、溶液温度均有关系，因此，无法实施该专利对镍基合金得到良好的电解抛光表面。

另外，申请号为201310084678.8的中国发明专利“一种用于EBSD测试的Cu-Ni合金电解抛光方法”，由于该专利电解抛光的对象是进行电子背衍射分析的Cu-Ni合金试样，尺寸固定且很小根本无法与核电站的大型设备相比。申请号为201110162401.3的中国发明专利“一种用于改善Ni5at.％W合金基带表面质量的电解抛光液及其使用方法”，其电解抛光液组成包括质量浓度80％～85％的磷酸溶液、98％的硫酸溶液、80％的乳酸溶液和丁二酮肟粉末，其中磷酸溶液、硫酸溶液、乳酸溶液以体积比7:5:3进行混合，丁二酮肟粉末为磷酸溶液、硫酸溶液和乳酸溶液总质量的10％～15％。由于该专利电解抛光的对象是作为涂层超导体多层结构金属基带用的Ni5W合金，尺寸固定且很小根本无法与核电站的大型设备相比。

在另外公知的信息如“广州化工”1996年第三期中有使用高氯酸、冰醋酸或磷酸、酪酐、硫酸、甘油等电解液抛光镍基合金的技术方法，然而，这些技术方法均存在若干缺陷，按照它们对镍基合金产品进行电解抛光，实施后无法得到理想的抛光表面。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种适用于大型核电站设备用的镍基合金电解液配方及镍基合金电解抛光方法。使用合适的电解液配方，通过改变电极距离和溶液温度等参数保证需要电解抛光的镍基合金阳极具有足够的溶解率和不发生腐蚀，得到理想的抛光表面。

本发明解决的第一个技术问题是提供一种镍基合金电解抛光液。

本发明镍基合金电解抛光液，由以下重量份的组分组成：

磷酸50～75份、硫酸8～15份、硫氰酸铵1～5份、1,4-丁炔二醇5～15份、丁二酮肟1～8份、聚乙二醇1～5份、瓜尔豆胶1～3份；其中，磷酸浓度以质量分数85％计，硫酸浓度以质量分数98％计。

优选由以下重量份的组分组成：磷酸60～70份、硫酸10～12份、硫氰酸铵2～4份、1,4-丁炔二醇7～9份、丁二酮肟2～6份、聚乙二醇2～4份，瓜尔豆胶1～3份。

优选的，聚乙二醇分子量为400。

本发明解决的第二个技术问题是提供一种镍基合金电解抛光方法。

本发明镍基合金电解抛光方法，用金属铅板作阴极，待抛光的镍基合金做阳极，采用本发明所述的镍基合金电解抛光液进行电解抛光。

优选的，阴、阳极的形状匹配，阴极面积为阳极的1.2～1.6倍。

优选的，电解抛光的通电方式为恒压直流，阴阳极距离为80～150mm，电解抛光的电流密度控制在10～25A/dm²，时间为2～10分钟，电解液温度控制在35～65℃；优选阴阳极距离为100～120mm，电解抛光的电流密度控制在15～20A/dm²；时间为3～6分钟，电解液温度控制在55～60℃。

本发明方法，适用于表面粗糙度在1.0μm以内的镍基合金的抛光。

优选的，先对镍基合金除油去污，然后对其进行活化处理后，再进行电解抛光。

所述除油去污可采用现有的方法，比如采用碱液清洗或浸泡来保证工件的表面清洁。

所述活化处理采用如下方法：将镍基合金工件放入含过氧化氢1～5wt％的稀硝酸中进行活化，所述稀硝酸的浓度为2～20wt％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明的电解抛光液使用的成分均为常用化工材料，价廉易得。

2)本发明的电解抛光方法，通过对镍基合金工件的活化处理及使用恰当的电解液、电流密度、选择不同的电解时间和电解液温度得到良好的电解抛光效果，镍基合金工件电解抛光表面外观良好，表面具有明显金属光泽，粗糙度可达Ra0.1μm以下。无白点、花斑、晶间腐蚀等问题，极大地提高了装备的耐腐蚀性能。

3)本发明方法，适用于尺寸较大的镍基合金工件的抛光，能够将机械加工后的镍基合金表面通过电解抛光处理成镜面状态，可广泛用于核电站镍基合金设备的抛光。

具体实施方式

本发明镍基合金电解抛光液，由以下重量份的组分组成：

优选的，聚乙二醇分子量为400。

本发明所述的阴、阳极的形状匹配为阴极和阳极的形状大致相同，比如，对平面的镍基合金工件，阴极形状为与工件相当的平面，对于其他形状的镍基合金工件，阴极形状也应与工件类似，但必须确保阴极面积为作为阳极的工件面积的1.2～1.6倍。

本发明方法，适用于表面粗糙度在1.0μm以内的镍基合金的抛光，如果镍基合金的表面粗糙度大于1.0μm，可先采用现有的方法将表面粗糙度加工到1.0μm以内再采用本发明方法进行抛光。

具体的，本发明镍基合金电解抛光方法，可采用如下步骤：

(1)对表面粗糙度加工到1.0μm以内的镍基合金电解抛光工件使用碱液进行除油去圬，保证工件表面清洁；

(2)将清洁的工件放入含过氧化氢1～5wt％的稀硝酸中进行活化10分钟，活化后用自来水冲洗，待工件表面无明显水流后放入电解池，稀硝酸浓度为2～20wt％，优选为5～10wt％。

(3)电解池中的电解液为本发明所述的电解液，其组成为:磷酸(85％)50～75份、硫酸(98％)8～15份、硫氰酸铵1～5份、1,4-丁炔二醇5～15份、丁二酮肟1～8份、聚乙二醇(M＝400)1～5份、瓜尔豆胶1～3份。

(4)用金属铅板作阴极，对平面的镍基合金工件，阴极形状为与工件相当的平面，面积尺寸为工件的1.2～1.6倍；对其它形状的镍基合金工件，阴极的形状要与之匹配，但要确保其面积为工件的1.2～1.6倍。

(5)电解抛光的通电方式为恒压直流，阴阳极距离为80～150mm，电解抛光的电流密度控制在10～25A/dm²；时间为2～10分钟，溶液温度控制在35～65℃，将电抛后工件用A1级高纯水冲洗至中性然后用热风吹干，即得抛光后的工件。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

对核电堆芯补水箱镍基合金密封板的电解抛光工艺，具体步骤如下：

(1)对镍基合金电解抛光工件进行活化预处理，保证工件表面无多余水分；所述预处理是将工件用碱液去除表面油污，接着将清洁的工件放入浓度为含过氧化氢2％的5％的稀硝酸中进入活化10分钟，活化后用自来水冲洗，待工件表面无明显水流后放入电解池。

(2)电解池中的电解液的组成为(以重量百分比计)：浓度为85wt％的磷酸65％、98wt％的硫酸12％、硫氰酸铵4％、1,4-丁炔二醇7％、丁二酮肟6％、聚乙二醇(M＝400)3％、瓜尔豆胶3％。

(3)用面积为镍基合金工件1.2倍的金属铅板作阴极，通入恒压直流电，阴阳极距离为100mm，电解抛光的电流密度控制在15/dm²；时间为3分钟，溶液温度控制在55℃，将电解抛光后达到要求的工件用A1级高纯水冲洗至中性然后用热风吹干，得到抛光后的工件。

抛光后的工件用粗糙度仪按GB/T 1031-2009方法测量粗糙度为Ra0.08μm，金相检验无晶间腐蚀。

实施例2～4

采用实施例1的原料及方法，唯一不同的是电解池中电解液的组成不同。电解液的组成详见表1。其它的过程及工艺参数与实施例1相同。其中，硝酸的浓度为85wt％，硫酸的浓度为98wt％。

抛光后的工件粗糙度及金相检验结果见表3。

表1实施例1～4中采用的电解液组成

实施例5～8

采用实施例1的原料及方法，唯一不同的是电解时工艺参数不同。详细的工艺参数见表2。抛光后的工件粗糙度及金相检验结果见表3。

对比例1～2

表2

实施例编号	阴阳极距离(mm)	电流密度(A/dm²)	时间(min)	温度(℃)
					实施例1	100	15	3	55
实施例5	120	17	3	40
					实施例6	110	10	5	60
实施例7	80	20	6	35
					实施例8	150	25	10	65
对比例1	100	30	3	55
					对比例2	70	15	3	55

表3实施例1～9中抛光后的工件性能

实施例9

采用实施例1的原料及方法，与实施例1不同的是：电解池中的电解液的组成为(以重量百分比计)：磷酸(85％)60％、硫酸(98％)15％、硫氰酸铵5％、1,4-丁炔二醇7％、丁二酮肟6％、聚乙二醇(M＝400)4％，瓜尔豆胶3％。所述电解抛光过程工艺参数为：温度：65℃，电解抛光：5分钟。用面积为镍基合金工件1.2倍的金属铅板作阴极，通入恒压直流电，阴阳极距离为120mm，其它的过程及工艺参数与实施例1相同。

抛光后的工件用粗糙度仪按GB/T 1031-2009方法测量粗糙度为Ra0.07μm，金相检验无晶间腐蚀。

Claims

1.镍基合金电解抛光液，其特征在于，由以下重量份的组分组成：

2.根据权利要求1所述的镍基合金电解抛光液，其特征在于，由以下重量份的组分组成：磷酸60～70份、硫酸10～12份、硫氰酸铵2～4份、1,4-丁炔二醇7～9份、丁二酮肟2～6份、聚乙二醇2～4份，瓜尔豆胶1～3份。

3.镍基合金电解抛光方法，其特征在于：用金属铅板作阴极，待抛光的镍基合金做阳极，采用权利要求1或2所述的镍基合金电解抛光液为电解液进行电解抛光。

4.根据权利要求3所述的镍基合金电解抛光方法，其特征在于：阴、阳极的形状匹配，且阴极面积为阳极的1.2～1.6倍。

5.根据权利要求3或4所述的镍基合金电解抛光方法，其特征在于：电解抛光的通电方式为恒压直流，阴阳极距离为80～150mm，电流密度控制在10～25A/dm²，时间为2～10分钟，电解液温度控制在35～65℃。

6.根据权利要求5所述的镍基合金电解抛光方法，其特征在于：阴阳极距离为100～120mm，电流密度控制在15～20A/dm²；时间为3～6分钟，电解液温度控制在55～60℃。

7.根据权利要求3～6任一项所述的镍基合金电解抛光方法，其特征在于：所述待抛光的镍基合金的表面粗糙度为1.0μm以内。

8.根据权利要求7所述的镍基合金电解抛光方法，其特征在于：先对待抛光的镍基合金除油去圬，然后对其进行活化处理后，再进行电解抛光。

9.根据权利要求8所述的镍基合金电解抛光方法，其特征在于：所述活化处理采用如下方法：将镍基合金放入含过氧化氢1～5wt％的稀硝酸中进行活化，所述稀硝酸的浓度为2～20wt％。