CN110449676B - 一种基于NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法，属于电化学辅助加工领域。采用恒电位极化方法对高铬合金表面进行电化学处理，以高铬合金工件为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂网电极为辅助电极，采用浓度为1M的NaOH作为电解液，5V电位下处理15～45s，在高铬合金表面形成10～17μm厚的氧化层。再机械加工去除阳极氧化层，达到最终加工要求。本发明经过简单的电化学反应在高铬合金表面能够快速形成疏松多孔的加工预处理氧化层，且氧化层厚度可控，有效提高后续加工过程中加工效率、降低加工力以及减少刀具磨损。
Description
技术领域
本发明属于电化学辅助加工领域，涉及一种基于使用NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法。
背景技术
金属铬是自然界中最硬的金属，具有很高的耐腐蚀性，在空气中，即便是在赤热的状态下，也很难被氧化。由于其稳定的物理化学性质，常用于金属表面镀铬防腐以及制不锈钢等。高铬合金材料在航天、造船、军工、核反应堆等重大装备制造领域发挥着极其重要的作用。高铬合金铬含量高达40％，在硬度、耐腐蚀性等物理化学性质方面优于传统不锈钢，但由于其硬度极高、耐磨性好、导热性差等特点，传统的机械加工方式很容易产生刀具过度磨损、烧伤、加工表面残余应力大等问题。
电化学辅助加工是利用电化学方法对工件表面进行电化学改性，使工件表面发生电化学反应，形成一层易于进行机械加工的变质层。再利用车削、磨削、铣削等机械加工方式去除变质层。这种加工方法具有机械加工力小、表面残余应力小、刀具磨损小、加工表面质量高等优点，适用于难加工金属材料的精密加工。专利CN105705283B介绍了超硬合金的电解加工方法和电解液。其选用的电解液为NaCl和NaNO3,但由于NaCl中的Cl-具有很强的腐蚀性，电解加工时腐蚀情况恶劣，腐蚀均匀制，难性和腐蚀层厚度难以控以达到精密加工的效果；而NaNO3属于钝化电解液，形成适用于电解磨削的微米级厚度变质层所需要的时间长，加工效率很低。
因此，为了解决上述问题，提出了基于使用NaOH电解液进行电化学预处理的方法，在提高加工效率的同时，也可以防止过度腐蚀，提高高铬合金的加工性能。由于高铬合金中的主要元素Fe、Cr组分的电位差异小，恒电位极化时对Fe、Cr的电化学腐蚀不具有良好的选择性，基于Cr、Fe元素在NaOH溶液中特殊反应机制，在强碱性条件下恒电位极化将有助于合金表面Cr、Fe元素的溶解去除并通过其产物FeO4 2-在阳极的吸附、分解作用形成一层Fe(OH)3膜抑制电解反应的继续进行，仅需15s就能形成约10μm厚度的氧化层，且由于氧化层对于阳极反应的抑制作用，能够防止过度腐蚀。预处理后利用机械力去除表面疏松的氧化层即可达到精密加工的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于使用NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法，该方法加工过程容易操作且加工效率高。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法，包括以下步骤：
第一步，高铬合金电化学阳极恒电位极化预处理
预处理过程采用三电极电化学体系：以高铬合金工件为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂网电极为辅助电极；采用浓度为1M的NaOH作为电解液。采用恒电位极化方法进行电化学处理，在5V电位下处理15～45s，在高铬合金表面形成10～17μm厚的氧化层。
基于Cr、Fe元素在NaOH溶液中的特殊反应机制。在强碱性和高电位条件下恒电位极化将首先促使Fe、Cr元素的同时溶解；继而由于产物FeO4 2-在阳极的吸附、分解作用使得工件表面被一层水合氧化铁覆盖，阻止了内层金属的继续反应，极化后表面呈疏松多孔结构。
第二步，机械加工去除阳极氧化层
采用车削、铣削、磨削等机械加工方式去除电化学处理产生的阳极氧化层，加工去除深度与阳极氧化层厚度一致，达到最终加工要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在制备方法上，本发明针对高铬合金开发了一种新型的基于使用NaOH电解液电解磨削的加工预处理方法。与已有技术相比，本发明的特征在于经过简单的电化学反应在高铬合金表面形成疏松多孔的加工预处理层，并且形成加工预处理层所需要的时间很短，形成10μm厚度的氧化层仅需15s左右，且由于氧化层对阳极反应的抑制作用，氧化层厚度可控，有效提高后续加工过程中加工效率、降低加工力以及减少刀具磨损。
附图说明
图1(a)为原始表面，图1(b)为电化学预处理后表面；
图2为氧化层厚度随恒电位极化时间的变化；
图3为本发明技术方案流程图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明做进一步说明。
使用本发明所述方法加工20mm×20mm高铬合金板件的具体步骤如下：
第一步：高铬合金恒电位极化预处理
采用三电极电化学系统进行电化学处理，其中工作电极为光洁表面的高铬合金，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂网电极；采用电解液为浓度1M的NaOH溶液。
所述的电化学处理为恒电位极化方法，在5V恒电位下处理15s。电化学处理后取出样件用去离子水冲洗干净，吹干。所得样品表面的扫描电镜照片如图1所示，从图中可以看出极化后样品表面Fe、O元素质量分数上升，Cr的质量分数下降，说明氧化产物主要为Fe的氧化物。图2为氧化层厚度随极化时间的变化曲线图，从图中可以看出恒电位极化15s时就可以形成约10μm厚度的氧化层，在45s左右氧化层厚度达到约17μm，之后保持相对稳定的厚度。
第二步：采用磨削的加工方式对预处理区进行加工，去除氧化层，磨削深度为10μm。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改性等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于NaOH电解液电解磨削高铬合金的加工预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，高铬合金电化学阳极恒电位极化预处理
预处理过程采用三电极电化学体系：以高铬合金工件为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂网电极为辅助电极；采用浓度为1mol/L的NaOH作为电解液；采用恒电位极化方法进行电化学处理，在5V电位下处理15～45s，在高铬合金表面形成10～17μm厚的氧化层，极化后表面呈疏松多孔结构；
第二步，机械加工去除阳极氧化层
采用机械加工方式去除第一步处理产生的阳极氧化层，加工去除深度与阳极氧化层厚度一致，达到最终加工要求。
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