CN114164482A - 离子交换树脂在不规则金属件抛光中的应用及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用及应用方法，该应用方法，包括以下步骤：S1.机械抛光：将待加工金属件置于离子交换树脂内，搅拌所述离子交换树脂，使其充分打磨所述待加工金属件；S2.电解抛光：将待加工金属件作为电解阳极，向离子交换树脂内加水，加水至所述离子交换树脂体积的10～15％时，停止加水，同时施加10～20V电压进行电解抛光，从加水开始持续搅拌，记录电流值，当电流值降低至最小值时，停止搅拌，完成抛光。本发明采用离子交换树脂作为新型抛光材料，使其抛光不规则金属件的表观良率和抛光速率均较高。另外，该新型抛光材料的稳定性强，抗冲击能力较强。

Description

离子交换树脂在不规则金属件抛光中的应用及应用方法

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及了一种离子交换树脂在不规则金属件抛光中的应用及应用方法。

背景技术

不规则的金属件，由于其特殊的构型和优异的物理化学性能，在化工、珠宝、医学、航天、通信等领域具有广泛的应用前景，但是其结构复杂、形状不一，并且尺寸多样，经过常规抛光技术，比如有机械抛光、电解抛光、化学腐蚀抛光等，处理后得到的金属件表面质量无法满足触感的要求。机械抛光采用的传统磨料是单一超细无机磨粒，如果磨料选用不当，会对被加工表面造成硬性冲击，产生较大的划痕与凹坑等微观缺陷，而电解抛光过程中电流对工件表面粗糙度的影响非常敏感，随着电流的增加，腐蚀速度增大，抛光质量提高，但是电流密度过高，阳极处析出大量氧气，同时产生大量热量影响表面光亮度。

因此，为了解决形状复杂金属件的抛光问题，亟需开发一种新型抛光材料和抛光方法。

发明内容

本发明的目的就在于为解决现有技术的不足，而提供一种采用离子交换树脂作为新型抛光材料的应用和应用方法，

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用，所述抛光包括机械抛光和电解抛光，应用于所述机械抛光时，所述离子交换树脂直接作为所述机械抛光的抛光材料，应用于所述电解抛光时，所述离子交换树脂加水作为所述电解抛光的抛光电解液。

优选的，所述离子交换树脂粒径分布为0.2～1.2mm，有效粒径为0.4～0.65mm，均一系数≤1.60，含水量为45～55％，莫氏硬度为80～120。

优选的，所述离子交换树脂为氢型阳离子交换树脂，体积交换容量1.5～2.5mmol/L。

离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，包括以下步骤：

S1.机械抛光：将待加工金属件置于离子交换树脂内，搅拌所述离子交换树脂，使其充分打磨所述待加工金属件；

S2.电解抛光：将待加工金属件作为电解阳极，向离子交换树脂内加水，加水速率为0.1～0.3BV/h，同时施加10～20V电压进行电解抛光，加水至所述离子交换树脂体积的10～15％时，停止加水，从加水开始持续搅拌，记录电流值，当所述电流值降低至最小值时，停止搅拌，完成抛光。

优选的，所述电解电压为12V。

优选的，电解阴极采用石墨。

优选的，步骤S1所述搅拌时间为1～3h，搅拌速率为200～400r/min。

优选的，步骤S2所述加水采用雾化水方式加入。

优选的，步骤S2总计搅拌时间为60～180min。

优选的，所述电流值降低至最小值时的标准为：前后三次测定的电流差值不大于0.05A，电流值记录的间隔时间为30S～1min。

本发明采用离子交换树脂作为新型抛光材料，使其抛光不规则金属件的表观良率和抛光速率均较高。另外，该新型抛光材料的稳定性强，抗冲击能力较强。实验结果表明：多次抛光后离子交换树脂渗磨圆球率≥90％，可以循环使用；与常规的电解抛光相比，本发明提供的离子交换树脂进行不规则金属件抛光时，产品的平均抛光速率从12～18μm/h提高到了20～30μm/h；表面粗糙度Ra由0.5μm降低为Ra＜0.1μm；产品的良率从31％提高到＞90％。

附图说明

图1是雾化水添加量对电流值的影响图；

图2是电解电压对金属件电流密度的影响图。

具体实施方式

离子交换树脂，是一种带有能交换离子的活性基团、具有网状结构、不溶性的高分子化合物，通常是球形颗粒物，包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。由于其具有离子交换的功能，现有技术离子交换树脂一般应用于吸附处理有害物质、杂质等方面。

本发明首次将离子交换树脂作为抛光材料应用于不规则金属件抛光中。其作为抛光材料，能够结合放大机械抛光和电解抛光的优势，并且规避两者的劣势。首先，离子交换树脂硬度适中，没有宏观的“切削力”和“切削热”的作用，因此直接作为抛光材料对待加工金属件进行机械打磨，待加工金属件表面不会产生切割加工中所形成的塑性变形层，也不会产生残余应力，粒径范围广，颗粒之间存在相对运动，可以很好打磨不规则的器件内部。而且，离子交换树脂在水中，可以快速游离出阳离子或阴离子，作为电解抛光液，待加工金属件表面溶解不存在方向问题，所以器件表面电解抛光质量在各个方向上大体相同，而且，通过控制加水量，可以调节离子交换树脂游离的离子量，进而可以控制电解腐蚀器件速度。因此，将离子交换树脂作为抛光材料，既解决了机械抛光无法加工复杂零件会使工件边缘变圆处理不了死角的缺点，又解决了电解抛光难以控制腐蚀程度，表面钝化的缺点。将离子交换树脂作为抛光材料应用于不规则金属件，同时对金属件进行机械抛光和电解抛光，不仅可以提高整个器件表面平整度，还可以加速电解速度，当有沉积物(电解氧化物保护黏膜)生成时也可以更好地铺在金属件凹陷表层。抛光后的离子交换树脂还可以循环使用，避免出现“现有电解抛光采用的电解液成分复杂，抛光后很难处理，易造成资源浪费”的问题。

为了获得较好的抛光的效果，离子交换树脂的粒径、硬度和含水性等需控制在适宜的范围，优选离子交换树脂粒径分布为0.2～1.2mm，含水量为45～55％，莫氏硬度为80～120。

其中离子交换树脂颗粒粒径分布在0.2～1.2mm，有大粒径也有小粒径，且有效粒径0.4～0.65mm，均一系数≤1.60，(有效粒径：设试样颗粒按直径由大到小排列至排完90％体积的树脂，规定其中最小颗粒的直径为有效粒径；均一系数：设试样颗粒按直径由大到小排列至排完40％体积的颗粒，其中最小颗粒的直径与有效粒径的比值为均一系数)在抛光的过程中，不同粒径范围的离子交换树脂机械作用显著，通过搅拌磨粒不断地打磨金属件拐角处，一部分树脂磨料对表面凸起部分起到打磨的作用。不同粒径在相对运动下去除表面材料，既能提高抛光速度又能减少表面粗糙度。

优选的，离子交换树脂为体积交换容量在1.5～2.5mmol/L的氢型阳离子交换树脂，常用的氢型阳离子交换树脂有磺酸型、羧酸型，在水中可直接释放氢离子，提高抛光速率。

本发明还提供了一种离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，包括以下步骤：

S1.机械抛光：取待加工金属件置于离子交换树脂置于内，离子交换树脂用量以淹没待加工金属件为准，搅拌离子交换树脂，使其充分打磨待加工金属件；

S2.电解抛光：将待加工金属件作为电解阳极，向离子交换树脂内加水，加水速率为0.1～0.3BV/h,即每小时加入水量为树脂体积的0.1～0.3倍，同时施加10～20V电压进行电解抛光，加水至离子交换树脂体积的10～15％时，停止加水，从加水开始持续搅拌，记录电流值，当电流值降低至最小值时，停止搅拌，完成抛光。

本发明首先采用离子交换树脂对待加工金属件进行机械抛光，通过搅拌磨粒不断地打磨金属件拐角处，一部分树脂磨料对表面凸起部分起到打磨的作用，将大的凸起打磨去除；

然后再加水，形成电解质溶液，对待加工金属件进行进一步精细电解抛光，通过不间断的加水，可更新电解液，提高电解液可移动离子数量，改善加工器件的周边环境，这种方法使电极电解液电导率稳定，并降低散蚀，从而提高了加工精度，也可以使抛光效果明显改善，通过控制加水量，可调节电流密度，获得高质量的表面，如图1所示，为雾化水添加量对电流值的影响，从图1中可知，随着水量的增加，离子交换树脂中的游离的离子数量增加，电流值得到快速提高，当水量升高至15％以后，电流值增加缓慢，20％以后，电流值出现下降趋势，因此，综合考虑电流值、时间等因素，加水量控制在10～15％。抛光后产生的离子交换树脂可以通过简单的方式再生，循环使用，也是绿色环保的材料。

如图2所示，为电解电压对金属件电流密度的影响图，从图2可知，电压在10～20V时，金属阳离子生成速度逐渐增大，随着电压增大，电流缓慢增加，电压超过20V时，电流密度急剧增加，然后电流密度过高容易影响金属件表面光亮度。因此，电解电压选用10～20V，综合考虑电流值、时间、成本等因素，电解电压优选为12V。

电解抛光初期，凸起处顶部金属溶解比凹陷处更加剧烈，产生金属阳离子，抛光过程中离子抛光树脂随着搅拌不停地转动，不断地打磨凸起部分，让凸起部分不断暴露地出来溶解，可以及时将溶解产物带到凹陷部分。随着电解的进行，金属件表面同时逐渐沉积氧化物保护黏膜，电解后期，凸起溶解速度变慢，金属阳离子生成速度逐渐降低，电流值逐渐下降，黏膜的生成速度加快，金属阳离子的生成速度与黏膜的生成速度逐渐达到一个平衡，此时金属件的凸起完全溶解，金属表面的保护黏膜生长完全，并且均匀稳定，电流值不再下降，基本保持不变(即电流值降至最小时)，是理想的抛光效果，可停止搅拌，完成抛光。若继续进行抛光，稳定平稳的黏膜持续增厚，在保持这种平衡的过程中，电阻增大，进而电压增大，但是电流值基本保持不变。当电压持续增加＞20V时，此时电压已经达到黏膜破坏分解、氧气析出的电压值，电流随电压增大而急剧增大，工件表面会产生大量气泡，进而破坏黏膜，从而影响抛光效果。因此，当电流值不再下降时，应立即停止搅拌，结束抛光。电流值不再下降的标准，以前后三次测定的电流差值不大于0.05A为准。电流值记录的间隔时间为30S～1min。

本发明采用离子交换树脂作为新型抛光材料，使其抛光不规则金属件的表观良率和抛光速率均较高。另外，该新型抛光材料的稳定性强，抗冲击能力较强。实验结果表明：多次抛光后离子交换树脂渗磨圆球率≥90％，可以循环使用；与常规的电解抛光相比，本发明提供的离子交换树脂进行不规则金属件抛光时，产品的平均抛光速率从12～18μm/h提高到了20～30μm/h；表面粗糙度Ra由0.5μm降低为Ra＜0.1μm；产品的良率从31％提高到＞90％。

本发明采用离子交换树脂作为抛光材料，在不破坏阳极层的保护作用的前提下，对阳极层进行抛光处理，达到更佳的抛光效果；而且生产成本低，设备投入非常少，工艺控制参数少，流程易控制，易实现自动化、生产线占地方小，便于实现大规模生产，具有很高的市场应用价值。

电解阴极可采用石墨、铂、铅等，优选采用经济实惠的石墨电极。

优选的，步骤S1搅拌时间为1～3h，搅拌速率为200～400r/h，该范围内可将大的凸起基本打磨完全，提高后续电解抛光效率。

优选的，步骤S2加水采用雾化水方式加入，加水比较均匀。

优选的，步骤S2总计搅拌时间为60～180min，该时间范围内，凸起基本完全溶解，金属阳离子的生成速度与黏膜的生成速度基本达到平衡，是理想的抛光效果。

实施例1

本实施例提供了一种离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，包括以下步骤：

S1.机械抛光：将待加工工件置于电解容器内，连接到阳极，阴极连接石墨，取离子交换树脂001×8(苯乙烯型树脂，含水量52.9％，粒径0.2～1.20，体积交换量1.90mmol/L)2L置于待加工金属件周围(离子交换树脂淹没了待加工工件)，打开搅拌设备搅拌离子交换树脂2h，搅拌速率为200r/min，使其充分打磨待加工金属件；

S2.电解抛光：机械抛光结束后，打开雾化水，以0.5L/h速率向电解容器中喷水，同时施加12V电压进行电解抛光，当添加雾化水的体积在离子交换树脂体积的10％时，加水时间为24min，停止加水；从加水开始持续搅拌，搅拌速率为200r/min，每隔30S记录电流值，当电流值降低至最小值时，显示1.5A停止搅拌(前后三次测定的电流差值小于0.05A)，完成抛光；将金属件取出，用清水冲洗，烘干，即可。

经测定，产品的平均抛光速率提高到22μm/h；表面粗糙度Ra为0.05μm；产品的良率为92％。

实施例2

本实施例提供了一种离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，包括以下步骤：

S1.机械抛光：将待加工工件置于电解容器内，连接到阳极，阴极连接石墨，取离子交换树脂001×8(含水量52.9％，粒径0.2～1.20，体积交换量1.90mmol/L)2L置于待加工金属件周围，打开搅拌设备搅拌离子交换树脂2h，搅拌速率为400r/h，使其充分打磨待加工金属件；

S2.电解抛光：机械抛光结束后，打开雾化水，以0.5L/h速率向电解容器中喷水，同时施加12V电压进行电解抛光，当添加雾化水的体积在离子交换树脂体积的12.5％时，加水时间为30min，停止加水；从加水开始持续搅拌，搅拌速率为400r/min，每隔30S记录电流值，当电流值降低至最小值时，显示为1.52A停止搅拌，完成抛光；将金属件取出，用清水冲洗，烘干，即可。

实施例3

本实施例提供了一种离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，包括以下步骤：

S1.机械抛光：将待加工工件置于电解容器内，连接到阳极，阴极连接石墨，取离子交换树脂001×10(苯乙烯型树脂，含水量46.20％，粒径0.2～1.20，体积交换量2.06mmol/L)2L置于待加工金属件周围，打开搅拌设备搅拌离子交换树脂2h，搅拌速率为400r/h，使其充分打磨待加工金属件；

S2.电解抛光：机械抛光结束后，打开雾化水，以0.5L/h速率向电解容器中喷水，同时施加12V电压进行电解抛光，当添加雾化水的体积在离子交换树脂体积的12.5％时，加水时间为30min，停止加水；从加水开始持续搅拌，搅拌速率为400r/min，每隔30S记录电流值，当电流值降低至最小值时，1.6A停止搅拌，完成抛光；将金属件取出，用清水冲洗，烘干，即可。

实施例4

本实施例提供了一种离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，包括以下步骤：

S1.机械抛光：将待加工工件置于电解容器内，连接到阳极，阴极连接石墨，取离子交换树脂001×10(含水量46.20％，粒径0.2～1.20，体积交换量2.06mmol/L)2L置于待加工金属件周围，打开搅拌设备搅拌离子交换树脂3h，搅拌速率为400r/min，使其充分打磨待加工金属件；

S2.电解抛光：机械抛光结束后，打开雾化水，以0.5L/h速率向电解容器中喷水，同时施加14V电压进行电解抛光，当添加雾化水的体积在离子交换树脂体积的12.5％时，加水时间为30min，停止加水；从加水开始持续搅拌，搅拌速率为400r/min，每隔30S记录电流值，当电流值降低至最小值时，1.6A停止搅拌，完成抛光；将金属件取出，用清水冲洗，烘干，即可。

实施例5

本实施例提供了一种离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，包括以下步骤：

S1.机械抛光：将待加工工件置于电解容器内，连接到阳极，阴极连接石墨，取离子交换树脂001×7(含水量55.5％，粒径0.2～1.20，体积交换量1.79mmol/L)2L置于待加工金属件周围，打开搅拌设备搅拌离子交换树脂2h，搅拌速率为300r/min，使其充分打磨待加工金属件；

S2.电解抛光：机械抛光结束后，打开雾化水，以0.5L/h速率向电解容器中喷水，同时施加10V电压进行电解抛光，当添加雾化水的体积在离子交换树脂体积的12.5％时，加水时间30min，停止加水；从加水开始持续搅拌，搅拌速率为300r/min，每隔30S记录电流值，当电流值降低至最小值时，1.44A停止搅拌，完成抛光；将金属件取出，用清水冲洗，烘干，即可。

实施例6

本实施例提供了一种离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，包括以下步骤：

S1.机械抛光：将待加工工件置于电解容器内，连接到阳极，阴极连接石墨，取离子交换树脂001×7(含水量55.5％，粒径0.2～1.20，体积交换量1.79mmol/L)2L)置于待加工金属件周围，打开搅拌设备搅拌离子交换树脂2h，搅拌速率为300r/min，使其充分打磨待加工金属件；

S2.电解抛光：机械抛光结束后，打开雾化水，以0.2L/h速率向电解容器中喷水，同时施加12V电压进行电解抛光，当添加雾化水的体积在离子交换树脂体积的10％时，加水时间为60min，停止加水；从加水开始持续搅拌，搅拌速率为300r/min，每隔30S记录电流值，当电流值降低至最小值时，1.4A停止搅拌，完成抛光；将金属件取出，用清水冲洗，烘干，即可。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用，其特征在于，所述抛光包括机械抛光和电解抛光，应用于所述机械抛光时，所述离子交换树脂直接作为所述机械抛光的抛光材料，应用于所述电解抛光时，所述离子交换树脂加水作为所述电解抛光的抛光电解液。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，

所述离子交换树脂粒径分布为0.2～1.2mm，有效粒径为0.4～0.65mm，均一系数≤1.60，含水量为45～55％，莫氏硬度为80～120。

3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，

所述离子交换树脂为氢型阳离子交换树脂，体积交换容量1.5～2.5mmol/L。

4.离子交换树脂作为抛光材料在不规则金属件抛光中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.机械抛光：将待加工金属件置于离子交换树脂内，搅拌所述离子交换树脂，使其充分打磨所述待加工金属件；

S2.电解抛光：将待加工金属件作为电解阳极，向离子交换树脂内加水，加水速率为0.1～0.3BV/h，同时施加10～20V电压进行电解抛光，加水至所述离子交换树脂体积的10～15％时，停止加水，从加水开始持续搅拌，记录电流值，当所述电流值降低至最小值时，停止搅拌，完成抛光。

5.如权利要求4所述的应用方法，其特征在于，

所述电解电压为12V。

6.如权利要求4所述的应用方法，其特征在于，

电解阴极采用石墨。

7.如权利要求4所述的应用方法，其特征在于，

步骤S1所述搅拌时间为1～3h，搅拌速率为200～400r/min。

8.如权利要求4所述的应用方法，其特征在于，

步骤S2所述加水采用雾化水方式加入。

9.如权利要求4所述的应用方法，其特征在于，

步骤S2总计搅拌时间为60～180min。

10.如权利要求4所述的应用方法，其特征在于，

所述电流值降低至最小值时的标准为：前后三次测定的电流差值不大于0.05A，电流值记录的间隔时间为30S～1min。

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