不锈钢电解抛光

不不锈钢电锈钢电解抛光技解抛光技术专题术专题 一一 电电解抛光原理 解抛光原理 电解抛光 electro polishing 也称电抛光 是利用阳极在电解池中所产生的电化 学溶解现象 使阳极上的微观凸起部分发生选择性溶解以形成平滑表面的方法 它 是一个复杂的阳极氧化过程 伴随着工件表面的溶解和和氧化 但又不同于阳极氧 化 电解抛光的抛光机理是 1 黏膜理黏膜理论论 电解抛光在一定的条件下 金属阳极的溶解速度大于溶解产物离开阳极表面 向电解液中扩散的速度 于是溶解产物就在电极表面积累 形成一层黏性膜 这层 黏性膜的电阻比电解液的大 而且可以溶解在电解液中 它沿阳极表面的分布是不 均匀的 在表面的微凸处的微黏膜厚度比凹处小 导致凸处的电阻也较小 从而造 成电流集中 与微凹处相比 微凸处电流密度较大 电位升高 从而使氧气容易析 出 有利于黏膜溶解扩散 加快了微凸部位金属的溶解 随着电解抛光时间的延续 阳极表面上的微凸处被逐渐削平 使整个表面变得平滑 光亮 2 氧化膜理氧化膜理论论 在电解抛光过程中 由于析出氧的作用在金属表面形成一层氧化膜 阳极表面 呈钝态 但是 这层氧化膜在电解液中是可以溶解的 所以钝态并不是完全稳定的 由于在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 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 在整个 抛光过程中 氧化膜的生成溶解不断进行 而且微凸处进行的速度比微凹处快 其 结果 微凸处金属被优先溶解削去 使阳极表面达到平滑 光亮 电抛光阳极过程的特点 电抛光过程根据金属表面的性质 溶液成分 工作条 件 在阳极附近可能发生下列反映 阳极溶解 当进行电抛光时 金属表面的原子就转入到电解液中成为离子 阳 极发生溶解 Me Me n ne 氧化膜 或氧吸附层 形成 电抛光时 在阳极表面会生成一层氧化膜 或氧吸 附层 此膜的厚度决定于金属的性质 电解液成分 工艺规范 2Me n 2OH Me2On n H2O 气态氧的析出 4OH O2 2H2O 4e 溶液中还存在多种物质的氧化 二二 电电极极化曲极极化曲线线 I U 曲曲线线 钝钝化曲化曲线线 当工件基体放入电解池中并通以直流电的情况下 零件表面就会产生阳极极化 现象 而且在阳极极化的工程中有一定的曲线规律 电极极化曲线 过钝化区 F C 活化区 D 钝化区 E B A AB 部分 电压增加 电流增长较慢 阳极表面未活化 不能正常溶解 BC 部分 电流与电压成比例增加 阳极表面活化产生正常溶解 金属具有强 腐蚀型表面 CD 部分 在 C 点附近曲线发生突变 当电压从小增加到 U2 时 电流强度会有 所下降 说明金属表面氧化膜生成 电阻增大 金属表面开始形成黏液膜 DE 部分 随着电压的升高电流强度却保持不变 曲线出现水平部分 金属表 面生成了黏液膜 具备抛光表面的条件 金属表面正常溶解可得到光泽的表面 从 E 点开始只要电压稍微增加 便引起电流强度的急剧增加 这是阳极上氧的 析出的标志 虽然阳极表面得到光亮 但同时产生了腐蚀斑点 点状凹坑 电 抛光过程受到破坏 通通过试验过试验 当 当电电解抛光解抛光时给时给 EP 槽施加至槽施加至钝电压钝电压 电电流就会按照阳极极化曲流就会按照阳极极化曲线线 的形式的形式进进行行变变化 把整流器化 把整流器调调到到稳压稳压状状态态 调调整整电压电压到工件至到工件至钝电压钝电压 开机 开机 电电流流 就会从就会从 A 点点 1S 左右到达左右到达 B 点然后达到点然后达到 C 点点 电电流的至高点流的至高点 从 从 C 点降到点降到 D 点点 电电流的流的稳稳定状定状态态 电电流持流持续稳续稳定到达定到达 E 点 点 电电抛光抛光过过程程结结束 束 从从 A 点到达点到达 D 点点时间时间需要需要 2 3S 整个 整个稳稳定定电电流的抛光流的抛光过过程程 1 2M 根据工件材 根据工件材质质而而 定 定 三三 法拉第法拉第电电解定律解定律 内容 在电解时 电极上发生化学反应的物质的量和通过电解池的电量 q 成正比 公式 m q z F M M z F I t m 电极上参与化学反应的物质的质量 M 参与反应物质的摩尔质量 mol F 法拉第电解常数 96485 C mol Z 电极反应的计量方程式中电子的计量系数 t 时间 S I 电流强度 A 电极上每析出 或溶解 1 mol 的任何物质所需的电量为 96485 C 也就是说 用同等的电量通过各种不同的电解质溶液时 在电极上析出 或溶解 各物质的质 量与它们的摩尔质量成正比 四四 不不锈钢锈钢的的电电解抛光解抛光 不锈钢的电解抛光溶液 一般都为磷酸基溶液即以磷酸为主 硫酸为辅 其中还添 加一部分添加剂 1 不锈钢电解抛光液的成分极其作用 磷酸 磷酸是抛光掖中的主要成分 磷酸和磷酸盐的黏滞性都比较大 有利于微观凸 起处金属的优先溶解 对金属的腐蚀性比较小 对获得平整光亮的表面起重要的作 用 硫酸 硫酸可提高电解液的导电率 改善分散能力 减轻对有色金属的腐蚀 提高钢 铁工件的光洁度 浓度过高 钢铁溶解速度过快 表面光泽性下降 浓度过低 容易 使铝及其合金发生斑点状腐蚀 铬酐 铬酐可促进金属表面氧化膜的形成 减轻和避免溶液对金属的腐蚀 提高整平 作用 以获得光洁度高的表面 2 不锈钢电解抛光溶液的控制参数 温度 不同的电解抛光液有不同的温度控制范围 温度升高有利于金属的溶解 但是 有可能产生过腐蚀 降低表面的光泽性 一般温度升高时要相应提高电流密度 才 能保证工件表面的光洁度 电流密度 电流密度也是工件在 EP 过程中一个重要参数 根据研究试验结果 奥氏体不 锈钢电流密度 15A 80A dm2 马氏体不锈钢电流密度 75A 82A dm2 电流密度要根 据不同的工件材料选用不同的电流密度 电流密度过高 氧气析出过多 难以形成 致密的氧化膜或稳定的黏膜 电极表面过热 电化学反应剧烈 容易产生腐蚀点和 条纹 电流密度过低 阳极一直处于阳极溶解状态 也不能提高金属工件表面的光 洁度 抛光时间 在电解抛光过程中 抛光时间并不是越长越好 它要根据电解抛光液温度的高 低和电流密度的大小来定 在一般情况下 抛光时间随着电流密度的增加 温度的 升高而减少 钢铁工件可比有色金属工件的抛光时间长一些 工件精度和表面质量 要求较高时 也应相应缩短抛光时间 必要时可反复多次进行抛光处理 搅拌 搅拌可加快电解液的流动 促进金属表面滞留的氧气泡的排除 减轻金属表面 的过热现象 从而有利于工件表面光洁度的提高 生产一般采用移动阳极的方法 也有用压缩空气来搅拌电解液 槽内阴极板 阴极板材料通常采用铅版 阴极面积一般稍大 以提高电流效率 阴阳极面积 比通常为 1 1 1 5 1 电位 在将抛光液的温度控制在一定的温度范围之内的前提下 如果电位太低 则无 黏液膜形成 也无电解抛光作用发生 式样表面灰白 若电位略为升高时 虽有黏 液膜的产生 但很不稳定 一旦形成也会立即溶入电解液中 也不产生抛光作用 仅有侵蚀现象产生 如果电位进一步增加 达到某一定值之后 才开始产生稳定的 黏液膜 电解抛光才得以产生 并有氧气逸出 抛光效果逐步提高 随着电位的持 续升高 黏液膜的厚度也相应增加 薄膜层的电阻上升 抛光电流基本保持不变 在这种电位下 氧气逸出较为迅速 局部溶液升温很快 抛光效果效果最佳 光亮 度显著增加 这一区域是电解抛光的最佳区域 在这一区域中若电位很高 由于局 部温度较高 抛光质量较好 但操作工艺不易控制 若电位再度升高 薄膜被击破 电阻反而下降 此时 便有凹坑出现 抛光效果变差 总结 抛光温度 抛光时间 抛光电流密度 抛光电位 电解抛光液的比重 这几个参 数是相互影响相互制约的 一个因素变化就会引起其余几个因素相应的变化 提高 温度和电位 可以提高溶液的导电能力和金属的溶解速度 但在一定的电位下 电 流密度同时也会随着溶液导电能力和金属溶解速度的增加而增加 因此 在高电位 作用下 必须采用较短的时间完成抛光任务 反之 在低电位作用下 电流密度必 将减少 抛光时间则须延长 但不能太长 否则会产生侵蚀现象 总之 电解抛光是一个受前处理 抛光温度 电位 时间 电流等综合因素相互 影响的过程 应根据现场情况灵活应用 适度掌握各种条件 才能获得最好的 抛 光效果 五五 不不锈钢电锈钢电解抛光液的配方解抛光液的配方 1 磷酸基溶液 配方 1 通用性好 适于碳钢 低合金钢和不锈钢 是应用最广泛的电解液 配方 2 适于 1Cr18Ni9Ti 之类的奥氏体不锈钢 配方 3 适于 1Cr13 之类的马氏体不锈钢 也可用于镍 铝的电抛光 配方 4 适于不锈钢 抛光质量中等 溶液使用寿命很长不需作再生处理 配方 5 适于不锈钢 抛光质量好 溶液使用寿命较长 主要用于手表等精密零件 配方 6 适于不锈钢 低合金钢 高合金钢 铸铁等 强烈搅拌可改善抛光质量 配方 7 适于除含钨的高碳钢以外的大多数普通钢 钢合金元素最高允许含量为镍 3 75 钼 0 5 铬 1 4 锰 1 75 钒 0 3 配方 8 适于碳纲及含锰 镍的摸具钢 钢铁钢铁磷酸基溶液磷酸基溶液电电抛光工抛光工艺规艺规范范 六六 不不锈钢电锈钢电解抛光常解抛光常见见故障分析及排除方法故障分析及排除方法 1 麻点 过腐蚀点 目前麻点是不锈钢电解抛光最大的问题点 这种现象受到很多种因素的影响 最直 接的影响因素有 电流密度分布不均 气体逸出不畅 电解液成分偏差 电流密度分布不均 影响电流密度分布不均的因素也很多 主要有以下几种 成分和操 作条件 12345678 磷酸 85 65 8050 6040 4511560ml L68 705860 62 硫酸 98 15 2020 3034 3736400ml L3118 22 铬酐 CrO35 63 41050g L12 14 甘油25 明胶7 8g L 葡萄糖2 草酸10 15 硫脲8 12 乙二胺四 乙酸二钠 1 水15 415 2020 1722 1690 3 密度 g cm3 1 70 1 741 64 1 751 65 1 4 6 1 76 1 821 70 1 74 1 6 1 7 温度 60 9050 6070 8040 8055 6575 8060 70室温 电流密度 A DM2 20 6020 10040 7010 3020 5020 302 7 6 510 25 电压 V 6 8 10 20 7 8 5 时间 MIN 1 5105 153 104 510 151010 30 夹具结构导致工件在 EP 时电流密度分布不均 改善夹具结构使夹具与工 件的接触比较平衡均匀 在保证夹具印合格的情况下尽量增大夹具与工 件的接触面积 电解抛光液比重下降或超出最大值 每种电解液都有不同的比重范围 如 果比重低于最小值 说明电解液中水分含量增多 水分增加容易产生麻点 比重超出所要求范围的最大值 容易导致电流密度局部过大 电流分布不 均 工件局部发生过腐蚀产生麻点 磷酸的比重 1 70 浓硫酸的比重 1 84 水的比重 1 电解液水分增加的原因 电解液在生产的过程中会生成 水 夹具会携带部分水进入槽内 调整电解液比重到最佳范围 在 EP 前 必须吹干夹具和工件上面的水分 温度过高 温度高可提高电解液的电导率 增加工件的表面亮度 但容易 造成电流密度分布不均而产生麻点 调整温度到最佳温度范围 工件在除油清洗时没有清洗干净 有油污残留在工件上 在 EP 时有油污的地方 就会出现麻点 工件的材料问题 不同的工件材料应选用不同种类的电解液 但有时后材料的晶 粒结构也会导致工件在 EP 过程中出现麻点 尽量选择较好的材料加工工件 返工零件 零件在进行第一次 EP 后由于一些局部的外观问题不良 而需要机械 抛光返抛再进行 EP 工件在第二次 EP