不锈钢电抛光及电化学钝化

我厂生产的各种仪表中,绝大部分零件需要承受强腐蚀介质的考验,因此,需用各种不锈钢材料制作。常用的不锈钢材料有:1Cr18Ni9Ti、CrWMn、1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13等。

不锈钢零件的形状和大小也各不相同。简单的如管材、线材、板线、带材制作件；复杂的有叶轮、齿轮、阀体、壳体等。从不到1克重的小空心杆到几十公斤重的大壳体。其表面状态也各式各样,有经机械加工的表面,有毛坯表面；有经点焊、电焊、氢弧焊的表面；还有经热处理的表面( 具有一层很厚的氧化皮〉。

以前对各种不锈钢零件分别进行机械抛光、酸洗,或松膜、去膜、酸洗、化学钝化等处理。不锈钢机械抛光, 比钢铁、铜、铝及其合金零件机械抛光困难。而且复杂零件的一些部位,不易抛到。酸洗,特别是酸洗有黑色氧化皮的零件,首先需在含氧化剂的高浓度NaOH溶液中高温松膜,再用H₂SO₄、H₂Cr0₄、HF混酸溶液去膜, 还要在HCl、HN0₃和H₂S0₄的水溶液中酸洗,最后在HN0₃的水溶液中钝化处理。这些处理方法,工艺烦琐、生产效率低, 操作条件恶劣, 而且还易造成废品。不得不研究改进。

我们曾试验采用过电抛光。电解液组分为硫酸15% ,磷酸65%,甘油12%, 铬酸5%, 水3%( 重量百分比〉。试验结果：对1Cr18Ni9Ti及CrWMn不锈钢零件有抛亮效果, 但对有氧化皮的零件,仍需松膜、去膜、酸洗后才能进行电抛光。而且这种电解液的浓度很高( 比重高达1.7以上),不能带水入槽〈零件需干燥后才能入槽),给操作带来很大的麻烦。同时电解液很不稳定,不易调整再生, 吸水性强,大而复杂的零件有阴暗面。而且阳极电流密度(Da)高、电压(V)高、速度慢, 不能满足生产需要。

经过较长时间的反复试验, 我们研制出一种槽液稳定易调,操作方便,成本低,效率高,无污染的不锈钢电抛光新配方。在较长时间的生产实践中, 效果较好。

一、配方及操作条件

1.配方

2.操作条件

电解液比重：1.4-1.5，温度：60-100℃，阳极电流密度：15-35A/dm²，阴极电流密度: 5-15A/dm²，阴极：含锑5-8%的铅锑合金（浇铸），电压:  8-10V(小件电压可低些〉，时间:2-10分钟。时间越长,越细致光亮,不会过腐蚀。如有公差配合的零件需注意防止超差。

二、电解液的配制方法

1、将需要量的硫酸慢慢倒入需要量的1/2 (体积)水中, 并搅拌均匀。2、将磷酸加入(1)中,搅拌均匀。

3、将铬酸用少量水溶解后, 加入(2)中,搅拌均匀。4、最后将甘油徐徐倒入(3)中搅拌均匀。此时,电解液呈绿色〈甘油将Cr⁶⁺还原成Cr³⁺的结果〉。5、用水将电解液的比重调至1.4-1.5, 搅拌均匀, 即可使用。

三、电解液配方中各种材料的作用

1、硫酸是一种强电解质,主要起导电作用,促使阳极较快地溶解,它和磷酸在一定比例时,是抛光的主要材料之一。实践证明,硫酸含量低时,抛光速度慢,光亮度欠佳,甚至抛不亮; 硫酸含量高时,抛光速度快,光亮度好, 但太高就粗糙。

2、磷酸是中强酸,对不锈钢的腐蚀比较差,而且它是一种粘稠的油状液体,在电解过程中,能促使阳极抛光表面产生一层阻化膜, 对其溶解起一定的阻化作用,从而提高阳极极化,使抛光面获得镜面光亮。因此,磷酸主要也起抛光作用。同时它还能与铜、铁等金属离子生成难溶的磷酸盐沉淀,从而起到净化电解液的作用。磷酸本身是很稳定的, 对不锈钢腐蚀又很弱,故在生产过程中消耗量很少,只需按硫酸添加量的1/8(休积)加入即可。

3、铬酸是强氧化剂，主要是六价铬起作用，生成的三价铬在阳极又被氧化成六价铬，所以是六价铬起作用。因此在阳极表面同时受氧和六价铬的氧化作用生成一层钝化膜,这就促使不锈钢的表面在抛光过程中被整平, 获得光亮细致的表面。实践证明, 磷酸含量低时不光亮, 高时光亮, 但太高会降低抛光速度。

4、甘油除能吸附在阳极表面, 对阳极溶解(抛光)起一定的阻化作用外,还能与磷酸生成络合物及其金属的衍生物,可能在阳极表面形成一层更牢固的阻化膜,阻滞阳极溶解,从而使抛光表面非常光亮细致。同时,甘油还能防止不锈钢在电解液中的化学腐蚀。所以当甘油含量低时, 抛光表面虽然光亮, 但粗糙；甘油含量高时, 抛光面细致、光亮；太高时, 泡沫太多, 影响操作, 也浪费材料。

四、工艺流程

1 .低温高效除油〈代替原来有机溶剂除油及化学除油〉

(1) 配方：Ck-821 ( 低温高效除油剂)30-40g/l

(2) 工作条件：温度50-60℃，时间2-5 分钟，一定要不断搅动零件。大件可用棉纱或刷子浸配制好的除油液抹刷冷水清洗

五、电源、电解槽及挂具

1、电源直流发电机、硅整流器、可控硅整流器, 抛光效果均一样。可见对电源波形的要求不严。电源电压空载时10-15V或0-20V; 带负载时为8-10V最好。电压低于6V则速度慢,光亮度也不够。

2、电解槽用铅衬里的钢板套槽。蒸汽管在夹套里进行水浴加热。这种装置在夏天还可以用流动冷水降温。

3、挂具用铜及其合金材料做挂具〈小件用细铜丝捆绑), 导电好但腐蚀太快,而且当电解液中铜离子积累到一定量时,在阴极上有大量的铜析出, 影响抛光过程。另外,在槽液中有大量Cu²⁺存在时,在断电取零件时, 其表面会立即置换上一层铜, 故一般不用铜及其合金作挂具。用铝及其合金材料作挂具,效果很好。导电好, 腐蚀慢, 而且A1³⁺对酸液无不良影响。

六、槽浓的维护

1、槽液稳定易调,可以长期使用,不需更换或者再生,每半月或一个月,清除一次槽底的沉淀和刷洗阴极即可。

2、槽液中含硫酸较高, 吸水性较强, 故需在不使用时盖好槽盖。若含水多时( 槽液比重小于1.4),可用蒸浓法将多余的水分除去。或按比例加入硫酸、磷酸及甘油, 将槽液的比重调至1.4-1.50。

3、槽液不需化验, 只需按硫酸：磷酸= 8：1 ( 体积比〉加入, 使槽液的比重重新调整为1.4-1.5, 就能保证抛亮。如果零件经抛光后光亮, 但显粗糙, 就适当加入甘油, 零件表面立即光亮细致,且不会有过腐蚀现象。铬酸只是配制时加入,以后不需添加,因为电抛光过程中,不锈钢中的铬会不断被补充到电解液中。

七、注意事项

1、零件进出槽时,应先切断电源,严禁带电摘挂,以防电火花导致爆炸。

2、在电抛光过程中,会产生大量泡沫,故配制电解液时,液位需低于槽边300-400mm。既防止泡沫溢出,也给调整槽液留有余地。

3、槽液低于60℃时,抛光速度较慢。当温度高于100℃时, 零件表面会生成一层雾状膜,可在3%的硝酸液中浸一下除去,并能保持光亮。

4、经电焊或热处理零件,可进行两次抛光〈小件一次即抛亮), 第一次进槽2-3分钟取出, 将己硫松了的焊渣及厚氧化反除掉( 刷或敲掉)，再第二次进槽3-5分钟,效果最好。