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马氏体不锈钢电化学抛光工艺研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-27  浏览次数:936
核心提示:不锈钢不仅具有优异的耐蚀性能,且其机械耐磨性、耐化学腐蚀性和装饰性等也非常优异,因而广泛用于化工、石油、家电、日用五金、食品、机械制造等行业。
 

引 言

不锈钢不仅具有优异的耐蚀性能,且其机械耐磨性、耐化学腐蚀性和装饰性等也非常优异,因而广泛用于化工、石油、家电、日用五金、食品、机械制造等行业。但是不锈钢制品在热加工、机械加工或放置一段时间后其表面容易生成一层黑色氧化皮,其主要成分为Cr20,、Ni0,这不仅影响了不锈钢的外观质量,也影响产品的使用性能。为了提高不锈钢制品的耐蚀性、光洁度和获得装饰性外观,必须对不锈钢制品进行抛光处理”之1。

马氏体不锈钢由于含碳量较高,其强度、硬度大,可以用来制造机器零件如蒸汽涡轮的叶片、蒸汽装备的轴和拉杆以及制造医疗器械、餐刀、测量用具、弹簧等。马氏体不锈钢中各元素质量分数分别为Cr12%。18%,CO.lo'/o~ 0.4%,除个别钢号含有少量Ni外,大多数钢号只含有Cr,所以其耐蚀性能较差,属难抛光合金p1。

本文对马氏体不锈钢的化学抛光T艺进行了研究。通过对比试验,本文对影响马氏体不锈钢抛光效果的因素进行了分析,并得出了最佳的抛光工艺。经过该工艺处理的马氏体不锈钢光亮等级可达到5级。

1 实验方法

实验材料为lCr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18等马氏体不锈钢,试样规格为50mm×30mm×Imm。

实验流程为,除油(碱性化学除油NaOH 60~80g/L,Na2C03 20—40 g/L,Na2Si033~10 g/L,Na,PO。.12H:0 20~ 40 g/L,温度80-90℃,时间至油除尽为止)_热水洗(50-60C)一冷水洗(常温)_酸浸蚀(1010H:SO。溶液常温)_水洗(常温)-÷电化学抛光-*水洗(常温)-中和(50/0 Na2C03溶液中和)一水洗(常温)_吹干。

经过上述工艺处理后的马氏体不锈钢的抛光亮度等级,采用目测法评定,参照《表面处理.T艺手册》中关于镀层表面光亮度检验的方法检测H1。

2 实验结果与分析

2.1 抛光液组分的确定

传统的不锈钢电化学抛光使用铬酐,对环境污染大,研究中采用无铬酐电化学抛光T艺。查阅相关文献‘5-6],并经过对比实验确定马氏体不锈钢电化学抛光液成分为磷酸、硫酸、添加剂。初步丁艺确定为添加剂7.5ml/L、抛光温度60℃、电流密度60A/dm2,抛光时间3min。

2.1.1磷酸质量浓度的确定

在初步确定的丁艺下,磷酸(d=1.74)在抛光液中的用量分别取230ml/L、260ml/L、290ml/L、320ml/L、350ml/L,对马氏体不锈钢抛光质量的影响见表l。

 


 

磷酸是不锈钢制品电解抛光液的主要成分,它能在制品表面和阳极区生成稠性粘膜,增进抛光效果。当磷酸含量低于290ml/L时,由于电解抛光液比重小,粘度也小,离子扩散速度快,使金属溶解加快,不利于达到整平抛光效果;当磷酸含量高于320ml/L时,电解抛光液过于粘稠,导电率低,抛光速度缓慢。磷酸含量为290~ 320ml/L。

2.1.2硫酸质量浓度的确定

在初步确定的T艺下,磷酸含量为290ml/L,硫酸(d=1.84)的用量分别取160ml/L、190ml/L、220ml/L、250ml/L、280ml/L,对马氏体不锈钢进行抛光处理,其结果见表2。

 


 

硫酸能改善抛光液的分散能力和提高电流效率,硫酸可以同磷酸一起形成阳极粘性膜,有利于制品表面的整平和提高表面抛光光泽度。当硫酸含量低于220ml/L,所形成阳极粘性膜使抛光速度变慢,试样的光亮度差。硫酸含量过高,会造成不锈钢的过腐蚀,降低其表面的光洁度。硫酸含量确定为220~ 250ml/L。

2.1.3添加剂质量浓度的确定

为提高电化学抛光的效果,增强电化学抛光液的整平作用,防止马氏体不锈钢在强酸、高温下出现过腐蚀,在电化学抛光液中要加入一些醇胺类及聚氧乙烯醚类的添加剂。实验时抛光液中磷酸用量290ml/L,硫酸用量220ml/L,其他的工艺参数不变,添加剂含量分别取Oml/L、2.5ml/L、Sml/L、7.5ml/L、lOml/L、12.5ml/L、15ml/L,对马氏体不锈钢进行抛光处理,其结果见表3。

 


 

添加剂的加入可以增强电化学抛光液的整平作用,有效地提高制品的光亮度。同时,添加剂具有一定的缓蚀剂作用,可以避免不锈钢在强酸、高温条件下进行电化学抛光产生过腐蚀,当抛光液中无添加剂时,无抛光作用,不锈钢发生化学腐蚀,随着添加剂含量增加,不锈钢抛光质量明显提高,但是添加剂用量过多,抛光液的黏度过大,不易导电,电流效率低,光亮度有所下降。因此,添加剂用量确定为7.5。12.5ml/L。

2.2抛光工艺对抛光质量的影响

2.2.1温度的确定

在抛光液中磷酸用量290ml/L,硫酸用量220ml/L,添加剂用量lOml/L,电流密度60A/dm2,抛光时间3min的情况下,温度对不锈钢抛光表面质量的影响见表4。

 


 

随温度的升高,促使阳极溶解,并促使阳极表面形成固体膜,有效地提高了光亮度。当温度在70·90℃时,抛光作用明显,光亮等级达到5级。当温度高于90℃时,阳极周围液体沸腾起泡,破坏了阳极表面固体膜,使不锈钢凸凹处受到同样程度的腐蚀,导致光泽下降。抛光温度在700C~ 90 aC。

2.2.2 阳极电流密度的确定

其他的工艺参数不变,电流密度分别取40、50、60、70、80、90 A/dm2,电流密度对不锈钢抛光表面质量的影响见表5。

 


 

当电流密度低于60 A/dm2时,阳极溶解较慢,整平作用弱,抛光效果不明显。当电流密度大于60 A/dm:时,阳极溶解速率明显加快。但是,当电流密度大于80 A/dm2时,过高的电流密度会破坏粘膜层的稳定性,造成阳极溶解速率过快,出现过度腐蚀,不利于抛光,电流密度在60~ 70 A/dm2。

2.2.3抛光时间的确定

在其他的工艺参数不变,抛光时间对不锈钢抛光表面质量的影响见表6。

 


 

抛光开始阶段试样表面由暗灰色变白,然后逐步出现光泽,3min一5min时光亮度最好,且表面平整细腻。延长抛光时间,会使阳极局部过热,破坏金属离子在阳极表面固体膜和粘膜层中的稳态扩散,导致表面光泽度下降且易出现麻坑,抛光时间在3—5min时为宜。

3结论

通过实验研究,得到了适合马氏体不锈钢进行电化学抛光的无铬酐的抛光液,该抛光液工艺为:

 


 

该电化学抛光液中磷酸能在制品表面形成稠性粘膜,增进抛光效果;硫酸作为腐蚀剂起到溶解不锈钢表面氧化物的作用;添加剂能够调节电化学抛光液的黏度,起到整平增亮的作用,马氏体不锈钢经过该抛光液抛光后光亮等级可达到5级。

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