標籤:拋光 電解拋光 金屬表面處理

電解拋光,是以被拋工件為陽極,不溶性金屬為陰極,兩極同時浸入到電解槽中,通以直流電而產生有選擇性的陽極溶解,從而達到工件表面光亮度增大的效果。

1原理

電解拋光( Electrolytic Polishing)原理現在世界各界人士爭論很多,被大家公認的主要為黏膜理論。該理論主要為:工件上脫離的金屬離子與拋光液中的磷酸形成一層磷酸鹽膜吸附在工件表面,這種黏膜在凸起處較薄,凹處較厚,因凸起處電流密度高而溶解快,隨黏膜流動,凹凸不斷變化,粗糙表面逐漸被整平的過程。
工件作為陽極接直流電源的正極。用鉛﹑不鏽鋼等耐電解液腐蝕的導電材料作為陰極﹐接直流電源的負極。兩者相距一定距離浸入電解液(一般以硫酸﹑磷酸為基本成分)中﹐在一定溫度﹑電壓和電流密度(一般低於1安/厘米2 )下﹐通電一定時間(一般為幾十秒到幾分)﹐工件表面上的微小凸起部分便首先溶解﹐而逐漸變成平滑光亮的表面。

2特點

電解拋光的特點是﹕①拋光的表面不會產生變質層﹐無附加應力﹐並可去除或減小原有的應力層﹔②對難於用機械拋光的硬質材料﹑軟質材料以及薄壁﹑形狀複雜﹑細小的零件和製品都能加工﹔③拋光時間短﹐而且可以多件同時拋光﹐生產效率高﹔④電解拋光所能達到的表面粗糙度與原始表面粗糙度有關﹐一般可提高兩級。但由於電解液的通用性差﹐使用壽命短和強腐蝕性等缺點﹐電解拋光的應用範圍受到限制。電解拋光主要用於表面粗糙度小的金屬製品和零件﹐如反射鏡﹑不鏽鋼餐具﹑裝飾品﹑注射針﹑彈簧﹑葉片和不鏽鋼管等﹐還可用於某些模具(如膠木模和玻璃模等)和金相磨片的拋光。

3處理

適用於304、316、316L等材質不鏽鋼的鏡面拋光,拋光亮度高,光澤持久。
特點: 拋光效率高,質量好,數分鐘內可拋出高光澤。可以優先溶解掉金屬表面的形變層位錯,空穴聚積等電位組織,從而得到等電位表面,使不鏽鋼耐蝕性能大大提高。拋光需要調壓器、整流器、電解槽等裝置。
用法:原液使用,鉛版做陰極(負極),工件做陽極(正極),溫度60-80度,電流密度15-50安培平方分米,電壓10伏左右,時間5分鐘。工藝流程:化學除油→熱水洗→冷水洗→電解拋光→熱水洗→冷水洗→鈍化→冷水洗→熱水洗→熱純水洗 註:可根據實際情況,調整部分工藝流程。

4優缺點

缺點
1:電解拋光的質量與電解液以及電流與電壓的規範有關。要摸索不同的拋光參數,而影響電解拋光的參數較多,不易找到正確的電解拋光參數。
2:對於鑄鐵及夾雜物等試樣,較難獲得良好的結果。
3:電解液組成複雜,使用時需要注意安全操作。

5常見問題

1.電拋光后,表面為什麼會發現似未拋光的斑點或小塊?原因分析:拋光前除油不徹底,表面尚附有油跡。解決方法:選用「雲清牌 除油除蠟液」,1:10兌水使用,60-90℃條件下浸泡5-20分鐘。如長時間使用后應考慮更換新液。
2.拋光過後表面局部為什麼有灰黑色斑塊存在?原因分析:可能氧化皮未徹底除乾淨。局部尚存在氧化皮。解決方法:加大清除氧化皮力度,可選用「 不鏽鋼氧化皮清除液」,「不鏽鋼氧化皮清除膏」等產品。因除銹除氧化皮產品較多,具體適用產品可諮詢威海雲清化工開發院。
3.拋光后工件稜角處及尖端過腐蝕是什麼原因引起的?原因分析:稜角、尖端的部位電流過大,或電解液溫度過高,拋光時間過長,導致過度溶解。解決方法:調整電流密度或溶液溫度,或縮短時間。檢查電極位置,在稜角處設置屏蔽等。
4.為什麼工件拋光后不光亮並呈灰暗色?分析原因:可能電化學拋光溶液已不起作用,或作用不明顯。解決方法:檢查電解拋光液是否使用時間過長,質量下降,或溶液成分比例失調。
5.工件拋光后表面有白色的條紋是怎麼回事?原因分析:溶液相對密度太大,液體太稠,相對密度大於1.82。解決方法:增大溶液的攪拌程度,如果溶液相對密度太大,用水稀釋至1.72。在90~100℃條件下並加熱一小時。
6.為什麼拋光后表面有陰陽面,及局部無光澤的現象?原因分析:工件放置的位置沒有與陰極對正,或工件互相有屏蔽。解決方法:將工件進行適當的調整,使工件與陰極的位置適當,使電力分佈合理。
7.拋光后工件表面平整光潔,但有些點或塊不夠光亮,或出現垂直狀不亮條紋,一般是什麼原因引起的?原因分析:可能是拋光後期工件表面上產生的氣泡未能及時脫離並附在表面或表面有氣流線路。解決方法:提高電流密度,使析氣量加大以便氣泡脫附,或提高溶液的攪拌速度,增加溶液的流動。
8.零件和掛具接觸點無光澤並有褐色斑點,表面其餘部分都光亮是什麼原因?原因分析:可能是零件與掛具的接觸不良,造成電流分佈不均,或零件與掛具接觸點少。解決方法:擦亮掛具接觸點,使導電良好,或增大零件與掛具的接觸點面積。
9.同一槽拋光的零件有的光亮,有的不亮,或者局部不亮。原因分析:同槽拋光工件太多,致使電流分佈不均勻,或者是工件之間互相重疊,屏蔽。解決方法:減少同槽拋光工件的數量,或者注意工件的擺放位置。
10.為什麼拋光零件凹入部位和零件與掛具接觸點接觸附近有銀白色斑點?原因分析:可能是零件的凹入部位被零件本身或掛具屏蔽了。解決方法:適當改變零件位置,使凹入部位能得到電力線或縮小電極之間距離或提高電流密度。
11.已嚴格按照工藝規範操作,為什麼拋光后零件表面有或多或少的過腐蝕現象?原因分析:是否溶液溫度過高或電流密度太大,如果溶液配製沒有問題,又嚴格操作,則可能是拋光前的處理問題。解決方法:嚴格執行電化學拋光前處理的操作,在酸洗過程中避免過腐蝕。不要把清洗水留在零件表面,帶進拋光槽。
12.「不鏽鋼通用電解液」為什麼使用一段時間會出現泡沫?原因分析:工件表面未除油,一些油污浮在電解液表面,對操作帶來了困難。解決方法:已經出現此情況的,建議將表面的油污撈出,未出現的建議在拋光前進行除油。
13.電化學拋光液內硫酸與磷酸之間有什麼關係?原因分析:硫酸較多,拋光速度過快,對金屬基體可加快腐蝕,磷酸較多,可在工件表面吸附一種黏膜,亮度下降,拋光速度變慢。當然也不排除其他因素。解決方法:調整硫酸磷酸合適比例。也可以選擇「各種無鉻電解添加劑」配方。
14.工件拋光后表面無光澤,在淺黃色底子上有白色斑點,一般什麼原因引起的?原因分析:可能是電解拋光溶液中鉻酐含量過高,甚至超過1.5%。解決方法:鉻離子屬於重金屬離子,對人體有致癌作用,污染環境,可選用無鉻拋光液。推薦使用「不鏽鋼通用電解液」。
15.電解液成本核算主要是哪些?主要是電費、電解液、整流器、電解槽、極板、銅棒、加熱管等。
16.不鏽鋼各種材質在電解拋光時電流密度是多少?與電解成本有什麼關聯?
原因分析:在市場常規情況下不鏽鋼各種材質在電解液的密度為:200系列不鏽鋼材質電流密度在25—50安培之間,300系列不鏽鋼材質電流密度在15—30安培之間,400系列不鏽鋼材質電流密度在30—55安培之間。200系列不鏽鋼材質電流密度在15—25安培之間,300系列不鏽鋼材質在10—15安培之間,400系列不鏽鋼材質在25—30之間。電流密度越大,耗電量越大。而在電解成本核算中,電費所佔的比例很大。
17.拋光后經擦拭乾凈扔無光澤,有淺蘭色陰影什麼原因?
原因分析:可能是電化學拋光液配製后,未進行加熱及通電處理,或溶液操作溫度偏低。解決方案:120℃下加熱電拋光液一小時或將電解液加熱到規定溫度。
18.拋光后無光並且有黃色斑點是什麼原因引起的?原因分析:可能電化學溶液的相對密度偏小,已小於1.70。解決方案:調整電拋光的相對密度或在80—100℃條件下加熱濃縮以增大起相對密度。或是更換新液。
19.工件拋光后,為什麼從槽中取出就出現褐色斑點?原因分析:可能是電拋光不夠,或是時間較短。解決方法:首先適當延長拋光時間,如果無作用,則可能是溫度或者電流密度不夠的問題。
20.電解時為什麼容易出現打火現象?
原因分析:導致這一現象有三點因素:一是掛具與工件接觸點不牢固,二是電解液密度太低,三是電流密度過高。解決方法:多換幾種掛具與工件連接方法,盡量多增加掛具與工件的接觸點。如是電解液密度太低,可更換電解液,建議選用「不鏽鋼通用電解液」。
21.不鏽鋼電解液操作溫度對電解拋光有什麼影響?最佳溫度是多少?原因分析:一般電解液使用溫度為50—90℃之間,溫度較低,拋光速度較慢,光亮度下降。溫度過高,液體對工件腐蝕加快,容易引起工件過腐蝕,電解液有效成分容易分解。解決方法:溫度較低應加熱到規定溫度,加熱可使用各種加熱管(如石英,鈦材質加熱管),長時間工作溫度會上升,當溫度超過90℃時應停止工作,散熱可選用攪拌或冷卻循環方式。最佳使用溫度是50—90℃,「不鏽鋼通用電解液」的最佳使用溫度為50—80℃。
22.不鏽鋼工件表面凹凸不平,麻點呈凸狀,什麼原因引起的?原因分析:表面鏽蝕較多,電解液只是微觀腐蝕整平,較多的鏽蝕電解液不能完全清除,如延長拋光時間,大量鐵離子沉入電解液底部,降低電解液使用壽命。解決方法:將工件表面的鏽蝕清除乾淨。推薦使用「不鏽鋼活化液」,「除銹水」,「氧化皮清除液」等產品進行清洗除銹。
23.影響電化學拋光的主要因素有哪些?溫度,時間,工件材質,電解質,電壓,電流,工件擺放位置。
24.在做不鏽鋼電解拋光時,表面吸附一層淺紅色物質,再次放入電解液會有短時間的反應,什麼原因?原因分析:用銅掛具,銅離子進入電解液吸附到陽極表面,影響拋光質量,再次放入會有短時間反應是因為電解液將工件表面的銅離子溶解了。解決方法:選用鈦掛具,在夾具裸露處用聚氯乙烯樹脂烘烤成膜,在接觸點颳去絕緣膜,漏出金屬以利於導電。
25.陰陽極的最佳面積比是多少?陽極比陰極為1:2—3.5之間。26.兩極最佳極距是多少?陰極距陽極最佳距離為10—30厘米。27.不鏽鋼通用電解拋光液在老化后怎樣維護?不鏽鋼通用電解液老化后可以添加硫酸(密度為1.84),添加量為槽液重量的6%,或是參考386A·H/L.28.初次進行電解拋光,不僅沒有拋出亮度,而且工件表面全部變成黑色或灰色,是什麼原因引起的?原因分析:發生這種現象一般是兩極接反了,接反后鉛板成正極溶解,工件成陰極吸附,工件溶解在溶液中的鐵鎳鉻離子吸附在工件表面,形成了一層結合力不好的膜層。解決方法:將正負極重新連接,陽極接正極,陰極接負極。

6條件設備

電源;整流器;電極棒;冷卻管;加熱器;掛具;鉛板;電解槽;排風裝置
整流器
電解拋光對電源波形要求不是太嚴格,可選用可控硅整流器或高
電解拋光電源

  電解拋光電源

頻整流器。
整流器空載電壓:0—20v
負載電壓(工作電壓):8—10v
工作電壓低於6v,拋光速度慢,光亮度不足。
整流器電流:根據客戶工件大小而定。
加熱設施及冷卻設備
①加熱可選用石英加熱管,鈦加熱管。
②冷卻可選用盤管,盤管可加熱可冷卻。
陰陽極材料
陰極材料選用鉛板,陽極材料選用紫銅連接。
陽極比陰極為1:2—3.5之間。
陰極距陽極最佳距離為10—30厘米。
就目前來說,電解拋光主要針對不鏽鋼工件的表面光亮處理。不鏽鋼工件又分為200系列,300系列,400系列材質,各系列材質有必須用針對性電解拋光液。比如不鏽鋼200系列材質的不鏽鋼,必須用200系列的配方,此種配方無法適應300系列或400系列的不鏽鋼材質。這一直是國內一大難題,因為有些廠家的材質是組合工件,既有200系列不鏽鋼材質,又有300或400系列不鏽鋼材質。在2007年12月,威海雲清化工開發院王鈴樹高級工程師研製出一種不鏽鋼通用電解液。這種電解液適合所有不鏽鋼材質。他結合了原有電解液所有優點,比重為電解液最佳比重,為1.70,光亮度為鏡面亮度。同時還研發出新的優點,此電解液提高了原有的亮度,降低了一半的電流密度。在生產操作中,可節省50%的電費。使用壽命提高了40%,這種電解液一直在國內處於領先技術。
電解拋光工藝:除油--水洗--除銹--水洗--電解拋光--水洗--中和--水洗--鈍化--包裝

7類型

目前生產上採用的電拋光液主要有:
①硫酸、磷酸、鉻酐組成的拋光液;
②硫酸和檸檬酸組成的拋光液;
③硫酸、磷酸、氫氟酸及甘油或類似化合物組成的混合拋光液。
其他金屬的電解拋光
銅及其合金的電解拋光,廣泛採用磷酸電解液。鋁及鋁合金的電解拋光採用磷酸一硫酸一鉻酸性的溶液。
鋁及鋁合金的電解拋光在生產上應用得比較廣泛。拋光后的零件如果隨即進行短時間的氧化處理,不僅能得到平整光亮的外觀還能形成完整的氧化膜,提高耐蝕性,可以長期保持其表面光澤。
溶液的配製方法,可以參照鋼鐵零件電解拋光的有關內容。
當溶液中的鋁含量超過5%時,應部分更換或全部更換溶液。
當氯離子含量超過1%時,零件表面容易出現斑點腐蝕。配製溶液用的水中氯離子含量應少於8 0 mg/L。
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