Pulido electrolítico de acero inoxidable: Explicación | MachineMFG

Pulido electrolítico del acero inoxidable: Explicación

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I. Principio de funcionamiento

1. La electrólisis utiliza la pieza de pulido como ánodo y un metal insoluble como cátodo. Cuando ambos se sumergen en un baño electroquímico y se aplica corriente continua, se produce una disolución anódica selectiva, lo que da lugar a un aspecto muy liso y brillante en la superficie del acero inoxidable.

2. La acción electrolítica garantiza que el acero inoxidable tenga un color uniforme por dentro y por fuera, limpio y brillante con un brillo duradero. Forma una fina película viscosa en la superficie, mejorando la resistencia a la corrosión.

II. Composición de la solución electrolítica y condiciones del proceso

1. Ácido fosfórico:

Disuelve y forma una película protectora de fosfatos en la superficie del acero inoxidable, evitando la corrosión excesiva. La concentración óptima es de unos 750 ml/l.

(1) Si la concentración es demasiado alta, aumenta la resistencia eléctrica del baño, aumenta la viscosidad, lo que provoca una mayor tensión necesaria y una nivelación más lenta.

(2) Si la concentración es demasiado baja, se produce una corrosión desigual en la superficie del acero inoxidable debido a una mayor activación y una menor tendencia a la pasivación.

2. Ácido sulfúrico:

Como activador, mejora la conductividad de la solución, reduce la resistencia, disminuyendo así el voltaje del baño, ahorrando energía y mejorando la capacidad de dispersión y la eficiencia de la corriente anódica. La concentración óptima es de 180~210mL/L.

(1) Si la concentración es demasiado alta, la superficie puede corroerse en exceso, dando lugar a una picadura uniforme y densa.

(2) Si la concentración es demasiado baja, se produce una corrosión desigual grave.

3. Anhídrido crómico:

Es un oxidante fuerte que forma una película de pasivación en la superficie para evitar la corrosión, contribuyendo a una superficie más lisa. La concentración óptima es de 50~60g/L.

(1) Si la concentración de anhídrido crómico es demasiado baja, es difícil conseguir una superficie brillante.

(2) Si la concentración es demasiado alta, podría producirse sedimentación bajo una corriente elevada, lo que reduciría la eficacia de la corriente y provocaría picaduras y otras formas de sobrecorrosión en la superficie de pulido.

4. Glicerol (Glicerina):

Desempeña un papel importante en la inhibición de la corrosión. Reacciona con el ácido fosfórico para formar complejos y derivados metálicos, lo que hace que la superficie pulida sea extremadamente brillante y delicada. El glicerol también previene la corrosión del acero inoxidable en el electrolito.

(1) Si la concentración es demasiado baja, a pesar de una superficie de pulido brillante, la corrosión puede hacerla áspera.

(2) Con una mayor concentración, puede superar la rugosidad, dando como resultado una superficie pulida brillante y delicada.

(3) Si la concentración es demasiado alta, puede producirse un exceso de espuma, afectando a las operaciones y desperdiciando material.

5. Sacarina: Aumenta el brillo.

(1) La sacarina, cuando interviene en procesos catódicos, puede adsorberse en las superficies metálicas, contribuyendo al brillo y lustre de la superficie pulida.

(2) En los procesos anódicos, la sacarina forma una película de adsorción en la superficie del ánodo, que protege la superficie del acero inoxidable de la erosión electrolítica cuando no hay corriente. Cuando se aplica corriente, las líneas eléctricas atraviesan primero la película de aislamiento en las partes elevadas, iniciando la disolución, mientras que las zonas rebajadas quedan eficazmente protegidas, lo que da lugar a una disolución selectiva para obtener una superficie lisa y brillante.

6. Densidad de corriente:

(1) A bajas densidades de corriente, el metal se encuentra en estado activado, con la superficie pulida erosionada. Los productos de disolución del ánodo son mínimos y la disolución química domina sobre la electroquímica, lo que da lugar a una suavidad deficiente.

(2) Cuando la densidad de corriente excede el valor apropiado, se produce una intensa evolución de oxígeno, causando sobrecalentamiento y sobrecorrosión en el superficie metálica, lo que provoca una disolución irregular y un mayor consumo de energía eléctrica.

7. Temperatura:

Un aumento moderado de la temperatura puede acelerar el proceso de nivelación y mejorar la eficacia de la corriente, aumentando así la suavidad y el brillo de la superficie.

(1) Una temperatura demasiado baja aumenta la viscosidad del electrolito, dificultando la difusión de los productos de disolución anódica del superficie metálica al electrolito y reponer el ánodo.

(2) Una temperatura demasiado elevada aumenta la cantidad de metal disuelto, produciendo vapor y gas en la cuba que desplazan el electrolito de la superficie del metal, lo que paradójicamente ralentiza la velocidad de disolución del metal. La disminución de la viscosidad cerca del electrolito acelera la difusión de los productos de disolución, lo que acelera la velocidad de disolución y afecta a la lisura de la superficie.

III. Preparación de la solución electrolítica

La solución debe prepararse de acuerdo con el contenido de volumen [% (V)] o mL/L y el contenido de masa [% (wt)] o g/L en la fórmula, que diferirán en el cálculo de la dosis.

1. Volumen Contenido

 Suponiendo que el volumen de líquido del tanque es de 1000L, el cálculo de la dosificación y los pasos de preparación son los siguientes.

a. Dosificación de ácido fosfórico: XmL/L×1000L=XL. Mida y añada ácido fosfórico XL al depósito.

b. Dosificación de ácido sulfúrico: XmL/L×1000L=XL. Medir y añadir gradualmente ácido sulfúrico XL al ácido fosfórico mientras se agita.

c. Dosificación de agua: XmL/L×1000L=XL. Colocar en un recipiente aparte.

d. Dosificación de anhídrido crómico: XmL/L×1000L=XL. Añadir el anhídrido crómico pesado al agua y agitar hasta que se disuelva en una solución de ácido crómico.

e. Añadir gradualmente la solución de ácido crómico a la solución de ácido fosfórico-sulfúrico mientras se agita hasta que esté uniforme. La solución aparecerá de color amarillo.

f. (1) Dosis de gelatina: Xg/L×1000L=Xkg. Revuelva la gelatina pesada en agua caliente hasta que esté uniforme, luego agréguela lentamente en pequeños lotes a la solución de ácido fosfórico-sulfúrico. Esto iniciará una fuerte reacción de reducción y el electrolito se volverá amarillo verdoso.

(2) Añada gradualmente la cantidad calculada de glicerina al depósito sin dejar de remover. Esto también iniciará una fuerte reacción de reducción y producirá un exceso de espuma. Para evitar que la solución se desborde debido a la espuma, tenga especial cuidado al añadir la glicerina. La solución también se volverá amarillo-verdosa. Dejar enfriar sin agitar.

2. Contenido de masa

a. Medir la gravedad específica de los ácidos fosfórico y sulfúrico utilizados, suponiendo que la densidad medida del ácido fosfórico d1=1,7g/mL, la densidad del ácido sulfúrico d2=1,8g/mL.

b. Entonces, a partir de las tablas de datos químicos de la densidad relativa de cada ácido, se puede encontrar que: en 100g de solución ácida, el contenido de ácido fosfórico P1=86,25g, el contenido de ácido sulfúrico P2=88g.

c. Calcular el volumen necesario de ácido fosfórico V1 y ácido sulfúrico V2.

V=xdo×1000/pd (L)

Donde x es el porcentaje en masa del ácido en la fórmula; do es la densidad de la solución, tomar el valor medio=1,65g/mL

d. Volumen de agua=1000-V1-V2

e. Dosis de anhídrido crómico.

Como el anhídrido crómico es un ácido sólido, la masa necesaria se calcula mediante la fórmula xd0×1000/100 (Kg).

f. Añadir la cantidad calculada de anhídrido crómico al agua necesaria y remover hasta que se disuelva.

g. Añadir la cantidad calculada de ácido fosfórico a la solución de anhídrido crómico y remover hasta que esté uniforme.

h. Añadir gradualmente la cantidad calculada de ácido sulfúrico a la solución del paso g mientras se agita.

3. Medición de la densidad relativa de la solución:

Después de que la solución preparada se enfríe a temperatura ambiente, mide su densidad relativa con un hidrómetro.

1. Si la densidad relativa supera 1,7, añada una cantidad adecuada de agua al electrolito, diluyéndolo hasta que la densidad relativa se encuentre dentro del intervalo de 1,6 a 1,7.

2. Si la densidad relativa está entre 1,6 y 1,7 pero el volumen del electrolito es insuficiente, reponga la cantidad necesaria de ácido fosfórico, ácido sulfúrico y anhídrido crómico en función de la escasez de volumen.

3. Si la densidad relativa es inferior a 1,6 y el volumen ya es suficiente o ligeramente superior, caliente el electrolito a 80°C y evapore la humedad hasta que la densidad relativa alcance el intervalo de 1,6 a 1,7.

4. Tratamiento electrolítico: Colgar una placa de plomo en el cátodo y una placa de chapa de acero en el ánodo. A una temperatura de 70 a 80°C, aplique una densidad de corriente de 60 a 80A/dm² durante una duración calculada a 40Ah/L.

A continuación, comience la producción de prueba. Si aparece corrosión picada en la superficie de la pieza o el brillo superficial no es satisfactorio, la adición de anhídrido crómico, gelatina y glicerina puede aumentar rápidamente el contenido de cromo hexavalente y cromo trivalente en el electrolito hasta los niveles requeridos.

El tratamiento electrolítico puede volver el electrolito ligeramente verde, lo que indica que cierta cantidad de iones de níquel y cromo se han disuelto en el electrolito, lo que permite una producción de prueba satisfactoria.

4. Requisitos de mantenimiento y proceso del electrolito:

1. El acero inoxidable debe desengrasarse a fondo antes de la electrólisis para evitar la contaminación del baño por aceite.

2. La densidad relativa de la solución debe medirse regularmente durante su utilización y ajustarse con prontitud.

3. Hierro, cromo y níquel metálico elementos de acero inoxidable se disuelven en el electrolito durante el proceso de electrólisis. Una vez que se acumulan hasta cierto punto, aumentan la viscosidad y la resistencia de la solución, lo que da lugar a una superficie deslucida en el acero inoxidable.

Puede elegir entre dos métodos:

  • Diluir la solución con una cantidad adecuada de agua para disminuir la acidez. Las impurezas como el hierro, el cromo y el níquel pueden formar fosfatos localizados y precipitar. Retire el sedimento del fondo del baño y, a continuación, caliente y evapore el agua para restablecer la densidad relativa original.
  • Sustituir parte de la solución, idealmente conservando 20% de la solución antigua y completando con 80% de solución nueva.

4. Limpieza de las placas de plomo del cátodo: Durante la electrólisis, la superficie de la placa de plomo del cátodo acumula una gruesa capa de impurezas como hierro y níquel, lo que dificulta la conductividad de la superficie del cátodo y disminuye la corriente. Esto dificulta la densidad de corriente del ánodo y afecta gravemente a la calidad de la electrólisis. Es crucial eliminar a tiempo estos depósitos para mantener la fluidez del circuito.

5. Relación entre el área del cátodo y del ánodo: El área del cátodo se mantiene entre 1/2 y 1/3,5 del área del ánodo para inhibir el aumento de cromo trivalente. Un exceso de cromo trivalente se oxida en cromo hexavalente en la superficie del ánodo. Un exceso de cromo trivalente puede provocar el envejecimiento del electrolito.

6. Distancia entre electrodos:

  • Una distancia grande aumenta la resistencia, el consumo de energía y puede hacer que la solución se caliente, afectando a la calidad de la electrólisis.
  • Una distancia pequeña puede provocar cortocircuitos y ennegrecimiento del producto. La distancia óptima entre cátodo y ánodo es de 100-300 mm.

7. Corte del suministro eléctrico durante la entrada y salida del tanque: El suministro eléctrico debe cortarse cuando se introducen o extraen piezas del tanque. No es aconsejable cargar o retirar piezas con electricidad, ya que esto puede provocar chispas eléctricas, causar electrólisis y, potencialmente, encender una mezcla de gas de hidrógeno y oxígeno agregada en la superficie del tanque.

8. Controlar la densidad de corriente anódica adecuada: La densidad de corriente anódica es proporcional a la disolución del metal. Elegir la densidad de corriente anódica adecuada y controlarla dentro de un determinado rango de potencial anódico es esencial para una buena calidad de la electrólisis.

  • Si la densidad de corriente del ánodo es demasiado baja, se produce una disolución general del ánodo en la superficie de la pieza sin ningún efecto.
  • B. Si la densidad de corriente anódica es demasiado alta, la membrana se perfora, el oxígeno se libera rápidamente en forma gaseosa, se produce un sobrecalentamiento de la superficie, se intensifica la dilatación del electrolito, la membrana se estropea, deja de existir y se produce la corrosión electroquímica.

9. Control de la temperatura del baño:

  • La temperatura debe mantenerse dentro del intervalo de proceso prescrito para mantener normal la velocidad de nivelación, reducir la viscosidad del electrolito, disminuir el grosor de la membrana del ánodo, acelerar la difusión de los productos de disolución del ánodo, acelerar la convección de la solución, facilitar el desprendimiento de las burbujas de gas retenidas en el ánodo y evitar la aparición de manchas o moteado.
  • Si la temperatura es demasiado alta, puede provocar el sobrecalentamiento de la solución, acelerando la conversión del cromo hexavalente en cromo trivalente (Cr 6+ +3e→Cr 3+), lo que puede provocar la corrosión de la superficie.
  • Si la temperatura es demasiado baja, puede aumentar la viscosidad de la solución y el grosor de la membrana de la superficie del ánodo, inhibir la difusión de los productos de disolución del ánodo y reducir significativamente el efecto de nivelación.

10. Proporción óptima de cromo hexavalente y cromo trivalente: La solución debe mantener un color amarillo verdoso durante el proceso de producción.

  • Si el color es predominantemente amarillo, indica que el electrolito contiene un exceso de Cr 6+. Añada una cantidad adecuada de gelatina o glicerina para reducir parcialmente el cromo hexavalente a cromo trivalente, o utilice un cátodo grande y un ánodo pequeño para la electrólisis a fin de generar cromo trivalente.
  • Si el color es verde oscuro, significa que el electrolito contiene un exceso de Cr 3+. Disuelva una cantidad proporcional de anhídrido crómico en agua y añádalo a la solución, o utilice un ánodo grande y un cátodo pequeño para la electrólisis a fin de convertir parcialmente el cromo trivalente en cromo hexavalente, lo que también puede mejorar la calidad de la solución.

5. Dispositivos médicos Co. Flujo del proceso

(1) Utilizando el método de activación química, el acero inoxidable se graba ligeramente antes de la electrólisis para eliminar la película pasiva y activar la superficie metálica.

Después del grabado suave, no debe dejarse al aire durante demasiado tiempo, debe limpiarse inmediatamente, secarse y transferirse a electrólisis.

Proceso de grabado suave: Ácido sulfúrico: 3%~5% Temperatura: Temperatura ambiente Duración: 0.5~1min

(2) Componentes y condiciones de trabajo de la solución electrolítica

  • Ácido fosfórico (H3PO4,85%) (d=1,65) (60%~70%) (Óptimo: 70%)
  • Ácido sulfúrico (H2SO4,98%) (d=1,84) (8%~15%) (Óptimo: 12%)
  • Anhídrido crómico (CrO3) (5%~15%) (Óptimo: 12%)
  • Glicerol o Gelatina - 12% (8g/L)
  • Agua - Cantidad restante
  • Temperatura (°C) - (50~100) (Óptimo: 50~70)
  • Tensión (V) - 10~20
  • Densidad de corriente anódica A/d㎡ - (10~55) (Óptimo: 15~30)
  • Densidad relativa de la solución (g/cm 3) - 1,6~1,7
  • Duración (min) - 30~45 (En función del tamaño de la pieza)
  • Relación entre la superficie del cátodo y la del ánodo - (1~1,5):1
  • Material del cátodo: plomo

IV. Análisis de problemas comunes en el pulido electrolítico de acero inoxidable

1. Marcas de viruta en la superficie de la pieza

La causa principal es la distribución desigual de la densidad de corriente. Hay varios factores que influyen en esta distribución desigual, entre ellos:

1. Densidad de corriente incoherente causada por la estructura de la fijación. La modificación de la estructura de la fijación para garantizar un contacto equilibrado y uniforme con la pieza de trabajo puede ayudar. Lo ideal es aumentar la superficie de contacto entre el útil y la pieza, garantizando al mismo tiempo la calidad del útil.

2. La gravedad específica del líquido de pulido electrolítico desciende o supera el valor máximo. Si supera el intervalo de gravedad específica requerido, la superficie de la pieza es propensa a la formación de marcas de viruela. La gravedad específica óptima para el fluido electrolítico es de 1,72.

3. Las altas temperaturas pueden aumentar la conductividad del fluido electrolítico y mejorar el brillo de la superficie de la pieza. Sin embargo, también puede dar lugar a una distribución desigual de la densidad de corriente que provoque marcas de viruela.

4. Las piezas repasadas tienden a desarrollar marcas de viruela durante la segunda ronda de pulido electrolítico. Para evitarlo, debe reducirse la duración y la corriente de la segunda ronda de pulido.

5. El escape inadecuado de gas se debe principalmente al ángulo inadecuado de la fijación sobre la pieza de trabajo. La dirección de los orificios de la pieza debe ser ascendente, y el ángulo de la fijación debe ajustarse para permitir una fácil dispersión del gas durante el pulido electrolítico.

6. Un tiempo prolongado de pulido electrolítico puede causar marcas de viruela debido a una corrosión excesiva. El pulido electrolítico es un proceso de nivelación microscópica. Una vez que la superficie de la pieza alcanza un nivel microscópico de brillo y suavidad, se detiene la oxidación en la superficie de la pieza. Si la electrólisis continúa, se producirá un exceso de corrosión que provocará marcas de viruela.

7. Una corriente elevada puede provocar puntos de corrosión. Si la corriente que atraviesa la pieza durante el pulido electrolítico es demasiado alta, la velocidad de disolución de la superficie de la pieza supera la velocidad de oxidación, lo que provoca una corrosión excesiva y puntos de corrosión.

2. Quemaduras superficiales en la pieza

Varios factores pueden provocar este defecto:

1. Si la pieza no se coloca correctamente en el útil antes del pulido electrolítico, puede aflojarse y tambalearse durante el proceso. Esta holgura puede provocar un mal contacto con la fijación o un contacto directo con el cátodo de la fijación, provocando un cortocircuito y las consiguientes quemaduras.

2. Si el operario no realiza una prueba de cortocircuito en la fijación después de montar la pieza y procede directamente al pulido electrolítico, podría producirse un cortocircuito. Sin la prueba, no se sabe con certeza si la pieza montada está en contacto con el cátodo. Si se produce el contacto, la pieza puede quemarse.

3. Tras un uso prolongado, pueden surgir problemas con la fijación, sobre todo cuando ésta entra en contacto directo con la pieza. Si los puntos de contacto de la fijación se vuelven desiguales, la densidad de corriente soportada por la superficie de contacto de la pieza durante la electrificación puede variar, provocando quemaduras en las zonas con mayor densidad de corriente.

3. Blanqueamiento, oscurecimiento y amarilleamiento de la superficie de las piezas

1. Blanqueamiento superficial: La causa principal del blanqueamiento de la superficie de la pieza son las operaciones posteriores, en particular durante el proceso de cocción en un horno. Si la temperatura dentro del horno es demasiado alta y no se puede expulsar eficazmente la humedad del aire y de la superficie de la pieza, surge el problema. Para mitigarlo, la temperatura del horno debe controlarse en torno a 80±2℃, y lo mejor es utilizar un horno con un buen sistema de circulación de gases.

2. Oscurecimiento de la superficie: Este fenómeno indeseable se produce principalmente cuando la pieza entra en contacto con la fijación, y se debe predominantemente a la propia fijación. Una vez finalizado el pulido electrolítico de la pieza anterior, es necesario retirar la pieza de la fijación en ácido nítrico diluido 10%. Una vez retirada la pieza, el dispositivo debe limpiarse a fondo con agua antes de pasar a la siguiente pieza.

3. Amarilleamiento de la superficie: Este problema aparece principalmente donde la pieza entra en contacto con la fijación. Cuando el área de contacto entre la pieza y el ánodo de la fijación es relativamente pequeña, el punto de contacto puede generar altas temperaturas y calor durante el pulido electrolítico. Como la zona de contacto no está en contacto con el electrolito para enfriarse, pueden producirse ligeras quemaduras, lo que provoca amarilleamiento. La solución a este problema pasa principalmente por realizar mejoras razonables en los puntos de contacto de la fijación o ajustar los parámetros de pulido electrolítico.

4. Marcas negras y quemadas en la pieza de trabajo

La formación de estas marcas se debe a la elevada corriente necesaria para la pieza electrolítica, que supera la corriente máxima que puede soportar la percha. Las soluciones incluyen:

1. Elegir un material con mejor conductividad para la percha:

En general, la conductividad del cobre es más de 20 veces superior a la del titanioPor eso, las perchas de cobre tienen una conductividad más fuerte que las de titanio y es menos probable que se formen marcas. También puede utilizarse el bronce fosforoso, que tiene buena elasticidad y dureza. Sin embargo, también hay que tener en cuenta la vida útil de la percha y su resistencia a la corrosión, donde destaca el titanio.

2. Aumentar el número de puntos de suspensión:

En primer lugar, determine el estado de los puntos de suspensión después de la electrólisis. Si en las condiciones actuales sólo se forman pequeñas marcas, aumentar el número de puntos de suspensión podría resolver el problema.

3. Reducir la tensión adecuadamente:

Los voltajes más altos aceleran el proceso de emisión de luz, lo que puede reducir el tiempo de electrólisis y aumentar la eficacia de la producción. Por este motivo, las fábricas suelen trabajar con tensiones ligeramente superiores a las normales. Sin embargo, si el voltaje ajustado es demasiado alto, podría superar la carga máxima del hilo de suspensión y crear marcas.

4. 4. Reducir o controlar la temperatura del electrolito:

Cuando la temperatura del electrolito es elevada, la conductividad de la percha disminuye considerablemente y la corriente que necesita la pieza aumenta de forma drástica. Esto puede sobrecargar la percha y crear marcas. En este caso, reducir la temperatura del electrolito puede resolver el problema. Si la temperatura supera los 80 grados y se forman marcas, se puede construir una cuba de refrigeración alrededor de la cuba electrolítica, con agua circulante enfriando continuamente el electrolito.

5. Análisis de otras causas de defectos de pulido

Defectos de pulidoRazones:Solución:
Presencia de manchas o pequeños parches en la superficiePresencia de marcas de aceite u óxido en la superficie Limpiar a fondo para eliminar el aceite y el óxido.
Sobrecorrosión en los bordes y puntas de la piezaCorriente excesiva, temperatura elevada o duración prolongadaAjuste los parámetros correspondientes.
Rayas blancas en la superficie de la piezaSolución electrolítica densaDiluir con agua hasta una densidad de 1,72.
Calidad variable de las piezas de una misma ranuraDemasiadas piezas o interferencias mutuasReduzca el número de piezas o modifique las fijaciones.
Excesiva espuma en la superficie del electrolitoPieza suciaAsegúrese de que la pieza de trabajo esté bien limpia.
Superficie mate con manchas blancasAlto contenido en anhídrido crómicoConsidere la posibilidad de utilizar la solución electrolítica respetuosa con el medio ambiente
Costes de electricidad desorbitadosAlta densidad de corrienteConsidere la posibilidad de utilizar la solución electrolítica respetuosa con el medio ambiente
Chispas observadas durante la electrólisisMal contacto entre el útil y la pieza de trabajoAlterar las fijaciones y aumentar los puntos de contacto.

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