Электролитическая полировка нержавеющей стали: объяснение | MachineMFG

Электролитическая полировка нержавеющей стали: объяснение

0
(0)

I. Принцип работы

1. При электролизе полируемая деталь используется в качестве анода, а нерастворимый металл - в качестве катода. При погружении в электрохимическую ванну и подаче постоянного тока происходит селективное анодное растворение, в результате чего поверхность нержавеющей стали становится очень гладкой и блестящей.

2. Электролитическое воздействие обеспечивает устойчивый цвет нержавеющей стали внутри и снаружи, чистоту и яркость с продолжительным блеском. Образует вязкую тонкую пленку на поверхности, повышая коррозионную стойкость.

II. Состав электролитического раствора и условия процесса

1. Фосфорная кислота:

Он одновременно растворяет и образует фосфатную защитную пленку на поверхности нержавеющей стали, предотвращая чрезмерную коррозию. Оптимальная концентрация составляет около 750 мл/л.

(1) Если концентрация слишком высока, электрическое сопротивление ванны увеличивается, вязкость возрастает, что приводит к повышению требуемого напряжения и замедлению выравнивания.

(2) Если концентрация слишком низкая, это приводит к неравномерной коррозии на поверхности нержавеющей стали из-за более высокой степени активации и низкой степени пассивации.

2. Серная кислота:

Как активатор, он улучшает проводимость раствора, снижает сопротивление, тем самым снижая напряжение ванны, экономя энергию, повышая дисперсионную способность и эффективность анодного тока. Оптимальная концентрация составляет 180~210 мл/л.

(1) Если концентрация слишком высока, поверхность может подвергнуться чрезмерной коррозии, что приведет к образованию равномерного, плотного питтинга.

(2) Если концентрация слишком низкая, это приводит к сильной неравномерной коррозии.

3. Хромовый ангидрид:

Сильный окислитель, он образует на поверхности пассивирующую пленку, предотвращающую коррозию и способствующую получению более гладкой поверхности. Оптимальная концентрация составляет 50~60 г/л.

(1) Если концентрация хромового ангидрида слишком низкая, сложно добиться яркой поверхности.

(2) Если концентрация слишком высока, под сильным током может произойти осаждение, что снизит эффективность тока и приведет к точечной коррозии и другим формам чрезмерной коррозии на полировочной поверхности.

4. Глицерин (глицерин):

Он играет важную роль в ингибировании коррозии. Вступая в реакцию с фосфорной кислотой, он образует комплексы и производные металлов, делая полированную поверхность чрезвычайно яркой и нежной. Глицерин также предотвращает химические коррозия нержавеющей стали в электролите.

(1) Если концентрация слишком мала, несмотря на яркую полировку поверхности, коррозия может сделать ее шероховатой.

(2) При более высокой концентрации он может преодолеть шероховатость, в результате чего получается яркая и нежная полированная поверхность.

(3) Если концентрация слишком высока, может образоваться чрезмерное количество пены, что негативно скажется на работе и приведет к расходу материала.

5. Сахарин: усиливает яркость.

(1) Сахарин, участвуя в катодных процессах, может адсорбироваться на металлических поверхностях, способствуя яркости и блеску полированной поверхности.

(2) В анодных процессах сахарин образует адсорбционную пленку на поверхности анода, которая защищает поверхность нержавеющей стали от эрозии электролитом при отсутствии тока. При подаче тока электрические провода сначала прорывают изолирующую пленку на приподнятых участках, инициируя растворение, в то время как углубленные участки эффективно защищены, что приводит к выборочному растворению для получения гладкой и блестящей поверхности.

6. Плотность тока:

(1) При низких плотностях тока металл находится в активированном состоянии, а полированная поверхность подвергается эрозии. Продукты анодного растворения минимальны, а химическое растворение преобладает над электрохимическим, что приводит к плохой гладкости.

(2) Когда плотность тока превышает соответствующее значение, происходит интенсивное выделение кислорода, что приводит к перегреву и чрезмерной коррозии на металлическая поверхностьчто приводит к неравномерному растворению и повышенному потреблению электроэнергии.

7. Температура:

Умеренное повышение температуры может ускорить процесс выравнивания и повысить эффективность тока, тем самым улучшая гладкость и яркость поверхности.

(1) Слишком низкая температура увеличивает вязкость электролита, что затрудняет диффузию продуктов анодного растворения из металлическая поверхность в электролит и пополнить запасы на аноде.

(2) Слишком высокая температура увеличивает количество растворенного металла, в результате чего в резервуаре образуются пар и газ, которые вытесняют электролит с поверхности металла, парадоксальным образом замедляя скорость растворения металла. Снижение вязкости вблизи электролита ускоряет диффузию продуктов растворения, что приводит к ускорению скорости растворения и влияет на гладкость поверхности.

III. Приготовление раствора электролита

Раствор следует готовить в соответствии с объемным содержанием [% (V)] или мл/л и массовым содержанием [% (wt)] или г/л в формуле, что будет отличаться при расчете дозировки.

1. Объемное содержание

 Если объем жидкости в резервуаре составляет 1000 л, расчет дозировки и этапы подготовки выглядят следующим образом.

a. Дозировка фосфорной кислоты: XmL/L×1000L=XL. Отмерьте и добавьте в резервуар фосфорную кислоту XL.

b. Дозировка серной кислоты: XmL/L×1000L=XL. Отмерьте и постепенно добавьте серную кислоту XL к фосфорной кислоте при перемешивании.

c. Дозировка воды: XmL/L×1000L=XL. Поместите в отдельную емкость.

d. Дозировка хромового ангидрида: XmL/L×1000L=XL. Добавьте взвешенный хромовый ангидрид в воду и перемешивайте, пока он не растворится в растворе хромовой кислоты.

e. Постепенно добавьте раствор хромовой кислоты к раствору фосфорно-серной кислоты при перемешивании до однородности. Раствор приобретет желтый цвет.

f. (1) Дозировка желатина: Xg/L×1000L=Xkg. Размешайте взвешенный желатин в горячей воде до однородности, затем медленно добавьте его небольшими порциями в раствор фосфорно-серной кислоты. В результате начнется сильная реакция восстановления, и электролит окрасится в желто-зеленый цвет.

(2) Постепенно добавьте в емкость рассчитанное количество глицерина, помешивая. При этом начнется сильная реакция восстановления и образуется избыточная пена. Чтобы раствор не переполнился из-за пены, будьте особенно осторожны при добавлении глицерина. Раствор также станет желто-зеленым. Дайте ему остыть без помех.

2. Массовое содержание

a. Измерьте удельный вес используемых фосфорной и серной кислот, принимая измеренную плотность фосфорной кислоты d1=1,7 г/мл, плотность серной кислоты d2=1,8 г/мл.

b. Затем из таблиц химических данных относительной плотности каждой кислоты можно найти, что: в 100 г раствора кислоты содержание фосфорной кислоты P1=86,25 г, содержание серной кислоты P2=88 г.

c. Рассчитайте необходимый объем фосфорной кислоты V1 и серной кислоты V2.

V=xdo×1000/pd (L)

Где x - массовая доля кислоты в формуле; do - плотность раствора, среднее значение = 1,65 г/мл.

d. Объем воды=1000-V1-V2

e. Дозировка хромового ангидрида.

Поскольку хромовый ангидрид - твердая кислота, требуемая масса рассчитывается по формуле xd0×1000/100 (кг).

f. Добавьте рассчитанное количество хромового ангидрида к требуемому количеству воды и перемешайте до растворения.

g. Добавьте рассчитанное количество фосфорной кислоты к раствору хромового ангидрида и перемешайте до однородности.

h. Постепенно добавьте рассчитанное количество серной кислоты к раствору, полученному на этапе g, при перемешивании.

3. Измерение относительной плотности раствора:

После того как приготовленный раствор остынет до комнатной температуры, измерьте его относительную плотность с помощью ареометра.

1. Если относительная плотность превышает 1,7, добавьте к электролиту соответствующее количество воды, разбавляя его до тех пор, пока относительная плотность не окажется в диапазоне от 1,6 до 1,7.

2. Если относительная плотность находится в пределах от 1,6 до 1,7, но объем электролита недостаточен, добавьте необходимое количество фосфорной кислоты, серной кислоты и хромового ангидрида в соответствии с недостатком объема.

3. Если относительная плотность ниже 1,6, а объем уже достаточен или немного превышен, нагрейте электролит до 80°C и выпаривайте влагу, пока относительная плотность не достигнет диапазона от 1,6 до 1,7.

4. Электролитическая обработка: Повесьте свинцовую пластину на катод и нержавеющую стальная пластина на аноде. При температуре 70-80°C подайте ток плотностью 60-80 А/дм² в течение времени, рассчитанного на 40 А/ч/л.

Затем приступайте к пробному производству. Если на поверхности заготовки появляется точечная коррозия или блеск поверхности неудовлетворительный, добавление хромового ангидрида, желатина и глицерина может быстро повысить содержание шестивалентного и трехвалентного хрома в электролите до требуемого уровня.

В результате электролитической обработки электролит может стать слегка зеленым, что свидетельствует о том, что определенное количество ионов никеля и хрома растворилось в электролите, что обеспечивает успешное пробное производство.

4. Требования к обслуживанию и технологическому процессу электролита:

1. Нержавеющая сталь должна быть тщательно обезжирена перед электролизом, чтобы предотвратить загрязнение ванны маслом.

2. В процессе использования необходимо регулярно измерять относительную плотность раствора и своевременно корректировать ее.

3. Железо, хром и никель элементы из нержавеющей стали растворяются в электролите в процессе электролиза. Накапливаясь до определенной степени, они увеличивают вязкость и сопротивление раствора, что приводит к появлению на поверхности нержавеющей стали блеска.

Вы можете выбрать один из двух методов:

  • Разбавьте раствор соответствующим количеством воды, чтобы снизить кислотность. Такие примеси, как железо, хром и никель, могут образовывать локальные фосфаты и выпадать в осадок. Удалите осадок со дна ванны, затем нагрейте и выпарьте воду, чтобы восстановить исходную относительную плотность.
  • Замените часть раствора, в идеале сохранив 20% старого раствора и дополнив его 80% нового.

4. Очистка свинцовых пластин катода: В процессе электролиза на поверхности катодной свинцовой пластины накапливается толстый слой примесей, таких как железо и никель, что препятствует проводимости поверхности катода и снижает ток. Это препятствует увеличению плотности анодного тока и сильно ухудшает качество электролиза. Очень важно своевременно удалять эти отложения для поддержания текучести цепи.

5. Соотношение площади катода и анода: Площадь катода поддерживается на уровне 1/2 - 1/3,5 от площади анода для подавления роста трехвалентного хрома. Избыток трехвалентного хрома окисляется в шестивалентный хром на поверхности анода. Переизбыток трехвалентного хрома может привести к старению электролита.

6. Расстояние между электродами:

  • Большое расстояние увеличивает сопротивление, расход энергии и может привести к нагреву раствора, что отрицательно скажется на качестве электролиза.
  • Небольшое расстояние может привести к короткому замыканию и почернению изделия. Оптимальное расстояние между катодом и анодом составляет 100-300 мм.

7. Отключение питания при входе и выходе из резервуара: При вводе или выводе изделий из резервуара следует отключать электропитание. Не рекомендуется переносить или извлекать приспособления с помощью электричества, так как это может привести к электрическим искрам, вызвать электролиз и потенциально воспламенить смесь водорода и кислорода, скопившуюся на поверхности резервуара.

8. Контролируйте соответствующую плотность анодного тока: Плотность анодного тока пропорциональна растворению металла. Выбор правильной плотности анодного тока и контроль ее в определенном диапазоне анодного потенциала очень важен для качественного электролиза.

  • Если плотность анодного тока слишком мала, на поверхности заготовки происходит общее растворение анода без какого-либо эффекта.
  • B. Если плотность анодного тока слишком высока, мембрана пробивается, кислород быстро выделяется в газообразной форме, происходит перегрев поверхности, разжижение электролита усиливается, мембрана разрушается, перестает существовать, и возникает электрохимическая коррозия.

9. Контроль температуры ванны:

  • Температура должна поддерживаться в пределах установленного технологического диапазона для поддержания нормальной скорости выравнивания, снижения вязкости электролита, уменьшения толщины анодной мембраны, ускорения диффузии продуктов растворения анода, ускорения конвекции раствора, облегчения отрыва пузырьков газа на аноде и предотвращения появления пятен или крапинок.
  • Слишком высокая температура может привести к перегреву раствора, ускоряя превращение шестивалентного хрома в трехвалентный (Cr 6+ +3e→Cr 3+), что может привести к коррозии поверхности.
  • Если температура слишком низкая, это может привести к увеличению вязкости раствора и толщины мембраны на поверхности анода, препятствовать диффузии продуктов растворения анода и значительно снизить эффект выравнивания.

10. Оптимальное соотношение шестивалентного и трехвалентного хрома: Раствор должен сохранять желто-зеленый цвет в процессе производства.

  • Если цвет преимущественно желтый, это говорит о том, что электролит содержит избыточное количество Cr 6+. Добавьте соответствующее количество желатина или глицерина для частичного восстановления шестивалентного хрома до трехвалентного, или используйте большой катод и маленький анод для электролиза, чтобы получить трехвалентный хром.
  • Если цвет темно-зеленый, это означает, что электролит содержит избыточное количество Cr 3+. Растворите пропорциональное количество хромового ангидрида в воде и добавьте его в раствор или используйте большой анод и маленький катод для электролиза, чтобы частично преобразовать трехвалентный хром в шестивалентный, что также может улучшить качество раствора.

5. Медицинское оборудование, Лтд. Технологический процесс

(1) Используя метод химической активации, нержавеющая сталь подвергается мягкому травлению перед электролизом, чтобы удалить пассивную пленку и активировать поверхность металла.

После мягкого травления его нельзя оставлять на воздухе надолго, его следует немедленно очистить, высушить и перенести в электролизер.

Мягкий процесс травления: Серная кислота: 3%~5% Температура: Комнатная температура Продолжительность: 0.5~1мин

(2) Компоненты и условия работы раствора электролита

  • Фосфорная кислота (H3PO4,85%) (d=1.65) (60%~70%) (Оптимально: 70%)
  • Серная кислота (H2SO4,98%) (d=1.84) (8%~15%) (Оптимально: 12%)
  • Хромовый ангидрид (CrO3) (5%~15%) (Оптимально: 12%)
  • Глицерин или желатин - 12% (8 г/л)
  • Вода - оставшееся количество
  • Температура (°C) - (50~100) (Оптимально: 50~70)
  • Напряжение (В) - 10~20
  • Плотность анодного тока A/d㎡ - (10~55) (Оптимально: 15~30)
  • Относительная плотность раствора (г/см 3) - 1.6~1.7
  • Продолжительность (мин) - 30~45 (в зависимости от размера заготовки)
  • Соотношение площади поверхности катода и анода - (1~1.5):1
  • Материал катода - свинец

IV. Анализ общих проблем при электролитической полировке нержавеющей стали

1. Точки на поверхности заготовки

Основная причина - неравномерное распределение плотности тока. На это неравномерное распределение влияет несколько факторов, в том числе:

1. Несогласованная плотность тока, вызванная конструкцией приспособления. Изменение конструкции приспособления для обеспечения сбалансированного и равномерного контакта с заготовкой может помочь. В идеале мы должны увеличить площадь контакта между приспособлением и заготовкой, обеспечив при этом качество приспособления.

2. Удельный вес жидкости для электролитической полировки падает или превышает максимальное значение. Если он выходит за пределы требуемого диапазона удельного веса, на поверхности детали могут появиться выбоины. Оптимальный удельный вес электролитической жидкости составляет 1,72.

3. Высокая температура может повысить электропроводность электролитической жидкости и улучшить яркость поверхности заготовки. Однако это также может привести к неравномерному распределению плотности тока, что приведет к образованию ямок.

4. На обработанных деталях во время второго цикла электролитической полировки обычно образуются ямки. Чтобы предотвратить это, необходимо уменьшить продолжительность и силу тока для второго этапа полировки.

5. Недостаточный выход газов в основном связан с неправильным углом наклона приспособления к заготовке. Направление отверстий в заготовке должно быть направлено вверх, а угол наклона приспособления должен быть отрегулирован таким образом, чтобы обеспечить легкое рассеивание газа во время электролитической полировки.

6. Длительное время электролитической полировки может привести к появлению карманов из-за чрезмерной коррозии. Электролитическая полировка - это микроскопический процесс выравнивания. Как только поверхность детали достигает микроскопического уровня яркости и гладкости, окисление на поверхности детали прекращается. Если электролиз продолжается, возникает чрезмерная коррозия, приводящая к образованию пятен.

7. Сильный ток может привести к появлению пятен коррозии. Если ток, проходящий через деталь во время электролитической полировки, слишком велик, скорость растворения поверхности детали превышает скорость окисления, что приводит к чрезмерной коррозии и появлению коррозионных пятен.

2. Поверхностные ожоги на заготовке

Этот дефект может быть вызван несколькими факторами:

1. Если деталь неправильно установлена в приспособлении перед электролитической полировкой, она может расшататься и шататься во время процесса. Это может привести к плохому контакту с приспособлением или прямому контакту с катодом приспособления, что вызовет короткое замыкание и последующие ожоги.

2. Если оператор не проводит проверку на короткое замыкание на приспособлении после установки детали и переходит непосредственно к электролитической полировке, может произойти короткое замыкание. Без проверки невозможно определить, находится ли установленная деталь в контакте с катодом. Если контакт произойдет, деталь может сгореть.

3. Проблемы с приспособлением могут возникнуть после длительного использования, особенно там, где приспособление непосредственно соприкасается с деталью. Если контактные площадки приспособления неровные, плотность тока, проходящего через контактную поверхность детали во время электризации, может меняться, вызывая ожоги в местах с более высокой плотностью тока.

3. Отбеливание, потемнение и пожелтение поверхности деталей

1. Отбеливание поверхности: Основной причиной отбеливания поверхности детали являются последующие операции, особенно во время процесса выпечки в печи. Если температура внутри печи слишком высока и влага, находящаяся в воздухе и на поверхности детали, не может быть эффективно удалена, возникает проблема. Чтобы уменьшить эту проблему, температура в печи должна контролироваться на уровне 80±2℃, и лучше всего использовать печь с хорошей системой циркуляции газа.

2. Потемнение поверхности: Это нежелательное явление возникает в основном в местах контакта детали с приспособлением, и в основном из-за самого приспособления. После завершения электролитической полировки предыдущей детали ее необходимо извлечь из приспособления в разбавленной азотной кислоте 10%. После удаления детали приспособление необходимо тщательно промыть в воде, прежде чем переходить к следующей детали.

3. Пожелтение поверхности: Эта проблема возникает в основном в местах контакта детали с приспособлением. Когда площадь контакта между деталью и анодом приспособления относительно мала, в месте контакта может возникнуть высокая температура и нагрев во время электролитической полировки. Поскольку зона контакта не соприкасается с электролитом для охлаждения, могут возникнуть небольшие ожоги, что приведет к пожелтению. Решение этой проблемы в основном заключается в разумном усовершенствовании контактных точек приспособления или корректировке параметров электролитической полировки.

4. Черные и подгоревшие следы на заготовке

Образование таких следов связано с высоким током, необходимым для электролитической обработки, который превышает максимальный ток, который может выдержать подвеска. Решения включают:

1. Выберите материал с лучшей проводимостью для вешалки:

Как правило, проводимость меди более чем в 20 раз превышает проводимость титанПоэтому медные подвески обладают более высокой проводимостью, чем титановые, и на них реже образуются следы. Можно использовать фосфористую бронзу, поскольку она обладает хорошей эластичностью и твердостью. Однако следует учитывать срок службы подвеса и его устойчивость к коррозии, в чем титан превосходит титан.

2. Увеличение количества точек подвеса:

Сначала определите состояние точек подвеса после электролиза. Если в текущих условиях образуются лишь незначительные следы, увеличение количества точек подвеса может решить проблему.

3. Соответствующее снижение напряжения:

Более высокое напряжение ускоряет процесс излучения света, что позволяет сократить время электролиза и повысить эффективность производства. По этой причине на заводах обычно используется напряжение немного выше обычного. Однако если установленное напряжение слишком велико, оно может превысить максимальную нагрузку на проволоку подвеса и оставить следы.

4. Понижение или контроль температуры электролита:

При высокой температуре электролита проводимость подвеса значительно снижается, а сила тока, требуемая для заготовки, резко возрастает. Это может привести к перегрузке подвеса и появлению следов. В этом случае проблему можно решить, понизив температуру электролита. Если температура превышает 80 градусов и образуются следы, вокруг электролизной емкости можно построить охлаждающий желоб, в котором циркулирующая вода будет постоянно охлаждать электролит.

5. Анализ других причин дефектов полировки

Дефекты полировкиПричины:Решение:
Наличие пятен или небольших участков на поверхностиНаличие следов масла или ржавчины на поверхности Тщательно очистите, чтобы удалить масло и ржавчину.
Чрезмерная коррозия на краях и кончиках заготовокЧрезмерный ток, высокая температура или длительная работаНастройте соответствующие параметры.
Белые полосы на поверхности заготовкиПлотный раствор электролитаРазбавьте водой до плотности 1,72.
Различное качество заготовок из одного и того же пазаСлишком большое количество заготовок или взаимные помехиСократите количество заготовок или измените приспособления.
Чрезмерное количество пены на поверхности электролитаНечистая заготовкаУбедитесь, что заготовка тщательно очищена.
Тусклая поверхность с белыми пятнамиВысокое содержание хромового ангидридаРассмотрите возможность использования экологически чистого раствора электролита
Непомерные расходы на электроэнергиюВысокая плотность токаРассмотрите возможность использования экологически чистого раствора электролита
Искрение при электролизеПлохой контакт между приспособлением и заготовкойИзмените крепления и увеличьте количество точек соприкосновения.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх