在不锈钢电解抛光时,不锈钢在阳极上,当电流通过电解液时,金属表面微观凸起部分首先被溶解,从而产生表面被抛光的效果。
1. 不锈钢的阳极极化曲线
不锈钢电解抛光时测得阳极电位-电流强度极化曲线,如图11-9.图11-9中有3个不同的电化学行为区域:活化区(A)、钝化区(P)和过钝化区(T).影响阳极极化曲线和阴极极化曲线相对位置的主要因素有两方面,一方面是钢与合金的成分,另一方面是介质的种类。我们把存在活化-钝化转变的金属和合金的极化曲线图上的阳极和阴极极化曲线的四种相对位置,用图11-9中的A、B、C、D、E和F来表示,以此来讨论该金属和合金钝化状态的稳定性。
由图11-9可看出在不同条件下,电化学腐蚀的四种状态。第一种情况εm和ε阴仅有一个交点A,即仅有一个稳定态εA,不超过钝化电位εp,此时金属处于活化状态,腐蚀电流强度较大,因此腐蚀速度较大。如铁在稀硫酸中的腐蚀就是一个典型的例子。第二种情况是ε阳和ε阴有三个交点B、C、D,而C点是不稳定的,B点和D点的状态是相对稳定的,即金属可以处在钝化状态也可以处在活化状态,这种钝化状态可以因为其他偶然因素而被破坏,而使金属或合金处于活化状态。如18-8不锈钢在含氧化剂的硫酸介质中即属于此种状态。第三种情况ε阳和ε阴交于E点,只有一个钝化稳定电位,这种情况说明金属只有处在钝化状态才是稳定的,它能够自动钝化,具有很小的腐蚀速度。如不锈钢在硝酸中就是这样。第四种情况ε和ε阴交于F点,处于过钝化区,εF超过了过钝化电位εT,金属处于过钝化状态,有较高的腐蚀速度。如铬不锈钢在浓硝酸中就会产生过钝化。
从上述分析可以得出,不锈钢只有在第三种状态(即处于钝化状态)下才是耐腐蚀的,它有最小的腐蚀电流,腐蚀速度很小。其他三种状态下不锈钢是不耐蚀的。由此可见不锈钢的“不锈性”是相对的,只是说腐蚀速度比较小就是了。
不锈钢的不锈性既然与表面钝化膜的稳定性有关,那么,任何有意和无意的表面处理都可能影响其不锈性。改变不锈钢表面的粗糙度,就可以影响不锈钢的耐腐蚀性。降低不锈钢的表面粗糙度,可以提高耐腐蚀性,这是不争的事实,不锈钢表面抛光的目的之一就在于此。
从上述分析还可以看出,电解抛光就是选择合适的电解液组成及浓度,使金属表面既处于局部活化,又处于局部钝化的中间状态(图11-9中的B、D点之间),来实现整平表面、增加光泽的效果。同时,只有使阳极钝化膜的生成速度与溶解速度大致相同时,方可达到较好的抛光效果。为此,合理地调整电解抛光的工艺参数(电流密度、电解液温度、抛光时间),使阳极钝化膜的生成速度与溶解速度大致相同,是获得高亮度,低粗糙度的抛光效果的关键。
电化学抛光是以被抛光工件为阳极,不溶性金属为阴极,两电极同时浸人电化学抛光槽中,通以直流电而产生有选择性的阳极溶解,阳极表面光亮度增大,这种过程与电镀过程正好相反。
2. 电解抛光的黏性薄膜理论
电解抛光主要是靠阳极电极溶解过程和表面磷酸盐膜共同作用的结果。从阳极溶解下来的金属离子与抛光液中的磷酸形成溶解度小、黏性大、扩散速度小的磷酸盐,并慢慢地积累在阳极附近,粘接在阳极表面,形成了黏滞性较大的电解液层。密度大、导电能力差的黏膜在微观表面上分布不均匀,从而影响了电流密度在阳极上的分布。很明显,黏膜在微观凸起处比凹洼处的厚度小,使凸起处电流密度较高而溶解速度较快。随着黏膜的流动,凸凹位置的不断变换,粗糙表面被逐渐整平。不锈钢表面因此被抛光达到高度光洁和光泽的外观。
由此可见,溶液浓度和黏度是电解抛光的重要因素,特别是溶液的黏度。往往表现在新配的抛光溶液,虽然成分和浓度达到了要求,但由于黏度尚未达到要求也抛不出光亮的表面,只有在经过一段时间的电解后方能使抛光达到良好状态。特别是溶液与零件的界面浓度和黏度,在抛光中起着重要作用。这就是为什么要求工件在进入抛光液前表面水膜要均匀,否则会由于工件表面带水膜的不均匀性,破坏了黏膜的正常生成,发生局部过腐蚀现象。水洗后的工件最好甩干或烘干后,立即迅速下槽,通电抛光,方可避免由于表面水膜不均匀,发生局部过腐蚀现象。
电解抛光还不能完全取代机械抛光。这是因为电解抛光只是对金属表面起微观整平作用,如果粗糙表面也采用电解抛光,那是非常不经济的,宏观的整平还是要靠机械抛光。
电解抛光对材料化学成分的不均匀性和显微偏析特别敏感,会在金属基体和非金属夹杂物之间发生剧烈侵蚀作用。有时候,不良的台金状态,金属晶粒结构尺寸的不均匀性,轧制的痕迹,盐类或氧化物的污染、过酸洗以及淬火过度等,均会对电解抛光产生极不良的影响,而这些问题常常要靠先期的机械抛光来弥补。
3. 不锈钢电解抛光表面的特性
a. 电解抛光表面粗糙度和光亮度
电解抛光表面粗糙度值(Ra)接近于0.20μm,光亮度可达80%左右,这是机械抛光所难以达到的(图11-3和图11-4).
b. 电解抛光表面显微硬度
电解抛光随着抛光时间的延长,表面显微硬度开始时明显下降,15min后下降趋势变得平缓,这主要是因为电解抛光时,冷作硬化层被逐渐溶解,使表面硬度下降,而后趋于平缓所致。
c. 表面耐腐蚀性
腐蚀性实验采用失重法进行,即50g/L三氯化铁和183g/L盐酸介质,在温度50℃中进行。每隔1小时取出试样观察其表面腐蚀状态,并在光电分析天平上称量其失重值(mg).
在电解抛光时,金属表面的冷作硬化层溶解,表面活性降低,更重要的是表面形成连续的钝化膜,明显地提高了其耐蚀性。众所周知,降低表面的粗糙度可以提高耐腐蚀性。特别是电解抛光表面形成的表面膜中,Cr/Fe值最大,在许多介质中都有很高的稳定性,所以耐腐蚀;而机械抛光表面膜中的Cr/Fe值最小,因而,在许多介质中的稳定性,耐腐蚀性较电解抛光表面差许多。
4. 电解抛光的优点
不锈钢电解抛光与手工机械抛光相比,具有下列优点:
a. 产品内外色泽一致,清洁光亮,光泽持久,外观轮廓清晰;
b. 抛光面抗腐蚀性能增强;
c. 与机械抛光相比,生产效率高,成本低;
d. 应用范围广.特别适用与蒲工件和机械抛光不能实现的工件抛光,如焊管、容器内壁抛光等。