一、电化学抛光铣切原理


1. 黏膜的整平作用


  在电化学抛光铣切时,工件作为阳极产生溶解,阳极附近溶液的金属盐浓度不断增加,生成高电阻率的黏膜,这层黏膜在表面毛刺及微观凸出部分的厚度较小,电流密度较大,溶解较快,而在微观凹入处的黏膜厚度较大,电阻较大,电流密度较小,溶解较慢。这样使表面微观凸起部分的尺寸减小较快,毛刺得以溶解,微观凹入处的尺寸减小较慢,达到不锈钢表面平滑而被抛光,尺寸被均匀铣切一些。同时,阳极上产生的氧气泡或放电,可以破坏表面毛刺及凸峰上的黏膜,促使不平处更强烈的溶解,进一步达到整平零件的目的。


2. 黏膜的钝化作用


  黏膜也会阻碍阳极的溶解,使阳极的极化作用增大,在表面上会生成一层氧化膜,具有一定的稳定性,使表面不受化学作用,处于轻微钝化状态,表面便获得光泽。



二、不锈钢电化学抛光铣切工艺


 溶液成分及工艺条件:


 磷酸(H3PO4)(d=1.65)   (60%~70%)(最佳70%)


 硫酸(H2SO4)(d=1.84) (8%~15%)(最佳12%)


 铬酐(CrO3)    (5%~15%)(最佳12%)  


  水                        余量


 温度/℃            (50~100)(最佳70~80)


 阴阳极面积之比         (1~1.5 ): 1


 阳极电流密度(DA)/(A/d㎡)    (10~55)(最佳20~50)


各组分及工艺条件的影响如下:


1. 磷酸含量的影响


 在硫酸15%,铬酐15%,水余量,极距15mm,阳极电流密度25A/d㎡,时间10min,温度50~100℃,不同磷酸含量的影响见表10-3。


表 3.jpg


 在实验过程中,随着磷酸含量的增加,电压有升高的趋势。从表10-3可见,磷酸含量在40%~90%范围内均可。选取60%~70%为宜。


2. 硫酸含量的影响


 在磷酸65%,铬酐12%,水余量,极距15mm,阳极电流密度25A/d㎡,时间9min,温度50~100℃,不同硫酸含量的影响见表10-4.


表 4.jpg


 实验过程中,随着硫酸的增加,电压有下降的趋势。硫酸超过15%以后,在液面产生大量的气泡。由表10-4可见,硫酸含量在8%~15%之间均可,选取硫酸12%为宜。


 3. 铬酐含量的影响


  在磷酸65%,硫酸15%,水余量,极距15mm,阳极电流密度20A/d㎡,时间8min,温度50~100℃,不同铬酐含量的影响见表10-5。


表 5.jpg


  随着铬酐含量的增加,电压有下降的趋势。从表10-5可见,铬酐含量在5%~15%之间均可,选取铬酐含量12%为宜。


4. 电流密度大小的影响


  ①. 电位-电流密度的断续测定,每次更换试片,试片被抛光面积均为1d㎡.在磷酸65%,硫酸12%,铬酐12%,水余量的溶液中进行,极距15mm,起始温度50℃,结果见表10-6。


表 6.jpg


  ②. 电位-电流密度连续测定,不更换试片,一直测下去,其结果见表10-7。测定时的其他条件均与断续测定相同。


表 7.jpg


  根据表10-6和表10-7的结果,给出电位与电流的密度曲线见图10-10。


图 10.jpg


 由图10-10可见,阳极电位上升到3V,此时电流密度缓慢上升至4A/d㎡,试片表面不光亮,说明此区域不起电化学抛光作用。电位从3V升到4V,电流密度升至10A/d㎡,试片表面光亮程度仍不太理想,可能是由于离子扩散速率还稍大于金属溶解速率,金属表面的黏性膜仍未生成,电化学抛光作用仍不起作用。电位超过4V后,电流密度呈直线上升。此时,阴阳极上均有气泡析出。试片表面的光亮程度优良,铣切均匀,有去毛刺作用。阳极电位与电流密度如继续提高,电化学反应甚为激烈,溶液沸腾,气体大量逸出,溶液处于不稳定状态。综上所述,电流密度在10~55A/d㎡2均可取得满意的结果。故电流密度取20~50A/d㎡2为宜。


5. 阴阳极间距离


  阴阳极间距离的大小将直接影响电能的利用率。极距过大,大量电能将消耗于电抛液的欧姆电阻,产生的热能使电抛液温度升高,极距过小,容易造成阻塞或短路。表10-8为在其他条件相同时,电流密度30A/d㎡,不同极距所需要的电压值。


表 8.jpg


由表10-8可见,极距宜小,以不影响电抛液的流动和短路为原则。


6. 温度的影响


 ①. 温度低。 电流效率低,抛光不亮或缓慢。呈灰白色,无铣切能力和去毛刺作用。


 ②. 温度高至60℃,溶液扩散作用强,阳极溶解加快,电抛光性能好,毛刺除去不倒手。


 ③. 温度太高至100℃,溶液沸腾,大量气体逸出,表面抛光优良,去毛刺不倒手,但恶化操作环境。


 不同温度对抛光和去毛刺的效果见表10-9.


表 9.jpg


 温度可选在70~80℃为宜。


工艺配方中各组分的作用如下:


 ①. 磷酸的作用


  磷酸是电抛光、铣切、去毛刺溶液的主要成分。属于中等强度的无机酸,是促进稠性黏膜的必不可少的组分,其主要作用是增进抛光效果,因此,在抛光液中的含量比较高。若磷酸含量低,使溶液相对密度减少,黏度减小,使离子扩散速率加大,对金属的溶解加快,不能达到整平和抛光的目的。但磷酸浓度也不宜过高,否则电阻增大,电流升不上,使反应缓慢。


②. 硫酸的作用


 硫酸能提高溶液的导电率,改善分散能力,提高阳极电流效率,加速铣切和去毛刺作用。硫酸含量控制在15%以下。硫酸含量过高时,液面易产生大量的气泡,恶化操作条件,此外,使电抛液的化学溶解能力强,不易得到光亮的表面,且使溶液中的六价铬还原成三价铬的速度加快,易使电解液老化。


③. 铬酐的作用


  铬酐能使不锈钢表面形成氧化薄层,局部钝化,保持其不受化学腐蚀,以获得光亮表面,有利于尖端毛刺电化学溶解速率的加快。铬酐浓度太低,不易获得光亮表面。浓度太高时在大电流下,易产生沉淀析出,降低电流效率,使抛光表面产生麻点等过腐蚀。三价铬超过15g/L时,抛出来的表面呈乌光色。



三、电化学抛光铣切去毛刺


工艺流程:不锈钢1Cr18Ni9Ti或00Cr17Ni14Mo2→机械抛光→电化学除油→热水洗→冷水洗→第一次电抛光→冷水洗→第二次电抛光(调一个方向)→冷水洗→中和→水洗→干燥→验收入库。


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四、溶液的老化


  由于不锈钢的铁、铬、镍等金属元素在电化学过程中被溶人电抛光溶液中,这些杂质一旦积累到一定程度,使溶液黏稠,电阻增大,使不锈钢表面抛不光亮。杂质中三价铬起了主要的作用。三价铬的来源有:


  ①. 不锈钢的铬元素溶解成三价铬;


  ②. 溶液中六价铬(铬酐所含的铬)还原成三价铬。


  阴极面积过大,使六价铬接受电子还原成三价铬的速度加快。相反,阴极面积减小,阳极面积增大,电流开大,阳极上产生的氧原子会使三价铬氧化为六价铬。如果溶液中三价铬含量太高时,可增加阳极面积,使阴极面积:阳极面积=1:5时,大电流电解处理,可使三价铬含量降低,六价铬含量升高。在平常的电抛光过程中,阴阳极面积保持在(1~1.5):1,使溶液中的三价铬不会很快积累,延缓溶液的老化过程的时间。