不銹鋼電解刷式拋光工藝研究

郭志英 趙世超 才文臣 王 哲

（中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司)

不銹鋼電解刷式拋光工藝研究

郭志英*趙世超 才文臣 王 哲

（中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司)

闡述了不銹鋼電解刷式拋光的原理和工藝過(guò)程。以不銹鋼筒體為研究對(duì)象，采用不銹鋼刷式拋光工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究。該工藝可降低工件表面粗糙度，使其表面光滑、耐腐蝕。

不銹鋼 筒體 電解刷式拋光 表面粗糙度 性能測(cè)試

本文所述的電解刷式拋光工藝適用于攪拌設(shè)備及非標(biāo)化工設(shè)備的不銹鋼表面電解拋光，包括筒體、封頭內(nèi)表面以及內(nèi)部零部件外表面。電解刷式拋光是在槽內(nèi)電解拋光基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的槽外式電解拋光。與槽內(nèi)電解拋光相比，電解刷式拋光有如下優(yōu)點(diǎn)：消耗電解液少，用電少，拋光成本低幾十倍，而拋光效率高20倍；由于電解液內(nèi)不含鉻酸及硫酸，對(duì)人體危害小且對(duì)工件不易造成腐蝕；陰極的制作也十分方便，電解液常溫即可操作。

1 工藝原理及特點(diǎn)

電解刷式拋光是在槽內(nèi)電解拋光基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的槽外式電解拋光。它利用電解過(guò)程中金屬表面凸出部分的溶解速率大于凹入部分的溶解速率這一特點(diǎn)，對(duì)微觀粗糙的金屬材料表面進(jìn)行處理，以使表面光亮與平整。經(jīng)電解刷式拋光工藝處理后，平滑、光亮的金屬表面不僅美觀，而且具有較強(qiáng)的防腐蝕性能。

電解刷式拋光的特點(diǎn)是陽(yáng)極小而簡(jiǎn)單，操作靈活，使用方便，1～2人便可操作，特別適用于大型工件及現(xiàn)場(chǎng)施工的工件。經(jīng)電解刷式拋光后，筒體內(nèi)表面粗糙度可達(dá)到Ra≤0.1 μm。

2 電解刷式拋光工藝的難點(diǎn)及解決辦法

電解刷式拋光對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)新的課題。由于電解刷式拋光在拋光行業(yè)里應(yīng)用很少，其工藝、電解液配方非常少見，國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的學(xué)術(shù)資料也不多。我們結(jié)合現(xiàn)有電解拋光經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)外出學(xué)習(xí)考察、查詢相關(guān)書籍資料，確定了攻關(guān)難點(diǎn)，通過(guò)多次試驗(yàn)解決了工藝問(wèn)題。

2.1 電解液配方

電解拋光本身是一個(gè)微觀腐蝕過(guò)程。如何控制腐蝕程度，使其去除微觀高點(diǎn)能夠恰到好處，這是電解刷式拋光的關(guān)鍵。

在電解刷式拋光試驗(yàn)過(guò)程中，電解液配方的正確選用是電化學(xué)拋光的重要先決條件。電解液成分不合理，工件表面很快就被腐蝕掉，同時(shí)也破壞了原有的拋光表面，使其表面粗糙度增大。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)并分析產(chǎn)生問(wèn)題的原因，發(fā)現(xiàn)極易造成腐蝕作用的主要因素是強(qiáng)酸的作用。在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后，最終確定了以磷酸為主液、添加少量添加劑的電解液。這種電解液配方不僅緩解了腐蝕，同時(shí)也使表面粗糙度有了很大的改善。

2.2 工藝參數(shù)的確定

（1）拋光電流密度

電流密度直接決定電解拋光的質(zhì)量和效率。通過(guò)對(duì)比分析試驗(yàn)得知，電流密度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致溫度升高過(guò)快，拋光表面腐蝕、發(fā)白，甚至還會(huì)降低原有的拋光精度，達(dá)不到預(yù)期的拋光效果。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定了拋光電流密度為6～10 A/dm2。在該電流密度下，拋光試驗(yàn)效果最理想。

（2）拋光速度

電解刷在工件上往復(fù)涂刷，在通電情況下，涂刷速度過(guò)快，起不到拋光效果；涂刷速度過(guò)慢，易造成拋光面過(guò)熱進(jìn)而造成拋光表面腐蝕、麻點(diǎn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，我們采取拋光速度從快到慢反復(fù)多次試驗(yàn)，最終確定了最佳的拋光速度為3 m2/h?？傊?，電化學(xué)拋光過(guò)程中，電解液配方、拋光電流、拋光速度都是影響電解刷式拋光質(zhì)量的重要因素。

3 工藝方案的選擇

由于槽外刷式拋光與槽內(nèi)拋光不同，拋光刷與工件平面接觸，不能儲(chǔ)存電解液，因此只能采用外供式供液。根據(jù)電化學(xué)拋光原理，結(jié)合槽式拋光的經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)，選擇三種不同的電解液供液方式做試驗(yàn)。 （1）電解刷沾液式； （2）外部往電解刷倒液式； （3）高位桶自動(dòng)供液式。經(jīng)過(guò)篩選我們確定了第3種供液式為最佳方案。該方案可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供液，節(jié)約人力，提高拋光效率。

4 工裝的設(shè)計(jì)與制造

電解刷式拋光陰極結(jié)構(gòu)特殊，其與工件表面間隙很小，且與工件形狀有關(guān)。這種拋光工藝要求電刷既能起到導(dǎo)電作用，還要滿足供液的需求，且包覆層須耐磨、耐腐蝕。為此，選用了多種方案試驗(yàn)，最終確定了陰極刷不銹鋼底板為 80 mm×100 mm×4 mm，包覆材料為優(yōu)質(zhì)石棉網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包覆厚度為20 mm。試驗(yàn)表明，該結(jié)構(gòu)陰極刷達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 拋光試驗(yàn)

5.1 工藝參數(shù)和試驗(yàn)設(shè)備

所采用的電解刷式拋光工藝參數(shù)為：（1）電解液為H3PO4+添加劑；（2）電流密度為6～20 A/dm2；（3）電壓為 6～10 V； （4）電解液溫度為常溫；（5）電解液壓力為常壓； （6）拋光速度為3 m2/h；（7）所用的陰極板大小為80 mm×100 mm×4 mm；（8）陰極材料為304。

工藝設(shè)備、儀器和材料及其參數(shù)分別為：直流電源，電流0～20 A，電壓0～36 V；電解拋光液為添加劑、磷酸；陰極筆、陰陽(yáng)極導(dǎo)線各1根；量杯2個(gè) （1個(gè)2500 mL和一個(gè)500 mL）；電解液盆1個(gè)，脫脂棉、酒精、清水若干。拋光工件為2000 mm×1500 mm不銹鋼筒體 （內(nèi)表面手工拋光）。

5.2 試驗(yàn)步驟和試驗(yàn)記錄

按工藝要求先將電解液配制好，再將浸漬特種電解液的陰極筆貼合在工件 （陽(yáng)極）的被拋光部位并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成電解拋光的全過(guò)程。拋光結(jié)束后先用清水清洗工件，再用脫脂棉擦干凈水分，最后用酒精將工件擦洗干凈。

試驗(yàn)記錄如下：試驗(yàn)時(shí)電流為6～20 A，電壓為6～10 V。對(duì)電解拋光前后的筒體進(jìn)行Ra值測(cè)量，共計(jì)測(cè)量20點(diǎn)，即試驗(yàn)前后沿筒體軸向等距離各測(cè)10點(diǎn)。表面粗糙度測(cè)量?jī)x為TR210，測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 表面粗糙度Ra（單位：μm）

6 試驗(yàn)結(jié)論

（1）外觀：用肉眼觀察，工件表面形成了鈍化膜，在陽(yáng)光照射下有紫紅色光澤，手摸表面十分光滑。 （2）表面粗糙度：經(jīng)表面粗糙度檢測(cè)儀檢測(cè)，拋光后表面粗糙度Ra平均值達(dá)到了0.089 5 μm。

Process Research of Brushy-electrolytic Polishing for Stainless Steel

Guo Zhiying Zhao Shichao Cai Wenchen Wang Zhe

Elaborated the principle and process of brushy-electrolytic polishing for stainless steel.With stainless steel cylinder as the research object,studied the brushy-electrolytic polishing.The process could reduce the surface roughness of work pieces,and bring smooth surface and corrosion resistance.

Stainless steel;Shell;Brushy-electrolytic polishing;Roughness;Performance testing

TQ 153

2013-02-18）

*郭志英，女，1970年生，高級(jí)工程師。葫蘆島市，125001。