电解抛光是利用不锈钢在电解液中的选择性阳极溶解而达到抛光和清洁表面目的的一种表面处理方法。电解抛光是通过对电流密度,溶液粘度几温度的控制,使金属在电解液中选择性溶解(低凹处进入钝态而凸起部位活性溶解)结合溶液光亮剂和阳��极化作用,达到电化学整平抛光的目的。
二 电解抛光应用范围:用途:用于304、321、316、201、202、420、430等各种型号的不锈钢电解抛光时使用,使用成本低,效果明显,可达镜面光亮效果,不锈钢抛光后光泽持久、美观大方、增加了产品的附加值。
特点:1.适用范围广,可适用200、300、400系列各种材质的不锈钢。2.抛光液不含铬离子,符合当今环保要求,节省环保设备投资及废水处理费用。3.抛光电流密度小,电压低,电能消耗较传统工艺低1倍以上。4.抛光效率高,质量好,数分钟内可抛至镜面光亮。5.抛光液使用寿命长,易于维护管理。
三 电解抛光过程简介
1.首先采用机械抛光打磨设备及工件表面的氧化皮和各种表面缺陷,使被处理表面初步达到一定的粗糙度。
2.再用电解的方式进一步提高被处理表面的光洁度。机械抛光是宏观消除表面的氧化皮及各种缺陷,而电解抛光是一个微观整平的过程,进一步提高表面的物化性能。
四 电解抛光的优点
(1)极大提高表面耐蚀性。由于电解抛光对元素的选择性溶出,使得表面生成一层致密坚固的富铬固体透明膜,并形成等电式表面,从而消除和减轻微电池腐蚀。
(2)电解抛光后的微观表面比机械抛光的更平滑,反光率更高。这使得设备不粘壁、不挂料、易清洗,工件表面约减少1丝左右,达到GMP和FDA规范要求。
(3)电解抛光不受工件尺寸和形状的限制。对不宜进行机械抛光的工件可实施抛光,例如细长管内壁、弯头、螺栓、螺母和容器内外壁。
深圳灯鼎科技有限公司服务宗旨:细节决定成败,态度造就完美。
电解抛光看似简单,一个槽一台整流器装上药水就可以电解了。但真正要想做好电解抛光,其中还是有许多需要注意的细节,灯鼎科技根据多年的经验总结以下几点,希望对各位想从事由化学抛光的朋友提供帮助:
一、 电解槽的设计:电解槽常见的是长的两边做为负极,阴极材料一般采用不溶性的金属如:铅板、铅条、不锈钢板、钛板都可以。做为阴极的铅板一般宽约20~30公分,每隔10~15公分挂一块,阴极接整流器的负极电源。阳极为工作极,用来连通挂具做产品的电解。阳极即为一根铜杆固定在电解槽中间即可,一头接整流器的正极电源。电解槽的大小一般要根据所需的产能来设计,但要注意的是底部离挂且至少要留15公分以上的距离,液面一般要完全浸泡被电解工件并至少高出10公分。上挂后的工件两边各距阴极25公分左右为宜。如:上挂后的挂具总尺寸为高60公分,宽30公分,槽的尺寸高应为1米,宽90公分为宜。电解槽宜采用耐高温的PP塑胶类材料焊接而成,超出1立方以上还应该进行外围槽钢加固。
二、整流器大小的选择:整流器一般以槽体体积大小为参考选择,一般为槽体积(立方米)X1300A=整流器大小。如2立方米的槽,标配2500或3000A整流器为宜。
三、降温设施:连续式电解或高负荷电解的一定要考虑做好降温设施,一般采用耐酸的塑胶类管(日丰焊接用包铝管)布在槽的一侧(紧贴槽壁,再挂阴极)。降温时可以采用冷水循环方式。因为加温相对易解决,可以采用石英电热管,但在作业过程中温度会随电解放热而不断升温。温度宜控制在50~70变为宜。过高的温度对品质和药剂寿命都会产生不良影响。
四、药剂过滤:想要长期稳定的做好品质,过滤很重要。可以减少药剂在电解过程中溶解的杂质,有助于提高电流效率和品质。防止产生沉积。如:保温杯电解过程中溶解了喷砂的砂粒,如果不过滤则会对光洁度和一致性产生影响,过滤后即可恢复正常。过滤可以采用酸碱过滤泵解决。
五、电解药剂的选择:电解抛光液的选择非常重要、决定了品质的等级。一般市面上老配方铬酸型药剂对操作环境有影响,铬酸的挥发不但刺激皮肤和强烈的刺睥味道。主要还是使用寿命不长,使用温度高,易失效,且电解一段时间后表面成哑白色,没有不锈钢的正常光洁。这方面灯鼎表面处理技术开发有限公司有多款环保无铬的电解抛光液可供选择。金辉杰的技术人员会根据您的个性化需求配制合适的药剂。
电抛光液抛光质量的影响因素:电抛光液抛光质量的影响因素主要有温度、时间、电流密度、阴极材料、搅拌条件等。
a.温度:温度对电抛光过程的影响很大。当电流密度一定时,随着电解液温度的升高,电抛光的速度增大。因为温度升高,溶液黏度降低,使对流作用加强,扩散速度加快,阳极附近溶液能迅速更新,从而有利于阳极溶解。温度低时,溶液导电性差,抛光缓慢;温度高时,溶液的扩散作用强,为了形成薄膜,同时也必须提高电流密度。但温度过高,阳极表面的电解液易发生过热,产生的气体和蒸气可能将电解液从电极表面排开,从而降低抛光效果,也很难用提高电流密度的方法来达到抛光的目的了。
b.时间:在电抛光开始的一段时间内,阳极表面的整平速度大,以后就越来越小,甚至到某一时间后,再延长抛光时间,不仅不能使表面粗糙度降低,反而会使之增加。因此,抛光时间也应根据基体材料的性质、表面的原始状态、电抛光液的组成、电流密度和温度来决定。一般情况下,抛光时间随电流密度和温度的提高而缩短。为了使表面粗糙度降低,达到良好的抛光效果,应多采用反复多次抛光的办法,每次抛光的时间控制在许可的范围之内。
c.电流密度:电流密度根据材料的不同而不同。一般来说,电抛光的阳极电流密度应选择在阳极极化曲线的D点附近,这时极化较大,并有一定量的氧气析出,抛光速度快,能使表面达到高的光洁度。提高电流密度,可得到光亮的表面,但是电流密度过高,则容易产生局部过热的烧焦和麻坑等现象;电流密度低于所需的极限时,金属表面易被腐蚀变得粗糙,不能达到抛光的效果。
d.阴极材料:电抛光的阴极一般都是铅板。采用不同的阴极材料时,所对应的电解液种类。从电流效率的观点来看,增大阴极面积是有利的,但是增大阴极面积会使六价铬还原成三价铬的速度加快,一般取面积比为阴极:阳极:(1-1.5):1即可。
e.极间距离:在一般的电解处理中,电流有易于在电极周围集中的倾向,这样在处理大平板状的材料时,周围部分要比中部易于光泽化。为了抑制这种电流分布的不均匀性,就得把阳极面积做得比阴极面积大,并且加大电极间的距离。而电极间距离增大后,又使电能的消耗增加,所以根据电解液的电阻率、温度和电流密度的不同,电极间距离大都在10一60cm之间选择。
f.搅拌条件:搅拌可以使电解液的温度更均匀,防止表面局部过热,使阳极表面附近的溶液容易更新,从而增加黏膜的溶解速度和抛光速度,所以适当的搅拌可以提高电抛光的质量。同时,搅拌还可以赶走滞留在金属表面的气泡,以消除麻点和条痕。但是,搅拌的速度不宜过大,否则会使黏膜的溶解速度过快而影响抛光效果。实际生产中常采用移动阳极的方法来搅拌溶液,移动速度为6—10次/min(相当于1~2m/min)。
电解抛光能够使生产的不锈钢表面满足高等级的纯净和清洁度要求。工业方面的应用实例说明了电解抛光对不同卫生标准的影响以及它的实际应用。保证佳电解抛光结果的先决条件是材料、结构技术和加工制造工艺的谨慎协调。
1 问题确定
本文中提到的不锈钢可被认为是合金中不生锈低含铬量13%的不锈钢。更为常见的不锈钢含铬量大于17%,同时加入镍和钼。显微组织可以是铁素体、奥氏体或双相组织。
在要求纯净度极高的系统中越来越多地使用的是奥氏体铬-镍-钼钢,表面处理对于可达到的操作结果是至关重要的。电解抛光被证明是能满足这些要求的一种安全和经济的操作工艺。
2 纯净度标准
适合在高纯净度要求的系统中使用的表面取决于两个性质:
?表面本身不应当将任何物质转移到接触介质。
?不应当有外部杂质粘附到表面,表面也不能与周围的介质产生催化反应。
个性质称为表面纯净的‘内因’,第二个性质称为‘外因’。
表面内部纯净主要是由耐腐蚀性、材料微粒析出性能和扩散性能决定的。对于耐腐蚀的钢,这些性能很大程度上决定于表面下层材料的状况,通过电解抛光可对它们产生影响,并得到显著提高。
对于外部纯净度,不锈钢表面的粘附和清洁性能,同样还有它们的钝化性以及催化行为主要是由表面的能量状态和显微结构决定的。通过电解抛光可很大程度地直接影响这两种性能。
3不锈钢电解抛光的影响
在加工制作过程中,表面要经过一系列的处理,这些处理导致了外形、结构纹理、合金成分、纯净度和能量状态方面的变化。制作过程完成时,产生的表面通常在结构和性能方面大不相同,大多数情况下与基体材料相反。
这些受损伤的表层能被去除,采用电解抛光不需更大的压力就可到一定深度,在此处材料仍处于一种无杂质的,原来的形状。因此表面性能在一个单独的工艺步骤内就可整体提高到一定程度,而用其他任何工艺不可能达到。
3.1 几何形状和外貌
不锈钢表面的结构主要是根据电解抛光带来的微量变化。结构中所有粗的和细的裂纹都被磨光和去除。在类似的粗糙度示值中,电解抛光的表面与机械加工表面比较,与环境的相互影响相应降低,表面积减小约80%。
虽然从微观上讲,表面是光滑和密实的,但从宏观上讲,根据原始表面状况的不同显示出一定的残余波纹。同时,它无毛刺、压入铁鳞、折叠和材料氧化铁皮。
3.2 内部纯净度
机械加工产品表面夹杂物深度高达几微米。这些夹杂物只能采用电解抛光将被污染的材料层打碎高效地去除。由此产生的表面将与基体合金的纯净度等级一致。
3.3 材料结构
有缺陷的表面层去除后,电解抛光的表面从原来的基体组织开始形成,具有它的特征纹理和它的原始特性。
3.4 能量条件
用电解抛光,有缺陷的表层被去除,没有更多的能量引入被处理的表面。因此电解抛光表面的势能小,从而有高的钝性和耐腐蚀性。粘附和催化过程所形成的沉积物也显著减少。
3.5 扩散
从表面扩散的气体主要是由于实际表面层的杂质引起的。决定扩散速度的主要因素是杂质的类型和在结构中以位错形式出现的扩散路径的出现率。经验表明大部分杂质集中在接近表层下面的地方,它们通过电解抛光被去除。电解抛光还可使以结构缺陷形式出现的扩散路径减小到少。
4 钝化与耐腐蚀性能
不锈钢的耐腐蚀性能在很大程度上都依赖于一种均匀致密的铬氧化物耐腐蚀层的形成,通常称为钝化层。它要求具有足够铬含量和提供氧气的冶金洁净表面。这些要求电解抛光可以很好地满足。
电解抛光的表面是一种金属纯表面甚至显示出比基体结构稍微富铬。
在电解抛光过程中,氧从材料表面释出,它在电解抛光过程完成之后很快就导致形成一种均匀的钝化层。
因此电解抛光不锈钢表面清楚地显示出比其他方法处理的表面有更好的耐腐蚀性能。
对于要求苛刻的应用领域如医药工业,通过近开发的螯合钝化技术如POLINOX Protect,可进一步提高耐腐蚀性能。有机钝化溶液施加于现有的钝化层能与基体形成稳定的复合物,它具有佳的耐腐蚀性能。
在150℃左右对钝化层进行5分钟连续控制热处理可得到好的耐腐蚀性能。
5 应用详情
医药和生物技术
无粉尘、无纤维和绝热表面是高级医药和生物技术制品生产厂所要求的。在优选材料和表面质量的广泛研究和试验中显示高等级电解抛光的不锈钢表面是解决问题常用的安全方案。热源(即引起发热的杂质)主要来自于隔板的蛋白质残余物,清理过程无法将它去除。电解抛光不锈钢表面的应用能够保证在连续生产中的绝热环境,该措施的有效性基于高等级电解抛光质量,材料表面每点至少要去掉40μm厚,包括焊接点。