不锈钢化学抛光工艺的研究

不锈钢化学抛光工艺的研究 不锈钢化学抛光工艺的研究 2010年9月电镀与精饰第32卷第9期(总210期)'5. 文章编号:1001-3849(2010)09—0005—03 不锈钢化学抛光工艺的研究 姚颖悟,邱立,赵春梅,王海斌 (1.河北工业大学化工学院电化学表面技术研究室,天津300130;2.河北工业大学建筑与艺 术 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 学院,天津300401) 摘要:为了消除传统的三酸抛光对环境和人体健康的危害,本文开发了一种磷酸体系的无烟不锈钢 化学抛光工艺,研究了不锈钢化学抛光液的组成和抛光温度,时间等工艺参数对抛光效果的影响. 利用电位一时间曲线对抛光过程进行了分析,确定了最佳的抛光工艺条件:120mL/L磷酸,60g/L硝 酸钠,60mL/L盐酸,15mL/L添加剂,为60?,t抛. 为3-5rain. 关键词:不锈钢;化学抛光;环保 中图分类号:TG175文献标识码:A ChemicalPolishingTechnologyofStainlessSteel YAOYing—WH,QIULi,ZHAOChun.mei,WANGHai—bin (1.LaboratoryofElectrochemicalSurfaceTechnology,SchoolofChemicalEngineeringand Technology, HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300130,China;2.SchoolofArchitectureandArtDe sign,He— beiUniversityofTechnology,Tianjin300401,China) Abstract:Inordertoeliminatetheharmfulnessoftraditionalthree—acidpolishingmethodtotheenviron. mentandhumanhealth,anenvironmentalfriendlychemicalpolishingtechnologycomposed mainlyby phosphoricacidwasdeveloped.Theinfluenceofsolutioncompositionandtechnologicalpar ametersinclu— dingpolishingtemperature,polishingtimeonsurfacepolishingqualitywerestudied,andthe polishing processwasanalyzedbypotential— timecurves.Theoptimalformulationandprocessconditionswereob- tainedasfollows:120mL/Lphosphoricacid,60g/Lsodiumnitrate,60mL/Lhydrochloricaci d,15 mL/Ladditive,temperature60~C,andpolishingtime3-5min. Keywords:stainlesssteel;chemicalpolishing;environmentalprotection 引言 对不锈钢表面进行抛光,是不锈钢制品中最为 常用的一种处理工艺.化学抛光具有适应性强,工 艺简单,操作方便,生产成本低,不受样品形状限制 及不需要电源和特殊夹具等优点,在不锈钢抛光领 域得到了广泛应用.本文针对目前工业上使用 的不锈钢化学抛光液存在的抛光温度高,酸雾大等 问题,通过研究不锈钢抛光液各组分及其含量 收稿日期:2010—05—06修回日期:2010.06—22 基金项目:河北工业大学博士科研启动费资助项目 对抛光质量的影响,确定抛光液的最佳配方和工艺 条件,该工艺具有抛光效果好,出光速度较快,无黄 烟等优点. 1实验 1.1各溶液组成及操作条件 1.1.1化学抛光的工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 脱脂一水洗一化学抛光一水洗一中和一水洗一 干燥. ? 6?Sep.2010PlatingandFinishingVo1.32No.9SerialNo.210 1.1.2各溶液组成及操作条件 1)脱脂液30g/L氢氧化钠,20g/L碳酸钠, 5OL磷酸三钠,5mlMLOP乳化剂,常温,t为10, 15min;2)中和液5%碳酸钠溶液;3)化学抛光液 90-150ml_,/L磷酸,40-80mlML盐酸,40-80g/L硝酸 钠,15mL/L添加剂,0=50-80cC,t=3,5min;实验样 品为304不锈钢 1.2抛光质量的检验方法 1)目测法抛光后进行目测,观察不锈钢表面是 否光亮,有无麻点,能否达到镜面光亮水平.2)金 相显微镜法通过OLYMPUS—STM6金相显微镜观察 抛光前后不锈钢表面的形貌.3)电化学测试采用 CHI604D型电化学工作站测试抛光过程的电位一时 问曲线.以不锈钢为工作电极,铅板为辅助电极,饱 和甘汞电极作为参比电极. 2结果与讨论 2.1磷酸对抛光效果的影响 磷酸是一种中等强度的三元无机酸,在化学抛 光过程中既能起到溶解作用,又可在不锈钢表面生 成一层不溶性的磷酸盐转化膜,可以有效地抑制不 锈钢的过度溶解.P(磷酸)对抛光质量有较大影 响,当P(磷酸)超过150mL/L时,会增大不锈钢表 面的磷酸盐转化膜厚度,抑制溶解反应的进行,不能 达到抛光的效果;当P(磷酸)低于90mL/L时,不锈 钢表面磷酸盐转化膜不连续,不能抑制不锈钢表面 在盐酸和硝酸作用下发生过腐蚀.实验结果表明 (见表1),当P(磷酸)为120mL/L时抛光质量最优. 表1P(磷酸)对抛光效果的影响 P(磷酸)/抛光效果 (mL?L) 90表面略有光亮,但凹凸不平 105表面较平整,光亮度较差,五官不清晰 120表面接近镜面光亮,能看清人的五官 l35表面较平整,光亮度较差,五官不清晰 150光亮度差,表面发暗 2.2硝酸钠对抛光效果的影响 硝酸钠是一种强氧化剂,在抛光液中取代了原 来使用的硝酸,以避免抛光过程中产生黄烟,同时还 可有效地去除不锈钢表面上的氧化层.当溶液中 P(硝酸钠)低于40g/L时,不锈钢表面氧化层难以 除去,表面会有蚀坑和麻点出现;当P(硝酸钠)超过 80g/L时,对不锈钢表面会产生钝化作用,使溶解速 度降低,表面光亮度下降.实验结果表明(见表2), 当P(硝酸钠)为60g/L时,抛光质量最好. 表2p(硝酸钠)对抛光效果的影响 P(硝酸钠)/抛光效果 (g?L) 40表面略有光亮,凹凸不平 50表面较平整,光亮度较差,五官不清晰 60表面接近镜面光亮,能看清人的五官 70表面较平整,光亮度较差,五官不清晰 80光亮度差,表面发暗 2.3盐酸对抛光效果的影响 盐酸是一种不具有氧化性的无机强酸,用于除 去不锈钢表面上的氧化层.当P(盐酸)低于 40mL/L时,抛光液化学溶解作用小,去除氧化层不 完全,抛光效果不理想;当P(盐酸)超过80mL/L 时,不锈钢表面会产生过腐蚀,抛光液的抛光性能会 降低,且因挥发严重易形成酸雾.实验结果表明 (见表3),当P(盐酸)为60mL/L时,抛光质量最佳. 表3p(盐酸)对抛光效果的影响 P(盐酸)/抛光效果 (mL?L) 40光亮度差,表面发暗 50表面较平整,光亮度较差,五官不清晰 60表面接近镜面光亮,能看清人的五官 70表面较平整,光亮度差,五官不清晰 80光亮度差,表面凹凸不平 2.4添加剂对抛光效果的影响 添加剂在抛光过程中起着十分重要的作用,对 不锈钢抛光速度和抛光效果有很大影响.本实验使 用的添加剂由乌洛托品,聚乙二醇,二甲基硅油 及十二烷基二苯醚二磺酸钠等复配而成, m(乌洛托品):m(聚乙二醇):m(二甲基硅油): m(十二烷基二苯醚二磺酸钠)=1:3:1:1;配制方 法是:首先选取50g乌洛托品将其溶于1L水中, 然后按质量比依次添加其它三种药品.乌洛托品 在抛光溶液中起缓蚀剂作用,可以保证反应平稳 2010年9月电镀与精饰第32卷第9期(总210期).7? 进行,防止抛光过程中产生过腐蚀现象;聚乙二醇 是大分子有机物,起到黏度调节和抑制酸雾的作 用;二甲基硅油起消泡作用;十二烷基二苯醚二磺 酸钠可在不锈钢表面形成一层吸附层,起到增光 作用.实验结果表明,采用复合型的添加剂,控制 方便,添加简单,还能有效提高抛光效果,p(添加 剂)以15mL/L为宜. 2.5抛光温度对抛光效果的影响 抛光温度对不锈钢抛光质量的影响很大,当0 高于80?时,抛光速度快,容易产生过腐蚀,抛光液 使用寿命较短;当0低于50?时,抛光速度慢,抛光 效果较差,抛光后不锈钢表面呈雾状.因此,0应控 制在50-80~C为宜,0=60?时获得的不锈钢表面抛 光效果最好(见表4). 表4抛光温度对抛光效果的影响 ?抛光效果 50表面较平整,但光亮度差,五官不清晰 60表面接近镜面光亮,能看清人的五官 70表面较平整,光亮度差,五官不清晰 80表面光亮度差,凹凸不平 2.6抛光时间对抛光效果的影响 抛光时间过长,生产效率低,不锈钢腐蚀量大, 抛光液消耗量增加;抛光时间太短,抛光效果差.抛 光时间应控制在3-5min为宜. 2.7电位一时间曲线的测量 在化学抛光过程中不锈钢腐蚀及转化膜的形成 都会引起不锈钢表面电位产生变化,研究这种电位 变化与时间的关系对抛光过程研究和确定抛光时间 有重要意义J.图1为不锈钢试样在化学抛光溶 液中的电位.时间曲线.由图可以发现,在开始30s ,/s 图1化学抛光过程的电位一时间曲线 时间内,不锈钢电位急剧下降至最低点一0.334V (VSSCE),在这一过程中不锈钢试样开始被腐蚀, 抛光液中有绿色腐蚀产物出现,此时抛光过程以腐 蚀为主;此后不锈钢电位从最低点上升,表明不锈钢 表面磷酸盐转化膜开始形成,至200s时转化膜积累 至最厚,不锈钢电位回升至一0.319V(VSSEE),此 时转化膜的形成与溶解达到平衡,反应过程进入抛 光阶段,随后不锈钢电位无较大波动.该结果与上 述抛光时间在3-5min的实验结果相符. 2.8试样表面形貌观察 图2为抛光前后不锈钢试样表面的金相照片. 图2(a)为抛光前的不锈钢试样表面微观形貌, 可以发现试样表面坑洼不平,图2(b)为在最佳化学 抛光工艺条件下获得的不锈钢表面微观形貌,可以 发现试样表面腐蚀均匀,有腐蚀剥离痕迹,试样表面 总体平整,无明显凹凸痕迹. (a)抛光前 (b)抛光后 图2化学抛光前后试样金相显微照片(×500) 3工艺操作 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 1)试件在化学抛光前应彻底除油,以保持其表 面清洁干净;当试件表面油脂较多时,可先用有机溶 剂(如汽油,丙酮等)除油,再进行化学除油. 2)每完成一道工序,应待试件干燥后再进人下 一 道工序,以避免将水分带入稀释溶液.工件出槽 时,应在槽液上方停留一段时间并抖动工件,以减少 抛光液的带出. (下转第20页) ? 20?Sep.2010PlatingandFinishing 应补充,如仪表,钟,手表,自行车,缝纫机,摩托车, 汽车,锁具,装饰建材,医疗器材及灯具等实用挂具; 2)自动线应用的挂具实例;3)铝型材氧化使用的挂 具实例. 4.2自行车,缝纫机电镀工艺今后发展方向探讨 作者:路旭蒸(天津自行车工业公司) 吕剑平(天津华北缝纫机厂) 该文为打字油印,约2万字,1966年4月印. 对行业电镀存在的主要问题进行了分析,并就今后发展方向予以初步探讨.认为问题之一是:我国对 自行车和缝纫机零件电镀 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中对镀层防蚀能力要 求偏低,所采用的中性盐雾试验方法重现性很差. 这种情况直至目前仍没有得到很好解决. 4.3国内外电镀设备的发展概况 作者:张绍恭(上海第二设计院)约6千字,由 会议组织手工刻写油印. 文中介绍了国内及国外电镀设备的发展概况, 提出发展电镀设备生产的建议,指出要搞设备的标 准化和系列化. 尽管目前已有相当数量的专门工厂进行电镀设 备的设计和制造,但标准化和系列化并没有得到应 有重视,因此设备设计和制造成本较高. 4.4改进装饰性镀铬层防护能力的实验研究 作者:北京电镀总厂手写油印约3,4万字印于 1965年12月. 为改进铜一锡合金镀层代替镀镍层作中间镀层 后,出现的镀层耐磨性下降和露黄的问题,该厂对各 种不同的铬表面镀层(无裂纹铬,微裂纹铬,双铬 等)的防护能力进行了试验研究,提出了初步结论. 文中有样板照片5O余张,参考文献l6种. 4.5关于电镀零件镀后配合问题 作者:唐恭敏由巴山仪器厂情报室提供的资料, 印于1966年1月. 文章分析了影响精密零件镀后配合的主要因素 后,提出了镀后零件达到满意配合必需注意解决的 几个问题.有插图16张,参考文献5种. 本资料为铅印,是提供会议资料中较为少见的. 所提建议对现有产品设计和机械加工及电镀工 艺人员仍有参考价值. 此外,由鞍山轻工业研究所提供"铜.锡合金/铬 全光亮电镀"资料,我曾按该文提供的配方和工艺 条件进行过试验,效果不错,铜一锡合金是以二价锡 做光亮剂,可达全光亮目的,只是光亮剂不够稳定, 不易控制. 会议资料均由各提供单位自行印刷,由于当时 条件多为油印,纸张和印刷质量不一致也不利保存. 5结束语 本次会议的举办是成功的,交流了各地代镍镀 层的进展情况,展示了当时国内电镀行业取得的成 就,还就行业的发展方向进行了有益的探讨. 会议收集到的待解决技术难题,未能组织人员 集中予以解答是会议的憾事. 对当前各地每年举办的多次,雷同的电镀(或 表面处理)会议及附设的商业展览,虽然形式上轰 轰烈烈,我认为应予压缩,精简,以节省人力,物力, 会议主题要明确,求实效. (上接第7页) 3)化学抛光时应采用气体搅拌,否则会使不锈 钢试样局部抛光效果变差;由于抛光过程是放热反 应,温度升高会导致反应剧烈,应及时对抛光液进行 冷却. 4)试件经化学抛光后,表面残存有少量酸液, 应及时用清水冲洗,然后浸入5%的碳酸钠溶液内 中和,防止试件表面因氧化和轻微腐蚀而失去光泽. 4结论 1)抛光最佳工艺条件为:120mL/L磷酸,60L 硝酸钠,60mL/L盐酸,15mL/L添加剂,0=60?,t (抛光)=3-5rain. 2)本实验研制的化学抛光工艺效果较好,配制 简单,操作过程无有毒气体产生,处理过程易于控 制,使用与维护方便. 参考文献 [1]屈战民.粉体不锈钢化学抛光工艺的研究[J].电镀 与环保,2007,27(5):29—30. [2]文斯雄.不锈钢化学抛光实践[J].电镀与环保, 2003,23(5):40. [3]周永璋,丁毅,陈步荣.不锈钢化学抛光工艺研究[J]. 材料保护,2003,36(8):42—43. [4]陈步荣,周永璋.不锈钢常温化学抛光工艺[J].电镀 与环保,2003,23(3):27-28. [5]方峰,马驰,巩党国,等.低温磷化电位一时间曲线与成 膜过程研究[J].材料保护,2007,40(10):1—4.