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1.机械抛光是一种古老而又最具实用价值的抛光方法,可分为粗抛、中抛和精抛3类: 粗抛是用硬轮对制品表面进行磨削、磨光或研磨,因此粗抛也称为研磨或磨光。它主要用来除去零件表面的毛刺、划痕、锈痕、氧化皮、砂眼、气泡、焊瘤、焊渣和各种宏观的缺陷,以提高表面平整度和降低表面粗糙度。粗抛后的制品表面只能达到平整到平滑的程度,并不能得到光亮的表面,其表面粗糙度在数微米至数百微米之间。 中抛是用较硬的抛光轮对经过粗抛的表面进一步的加工,除去粗抛时留下的划痕,产生平滑至中等光亮的表面。其表面粗糙度在零点几微米到数微米之间。 精抛是抛光的最后一道工序,它是用涂有抛光膏的软轮对零件表面进行加工的方法。由于它是在已经比较平整的表面上进行的,它可以进一步降低表面粗糙度,已达到微观整平的目的,因而可以获得十分光亮的表面,而且抛光时对基材没有明显的磨耗,其表面粗糙度可达到0.01μm左右,可以真正达到镜面效果。2.机械抛光的机理: 机械抛光时,抛光机上的抛光轮在作高速旋转,操作者将被抛光的制件表面以适当压力按压在抛光轮上,这时因摩擦作用而产生高温,使被抛光表面容易发生变形而形成一层“加工变质层”。在旋转着的摩擦力的作用下,一方面表面的某些凸出部分被削去,同时金属制件表面也会产生塑性变形,凸起部分被压入,或移动一段距离后填入凹陷部位。这种削凸填凹的整平过程,以高速度大规模地反复进行,加上抛光膏地光亮化作用,结果就使原来较粗糙地制件表面,变得平滑而光亮。
焊接不锈钢的电化学抛光曹经倩,刘炳根,周 雅(南昌航空工业学院材料系,江西南昌330034)0 前 言 不锈钢具有较高的耐蚀性和装饰性,被广泛运用于各领域之中。有关不锈钢表面的抛光工艺,前人进行了大量的研究,工业上常用于不锈钢电化学抛光的电解液主要有H3PO4 H2SO4体系、HClO4 C2H5OH体系、HClO4 冰醋酸体系、H2CrO4 HNO3体系等[1],目前使用较多的是H3PO4 H2SO4体系。然而,目前对有焊缝的不锈钢抛光则研究甚少,也未见一个完整的处理工艺报导。不锈钢焊缝因有严重的氧化黑皮和焊渣,利用常规抛光工艺难以达到技术要求。江西景德镇市某厂就因不锈钢产品结构复杂,造成焊缝的焊渣难以实施手工机械抛光而成为一攻关难题。作者经反复实验后,确定了以电化学去氧化皮→电化学抛光的不锈钢表面抛光工艺,经该工艺处理后,不锈钢表面及焊缝均达镜面光亮且不腐蚀不锈钢表面。1 试验方法1.1 试验材料 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢(规格100mm×58mm,中间有焊缝)。1.2 工艺流程 除油→水洗→去氧化皮→水洗→酸洗→水洗→光亮浸蚀→水洗→电化学抛光→钝化→水洗→吹干。1.3 去氧化皮处理液及工艺条件 NaOH 95~105g/L,Na2CO3 100~200g/L,KMnO4 80~90g/L。化学处理法:温度 95~110℃,时间 1.5~3.0h。电化学处理法:温度 60~70℃,时间 7~9min,JA=35~45A/dm2,阴极为铅板。1.4 电化学抛光液及操作条件的优选 经试验优化,最佳工艺配方确定为:H3PO4(85%) 740~770mL/L,H2SO4(98%) 180~210mL/L,CrO3 50g/L,添加剂(明胶)8~10mL/L,溶液密度1.70~1.78g/cm3,温度55~65℃,JA=35~45A/dm2,电压10~20V,时间4~5min,阴极为铅板。1.5 检测方法 (1)目测法 经上述工艺抛光后,目测表面有无划痕、变形、方向性、不锈钢及其焊缝光亮性。(2)耐蚀性测定 抛光后在3%的NaCl溶液中浸泡一周,检测不锈钢表面是否出现黄色锈点。2 结果与分析2.1 去氧化皮处理 不锈钢焊接区由于高温氧化作用,局部表面生成一层致密的难溶氧化铁铬(FeOCr2O3)黑皮和焊渣。去除该层氧化皮的方法较多,工业上主要采用化学处理法[2],主要借助氧化剂(KMnO4、NaNO3、HNO3、H2O2等)的作用使低价铁铬等氧化物转变为高价化合物,转变过程中,氧化膜的结构发生变化,附着力降低以致脱落。这种处理方法需2h以上,生产效率低,更重要的是不锈钢焊接区的粗糙、疏松表面易遭受过腐蚀。本文对3种处理方法进行了实验对比,结果见表所示。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611152116_32335_1634962_3.gif[/img]试验结果表明,采用化学处理法均未能达到预期效果 酸性化学处理法尽管时间较短,温度较低,但易出现过腐蚀现象 而碱性化学处理法则使用温度高,处理时间长 电化学抛光所得结果则优于两种化学处理法。究其原因,是在通电情况下,促使低价金属氧化物向高价氧化物转化的动力,主要是阳极电解所产生的初生态的氧原子[O],而氧化剂的作用已降为次要地位,即:FeOCr2O3→[O]ΔFe2O3CrO3,使难溶的氧化铁铬疏松和分离 又由于初生的氧原子[O]能与基体金属表面作用,生成新生氧化膜,这种氧化膜在电场力的作用下以及在酸性介质中可以随生随灭,最终使黑皮和焊渣疏松,而溶液中的氧化剂更重要的是对不锈钢表面的钝化作用,保护了不锈钢表面免遭腐蚀。在电化学处理液中,增加氧化剂浓度和提高阳极电流密度,均有利于氧化黑皮的去除。但均不能过度,一般高锰酸钾控制在80~90g/L,电流密度以35~45A/dm2为佳。2.2 电化学抛光试验 选用了抛光质量较好、溶液使用寿命较长的H3PO4 H2SO4体系[3]进行研究,配方组成和工艺参数如下:H3PO4(85%)540mL/L,H2SO4(98%)400mL/L,CrO350g/L,明胶8~10mL/L,密度1.75~1.82g/cm3,JA=35A/dm2,温度50~60℃,槽压10~20V,时间4~5min,阴极为铅板。试验发现,该配方存在易吸水、不锈钢表面产生点蚀等缺陷,尤其是存放一段时间后,当溶液密度低于1.75g/cm3时,会造成不锈钢表面的过腐蚀。我们对磷酸、硫酸和铬酸的含量比进行了重新分析,并通过正交试验确定了最佳工艺配方。 实验还发现硫酸是影响电化学抛光质量最重要的因素,并对此作了进一步分析,结果当硫酸含量为100mL/L时,试片表面平整性、光亮度较差 含量为150mL/L时,试片表面平整、光亮 含量为200mL/L时,试片表面平整、光亮 含量为250mL/L时,稳定性差,试片易产生点蚀。可见当硫酸含量低于100mL/L时,抛光后零件光亮度较差,达不到镜面光亮 高于250mL/L时,抛光液稳定性较差, 易吸水,抛光表面出现点蚀。一般控制在180~210mL/L为宜。磷酸是公认的粘膜理论中电化学抛光的主要成分,既能起溶解作用又能在不锈钢表面形成磷酸盐保护膜,阻止不锈钢表面发生过腐蚀。其含量变化较宽,但以750mL/L左右为佳。铬酐在电化学抛光液中以H2Cr2O7形式存在,有很强的氧化性,能使不锈钢表面钝化,避免抛光表面产生过腐蚀,有利于提高抛光表面的光亮度,试验表明其含量应控制在50~60g/L。所施加的电抛光工艺参数如电流密度、温度、阴阳极间距等,也会对抛光表面质量产生影响。提高抛光温度,会提高抛光速度,但过高会腐蚀表面或使表面产生气带条纹,影响抛光质量 温度过低,抛光整平效果明显下降。电流密度对抛光质量的影响亦较大,当JA=25A/dm2时,试片表面光亮,有少量清晰的磨痕 JA=40A/dm2时,试片表面光亮 JA=55A/dm2时,试片表面光亮,抛光液升温速度快。可见,JA以40A/dm2左右为宜。3 结 论 通过试验研究和生产应用表明,按最佳工艺条件:H3PO4740~770mL/L,H2SO4180~210mL/L,CrO350g/L,明胶8~10mL/L,JA=35~45A/dm2,温度55~65℃,时间4~5min,阴板为铅板,对不锈钢焊逢实施抛光后能使不锈钢表面及其焊缝达到镜面光亮,且不会腐蚀基体。碱性电化学法去除氧化黑皮效率高、清除快 试验所得的抛光液具有稳定性高、使用寿命长、能耗低的特点,在含有少量水分(80mL/L)的情况下亦有较好的抛光效果,不会产生点蚀。
1 机械抛光 机械抛光是靠切削材料表面塑性变形去掉被抛光物质而得到平滑面的抛光方法,以手工操作为主,一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等,特殊零件如回转体表面,可使用转台等辅助工具,表面质量 要求高的可采用超精研抛的方法。超精研抛是采用特制的磨具,在含有磨料的研抛液中,紧压在工件被加工表面上,作高速旋转运动。光学镜片模具常采用这种方法。2 化学抛光 化学抛光是让材料在化学介质中部分需要处理的表面溶解,从而得到平滑面。这种方法的主要优点可以同时抛光很多工件,效率高。同时不需复杂设备,化学抛光的关键是抛光液的配制。化学抛光得到的表面粗糙度一般为数 10 μ m 。3 电解抛光 电解抛光基本原理与化学抛光相同,即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分,使表面光滑。电化学抛光过程分为两步:第一步是宏观整平 溶解产物向电解液中扩散,材料表面几何粗糙下降, Ra > 1 μ m 。第二步是微光平整 阳极极化,表面光亮度提高, Ra < 1 μ m 。4 磁研磨抛光 磁研磨抛光是利用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷,对工件磨削加工。这种方法加工效率高,质量好,加工条件容易控制,工作条件好。采用合适的磨料,表面粗糙度可以达到 Ra0.1 μ m 。5 流体抛光 流体抛光是依靠高速流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面达到抛光的目的。流体动力研磨是由液压驱动,使携带磨粒的液体介质高速往复流过工件表面。介质主要采用在较低压力下流过性好的特殊化合物(聚合物状物质)并掺上磨料制成,磨料可采用碳化硅粉末。常用方法有:磨料喷射加工、液体喷射加工、流体动力研磨等。6 超声波抛光 将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中,依靠超声波的振荡作用,使磨料在工件表面磨削抛光。在溶液腐蚀、电解的基础上,再施加超声波振动搅拌溶液,使工件表面溶解产物脱离,表面附近的腐蚀或电解质均匀;超声波在液体中的空化作用还能够抑制腐蚀过程,利于表面光亮化。超声波加工宏观力小,不会引起工件变形,但工装制作和安装较困难。超声波加工可以与化学或电化学方法结合。