不锈钢表面处理电解化学机械知识.docx

1、不锈钢表面处理电解化学机械知识不锈钢表面处理 不锈钢具有独特的强度、较高的耐磨性、优越的防腐性能及不易生锈等优良的特性。故广泛应用于化工行业,食品机械,机电行业,环保行业,家用电器行业及家庭装潢,精饰行业,给予人们以华丽高贵的感觉。 不锈钢的应用发展前景会越来越广,但不锈钢的应用发展很大程度上决定它的表面处理技术发展程度。 1 不锈钢常用表面处理方法 1.1 不锈钢品种简介 1.1.1 不锈钢主要成分:一般含有铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钛(Ti)等优质金属元素。 1.1.2 常见不锈钢:有铬不锈钢,含Cr12%以上;镍铬不锈钢,含Cr18%,含Ni12%。 1.1.3 从不锈钢金相组

2、织结构分类:有奥氏体不锈钢,例如:1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni11Nb,Cr18Mn8Ni5。马氏体不锈钢,例如:Cr17,Cr28等。一般称为非磁性不锈钢和带有磁性不锈钢。 1.2 常见不锈钢表面处理方法 常用不锈钢表面处理技术有以下几种处理方法:表面本色白化处理;表面镜面光亮处理;表面着色处理。 1.2.1 表面本色白化处理:不锈钢在加工过程中,经过卷板、扎边、焊接或者经过人工表面火烤加温处理,产生黑色氧化皮。这种坚硬的灰黑色氧化皮主要是NiCr2O4和NiF二种EO4成分,以前一般采用氢氟酸和硝酸进行强腐蚀方法去除。但这种方法成本大,污染环境,对人体有害,腐蚀性较大,逐渐被淘汰。

3、目前对氧化皮处理方法主要有二种: 喷砂(丸)法:主要是采用喷微玻璃珠的方法,除去表面的黑色氧化皮。 化学法:使用一种无污染的酸洗钝化膏和常温无毒害的带有无机添加剂的清洗液进行浸洗。从而达到不锈钢本色的白化处理目的。处理好后基本上看上去是一无光的色泽。这种方法对大型、复杂产品较适用。 1.2.2 不锈钢表面镜面光亮处理方法:根据不锈钢产品的复杂程度和用户要求情况不同可分别采用机械抛光、化学抛光、电化学抛光等方法来达到镜面光泽。这三种方法优缺点如下: 1.2.3 表面着色处理:不锈钢着色不仅赋予不锈钢制品各种颜色,增加产品的花色品种,而且提高产品耐磨性和耐腐蚀性。 不锈钢着色方法有如下几种: 化学

4、氧化着色法; 电化学氧化着色法; 离子沉积氧化物着色法; 高温氧化着色法; 气相裂解着色法。 各种方法简单概况如下: 化学氧化着色法:就是在特定溶液中,通过化学氧化形成膜的颜色,有重铬酸盐法、混合钠盐法、硫化法、酸性氧化法和碱性氧化法。一般“茵科法”(INCO)使用较多,不过要想保证一批产品色泽一致的话,必须用参比电极来控制。 电化学着色法:是在特定溶液中,通过电化学氧化形成膜的颜色。 离子沉积氧化物着色法化学法:就是将不锈钢工件放在真空镀膜机中进行真空蒸发镀。例如:镀钛金的手表壳、手表带,一般是金黄色。这种方法适用于大批量产品加工。因为投资大,成本高,小批量产品不合算。 高温氧化着色法:是在

5、特定的熔盐中,浸入工件保持在一定的工艺参数,使工件形成一定厚度氧化膜,而呈现出各种不同色泽。 气相裂解着色法:较为复杂,在工业中应用较少。 1.3 处理方法选用 不锈钢表面处理选用哪种方法,要根据产品结构、材质、及对表面不同要求,选用合适的方法进行处理。 2 不锈钢件产生锈蚀的常见原因 2.1 化学腐蚀 2.1.1 表面污染:附着在工件表面的油污、灰尘及酸、碱、盐等在一定条件转化为腐蚀介质,与不锈钢件中的某些成分发生化学反应,产生化学腐蚀而生锈。 2.1.2 表面划伤:各种划伤对钝化膜的破坏,使不锈钢保护能力降低,易与化学介质发生反应,产生化学腐蚀而生锈。 2.1.3 清洗:酸洗钝化后清洗不干

6、净造成残液存留,直接腐蚀不锈钢件(化学腐蚀)。 2.2 电化学腐蚀 2.2.1 碳钢污染:与碳钢件接触造成的划伤与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。 2.2.2 切割:割渣、飞溅等易生锈物质的附着与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐。 2.2.3 烤校:火焰加热区域的成份与金相组织发生变化而不均匀,与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。 2.2.4 焊接:焊接区域的物理缺陷(咬边、气孔、裂纹、未熔合、未焊透等)和化学缺陷(晶粒粗大、晶界贫铬、偏析等)与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。 2.2.5 材质:不锈钢材质的化学缺陷(成份不均匀、S、P杂质等)和表面物理缺陷(疏松、砂眼、裂纹等)有利

7、于与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。 2.2.6 钝化:酸洗钝化效果不好造成不锈钢表面钝化膜不均匀或较薄,易于形成电化学腐蚀。 2.2.7 清洗:存留的酸洗钝化残液与不锈钢发生化学腐蚀的生成物与不锈钢件形成电化学腐蚀。 2.3 应力集中易于造成应力腐蚀 总之,不锈钢由于其特殊的金相组织和表面钝化膜,使得它在一般情况下较难与介质发生化学反应而被腐蚀,但并不是在任何条件下都不能被腐蚀。在腐蚀介质和诱因(如划伤、飞溅、割渣等)存在的条件下,不锈钢也能与腐蚀介质发生缓慢的化学和电化学反应被腐蚀,而且在一定条件下的腐蚀速度相当快而产生锈蚀现象,尤其是点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢件的腐蚀机理主要为电化学腐蚀

8、。 因此,在不锈钢产品在加工作业过程中应采取一切有效措施,尽量避免锈蚀条件和诱因的产生。实际上,许多锈蚀条件和诱因(如划伤、飞溅、割渣等)对于产品的外观质量也有显著的不利的影响,也应该和必须加以克服。 3 不锈钢产品加工过程中存在问题 3.1 焊缝缺陷:焊缝缺陷较严重,采用手工机械打磨处理方法来弥补,产生的打磨痕迹,造成表面不均匀,影响美观。 3.2 表面不一致:只对焊缝进行酸洗钝化,也造成表面不均匀,影响美观。 3.3 划痕难除去:整体酸洗钝化,也不能将加工过程中产生的各种划痕去掉,并且也不能去除由于划伤、焊接飞溅而粘附在不锈钢表面的碳钢、飞溅等杂质,导致在腐蚀介质存在的条件下发生化学腐蚀或

9、电化学腐蚀而生锈。 3.4 打磨抛光钝化不均匀:手工打磨抛光后进行酸洗钝化处理,对面积较大的工件,很难达到均匀一致处理效果,不能得理想的均匀表面。并且工时费用,辅料费用也较高。 3.5 酸洗能力有限:酸洗钝化膏并不是万能的,对等离子切割、火焰切割而产和黑色氧化皮,较难除去。 3.6 人为因素造成的划伤比较严重:在吊装、运输和结构加工过程中,磕碰、拖拉、锤击等人为因素造成的划伤比较严重,使得表面处理难度加大,而且也是处理后产生锈蚀的主要原因。 3.7 设备因素:在型材、板材卷弯、折弯过程中,造成的划伤和折痕也是处理后产生锈蚀的主要原因。 3.8 其他因素:不锈钢原材料在采购、储存过程中,由于吊装

10、、运输过程产生的磕碰和划伤也比较严重,也是产生锈蚀的原因之一。 4 应采取预防措施 4.1 储存、吊装、运输 4.1.1 不锈钢件储存:应有专用存放架,存放架应为木质或表面喷漆的碳钢支架或垫以橡胶垫,以与碳钢等其它金属材质隔离。存放时,储存位置应便于吊运,与其它材料存放区相对隔离,应有防护措施,以避免灰尘、油污、铁锈对不锈钢的污染。 4.1.2 不锈钢件吊装:吊装时,应采用专用吊具,如吊装带、专用夹头等,严禁使用钢丝绳以免划伤 表面;并且在起吊和放置时,应避免冲击磕碰造成划伤。 4.1.3 不锈钢件运输:运输时,应用运输工具(如小车、电瓶车等),并应洁净有隔离防护措施,以防灰尘、油污、铁锈污染

11、不锈钢。严禁拖拉,避免磕碰、划伤。 4.2 加工 4.2.1 加工区:不锈钢件的加工区域应相对固定。不锈钢件加工区的平台应采取隔离措施,如铺上橡胶垫等。不锈钢件加工区的定置管理、文明生产应加强,以避免对不锈钢件的损伤与污染。 4.2.2 下料:不锈钢件的下料采用剪切或等离子切割、锯切等。 剪切:剪切时,应与送进支架隔离,落料斗也应铺以橡胶垫,避免划伤。 等离子切割:等离子切割后,割渣应清理干净。批量切割时,对于已完成的零件应及时清理出现场,以避免割渣对工件的玷污。 锯切下料:锯切下料时,夹紧应加以胶皮保护,锯切后应清理工件上的油污、残渣等。 4.2.3 机械加工:不锈钢件在车、铣等机械加工时也

12、应注意防护,作业完成应清理干净工件表面的油污、铁屑等杂物。 4.2.4 成型加工:在卷板、折弯过程中,应采取有效措施避免造成不锈钢件表面划伤和折痕。 4.2.5 铆焊:不锈钢件在组对时,应避免强制组装,尤其避免火焰烤校装配。组对或制作过程如有临时采用等离子切割时,应采取隔离措施以避免割渣对其它不锈钢件的污染。切割后,工件上的割渣应清理干净。 4.2.6 焊接:不锈钢件焊接前必须认真清除油污、锈迹、灰尘等杂物。焊接时尽量采用氩弧焊接,采用手工电弧焊时应采用小电流、快速焊,避免摆动。严禁在非焊接区域引弧,地线位置适当、连接牢固,以避免电弧擦伤。焊接时应采取防飞溅措施(如刷白灰等方法)。焊后应用不锈

13、钢(不得采用碳钢)扁铲彻底清理熔渣和飞溅。 4.2.7 多层焊:多层焊时,层间熔渣必须清除干净。多层焊时,应控制层间温度,一般不得超过60。 4.2.8 焊缝:焊缝接头应修磨,焊缝表面不得有熔渣、气孔、咬边、飞溅、裂纹、未熔合、未焊透等缺陷,焊缝与母材应圆滑过渡,不得低于母材。 4.2.9 矫形:不锈钢件的矫形,应避免采用火焰加热方法,尤其不允许反复加热同一区域。矫形时,尽量采用机械装置,或用木锤(橡皮锤)或垫橡皮垫锤击,禁止用铁锤锤击,以避免损伤不锈钢件。 4.2.10 搬运:不锈钢件在加工过程中进行搬运时,应用运输工具(如小车、电瓶车或天车等),并应洁净有隔离防护措施,以防灰尘、油污、铁锈

14、污染不锈钢。严禁在平台或地面直接拖拉,严禁磕碰和划伤。 4.3 表面处理 4.3.1 清理打磨:如有损伤应打磨,尤其与碳钢件接触造成的划伤和飞溅、割渣造成的损伤必须认真彻底地清理打磨干净。 4.3.2 机械抛光:要采用适当的抛光工具进行抛光,要求处理均匀一致,并避免过抛和再划伤。 4.3.3 除油除尘:不锈钢件在进行酸洗钝化前,必须按工艺清除油污、氧化皮、灰尘等杂物。 4.3.4 水喷砂处理:要根据不同的处理要求,选用不同的微玻璃珠、不同的工艺参数,并避免过喷等。 4.3.5 酸洗钝化:不锈钢件的酸洗钝化必须严格按工艺要求进行钝化。 4.3.6 清洗干燥:酸洗钝化后,应严格按工艺进行中和、冲洗

15、、干燥,彻底清除残留的酸液。 4.3.7 保护:不锈钢件表面处理完毕后,应做好防护,避免人员抚摸和油污、灰尘等杂物的二次污染。 4.3.8 避免再加工:不锈钢件表面处理完毕后,应避免对该零部件或产品的再加工。 电解抛光 定义: 电解抛光是以被抛工件为阳极,不溶性金属为阴极,两极同时浸入到电解槽中,通以直流电而产生有选择性的阳极溶解,从而达到工件表面光亮度增大的效果。 原理: 电解抛光原理现在世界各界人士争论很多,被大家公认的主要为黏膜理论。该理论主要为:工件上脱离的金属离子与抛光液中的磷酸形成一层磷酸盐膜吸附在工件表面,这种黏膜在凸起处较薄,凹处较厚,因凸起处电流密度高而溶解快,随黏膜流动,凹

16、凸不断变化,粗糙表面逐渐被整平的过程。 电解抛光优点: 内外色泽一致,光泽持久,机械抛光无法抛到的凹处也可整平。 生产效率高,成本低廉。 增加工件表面抗腐蚀性。 电化学抛光所需条件及设备 (1)电源: 电源可选用双相220V,三相380V。 (2)整流器 电解抛光对电源波形要求不是太严格,可选用可控硅整流器好高频整流器。 整流器空载电压:020v 负载电压(工作电压):810v 工作电压低于6v,抛光速度慢,光亮度不足。 整流器电流:根据客户工件大小而定。 (3)电解槽及配套设施(阳极棒) 可选用聚氯乙烯硬板材焊接而成。在槽上装三根电极棒,中间为可移动的阳极棒,接电源阳极(或正极),两侧为阴极

17、棒,连接电源阴极(负极)。 (4)加热设施及冷却设备 加热可选用石英加热管,钛加热管。 冷却可选用盘管,盘管可加热可冷却。 (5)夹具 最好选用钛做挂具,因为钛较耐腐蚀,寿命长,钛离子对槽液无影响。建议最好不要用铜挂具,因为铜离子进入会在不锈钢表面沉积一层结合力不好的铜层,影响抛光质量。铜裸露部位可用聚氯乙烯胶烘烤成膜,在接触点刮去绝缘膜。 (6)阴阳极材料 阴阳极棒应用铜棒或铜管,铜管长是电解槽长加20厘米,阴极板应用铅板,铅板固定在阴极棒上,铅板长为槽高加10厘米,铅板宽根据槽长而定,一般为10厘米,20厘米规格。 就目前来说,电解抛光主要针对不锈钢工件的表面光亮处理。不锈钢工件又分为20

18、0系列,300系列, 400系列材质,各系列材质有必须用针对性电解抛光液。比如不锈钢200系列材质的不锈钢,必须用200系列的配方,此种配方无法适应300系列或400系列的不锈钢材质。这一直是国内一大难题,因为有些厂家的材质是组合工件,既有200系列不锈钢材质,又有300或400系列不锈钢材质。在2007年12月,威海云清化工开发院王铃树高级工程师研制出一种不锈钢通用电解液。这种电解液适合所有不锈钢材质。他结合了原有电解液所有优点,比重为电解液最佳比重,为1.70,光亮度为镜面亮度。同时还研发出新的优点,此电解液提高了原有的亮度,降低了一半的电流密度。在生产操作中,可节省50%的电费。使用寿命

19、提高了40%,这种电解液一直在国内处于领先技术。 不锈钢化学抛光 一、前言 不锈钢因其较高的耐蚀性及装饰性而得到广泛的应用, 尤其在医疗用具、食品工业用具、餐具、厨房用具等方面得到普及与推广。不锈钢用具应耐蚀、外观光亮和清洁卫生,用具表面不应附有对人体有毒的物质。因此对生产这类用具的表面处理提出要求,就是要彻底清除表面的有害物质。 不锈钢在热加工、机械加工或放置一定时间后其表面会形成一层黑色或灰色氧化皮, 其主要成分为Cr2O3 、NiO 以及十分难溶的FeO、Cr2O3 , 它们的存在一方面影响外观质量, 另一方面也影响产品的使用性能,因此要采取适当措施加以清除。有关不锈钢的氧化皮清除及光饰

20、等表面处理已有很多的报导。不锈钢抛光作为一种成熟的表面处理方法,得到了广泛的应用,抛光可进一步提高不锈钢的耐蚀性和光亮效果。 二、不锈钢化学抛光 化学抛光是不锈钢常用的表面处理工艺,与电化学抛光工艺相比,其最大优点是不需要直流电源和特殊夹具,可以抛光形状复杂的零件,生产率很高。就功能性而言,化学抛光除了能得到物理、化学清洁度的表面外,还能除去不锈钢表面的机械损伤层和应力层,得到机械清洁度的表面,这有利于防止零件的局部腐蚀,提高机械强度、延长零件使用寿命。从本世纪40年代初有了关于不锈钢化学抛光的专利以来,迄今已有不少配方公诸于世,但人们在实际应用时仍然感到很困难。因为不锈钢品种繁多,不同牌号的

21、不锈钢具有不同的腐蚀规律,不可能采用同一种溶液,所以不锈钢化学抛光溶液有多种类型。 化学抛光溶液的基本组成包括腐蚀剂、氧化剂和水。腐蚀剂是主要成份,如果不锈钢在溶液溶解,抛光便不能进行。氧化剂和添加剂可抑制过程,使反应朝有利于抛光的方向进行。水对溶液浓度起调节作用,便于反应产物的扩散。不锈钢化学抛光能否顺利进行,取决于上述成分的合理配合。 三、不锈钢电化学抛光 不锈钢电解抛光是将不锈钢制品挂在阳极上,在电解抛光液中进行阳极电解加工。电解抛光是一种特殊的阳极过程,在整个阳极电解抛光过程中,不锈钢制品表面同时进行着两个相互矛盾的过程,即金属表面氧化膜的不断生成和溶解。但是不锈钢制品表面凸起部位和凹

22、洼部位化学成膜进入钝态的条件是不相同的,又由于阳极溶解,阳极区金属盐浓度不断增加,在不锈钢制品表面形成一种高电阻率的稠性粘膜层。稠性粘膜在制品表面微观凹凸处厚度是不相同的,并使阳极微观表面电流呈不均匀分布。微观凸起处电流密度大,溶解较快,使制品表面毛刺或微观凸起处优先溶解而达到整平;凹洼处电流密度较小,溶解也较慢。由于电流密度分布不同,制品表面以不同速率不断成膜与溶解。阳极表面同时进行着两个相反的过程,成膜与溶解,钝化膜的不断生成、溶解,使不锈钢制品表面被整平,达到高度光滑和光泽的外观,满足了不锈钢制品表面抛光精饰目的。 四、不锈钢抛光后亮度等级 目测法,将抛光后零件表面的光亮度分为5级: 1

23、级:表面有白色氧化膜,无光亮度; 2级:略有光亮,看不清轮廓; 3级:光亮度较好,能看出轮廓; 4级:表面光亮,较清晰地看出轮廓(相当于电化学抛光的表面质量); 5级:镜面般光亮。 不锈钢机械抛光 不锈钢,硬,加工时会产生大量的热量,极损刀具。常令好多人感到头痛。对症下药,一切就变得好容易。 钨钴类合金具有良好的韧性,切削轻快,切屑不容易粘刀,特别适合振动较大的粗加工和断续切削的不锈钢车削。我们常用的刀头则是W10,W20,YW2 。刀杆材料是45号钢调质处理,可以加强强度和刚性。 刀具前角取1520对不锈钢切削热的处理最合适。粗加工时,要先用较小的后角;精加工时,因为容易出现材料加工过程的硬

24、化现象,后角约为68最合适。通常情况,后角应比加工普通碳钢时适当大些。刃倾角通常取15为宜。如是精车外圆、精车孔、精刨平面时,吃刀量比较少时,应采用取50左右的大刃倾角刀具。 切削速度是不能过快的,以线速度6080米/秒为好,每次吃刀量5-6个毫米,进给量可看光洁度要求再定,以在十几丝到半个毫米mm/r为宜。绝对不能用对普通碳钢的操作方法来对待不锈钢冷却润滑液可以降低切削过程中的切削热和切削力,不只是延长了刀具的使用寿命,更可保证产品的光洁度。可用乳化液,但对光洁度要求高的产品,应该用不锈钢专用切削油。 打孔用上工的全磨钻就行,加足够的冷却液。316或303的攻丝,用上工丝攻就可以了,如是国标

25、的304,则需要用富士牌,除此别的如301,202等等,则一定得用雅玛娃。 不锈钢的攻丝油用“塔牌”攻丝油,一斤装,灰色的胶瓶,正常价格是33-35一瓶,用此油,攻出来的丝非常顺滑,没有一个会烂牙。此油是稠性了,目的是增加阻力-此液不能用于铜和铝的攻丝。 我现在在做316L的抛光,在用布轮抛完最后一遍时,不锈钢表面总是留下许多非常细的划痕,请问如何解决? 我的工序是:80#的千叶轮抛第一遍,然后是240#,320#(甚至都用上600#)。在用320#的尼龙轮,再用棉布轮收尾(用的是白蜡)。但最后总是留下细细的划痕。 我们的要求是10级,0.2-0.4。 我们也经常遇到这样的问题,与布料无关的,主要是抛光布在以前的粗抛与精抛后留下的较粗的抛光材料,没有清除,而导致表面的划痕。建议在最后一道精抛明要彻底的清洁抛光盘,抛光布料最好要有一块专供最后一道工序用的布,这样就可以避免了