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1. 新型工艺简介
从以上的叙述中知道各种方法都有自己的优缺点如果把其中两种甚至几种抛光方法组合在一起可能会有更好的综合性能。例如将酸洗、化学抛光及电解抛光融为一体形成新型不锈钢抛光工艺。采用该工艺能显著降低环境污染,达到了不锈钢光亮如镜的色泽,综合性能优越。从三种抛光工艺的成本看,机械抛光较高,电化学抛光次之,化学抛光最低。机械抛光工艺成本高在高温酸洗和机械抛光所需设备及其辅料与电耗上。化学抛光成本低,对不锈钢制品的几何形状无选择,即使形状复杂制品都能达到镜面光亮。但是从实践发现,与电解抛光比较,化学抛光表面没有电解抛光细腻,色泽银白,不如电抛显镍铬靓色、悦目秀美,但是对于几何形状较复杂的制品,受电力线分布的影响,分布较弱部位的色泽不如化学抛光好,如果将化学抛光与电解抛光融为一体,互为取长补短,抛光效果则更好。即将酸洗、化学抛光及电解抛光融为一体能够达到更好的效果。
将酸洗、化学抛光、电解抛光融为一体,为了减少所用材料对环境的污染和人体的危害,通过了采用各种原料配方对不锈钢抛光进行对比分析,去除污染性强的铬酐和氢氟酸,以及含有害物质的氮氧化物的硝酸,只保留磷酸,废水处理虽染困难一些,但也能处理。重新组合的以磷酸、硫酸为主体的新型组合工艺,环境污染小,成本低,经处理后,制品的抗腐蚀蚀性也能提高,制品表面细腻,镜面光亮,色靓悦目。传统的除油工艺一般除油后用高温酸洗。而酸洗液一般由盐酸与硫酸组成,它的主要作用是去除氧化皮并且还能提高制品的光洁度,但是高温酸洗需要的时间较长,这不仅使生产的成本高,而且盐酸的挥发性大,不仅污染了环境,而且也腐蚀设备。采用这种组合工艺以磷酸和硫酸为主体组成新型组合工艺,除了电解抛光过程需要中温,其余的过程都在室温下进行,可达到良好的结果。也就是用酸洗、化学抛光和电解抛光的融合使整体性能优越,使用前景乐观。
2. 工艺流程
脱脂→水洗→酸洗→水洗→化学抛光→水洗→电解抛光→水洗→钝化→水洗→中和→水洗→干燥
3. 各溶液组成及操作条件
(1)脱脂液:30 g/L氢氧化钠、20 g/L碳酸钠、50 g/L磷酸三钠、5mL/L OP乳化剂,常温,t为10~15min;
(2)化学抛光液:磷酸250~340 mL/L、硫酸180~220 mL/L、双氧水60~100 mL/L、AP-1稳定剂30~50 mL/L、ZP缓蚀剂10~20 mL/L、水270~470 mL/L,温度室温,t为5~10min;
(3)酸洗液:硫酸150~250 mL/L、磷酸290~370 mL/L、水380~560 mL/L,温度室温,t为5~10min;
(4)中和液:5%碳酸钠溶液;
(5)钝化液:50 mL/L柠檬酸钝化液;
(6)电解抛光液:磷酸300~350mL/L、硫酸180~220mL/L、ZP缓蚀剂10~20mL/L、水470~550mL/L,温度室温,电流密度0.5~1 A/dm2,时间t为5~10min;
4. 各工艺的作用
(1)脱脂液的作用是借助于表面活性成分所具有的湿润、乳化、渗透、分散能力,通过各种试剂的共同作用,使油垢在不锈钢表面的附着力减弱,发生脱离而进入溶液,从而达到了去除油垢、洁净表面的目的。为后续工序创造了干净的金属表面。本工艺所选择的脱脂液使用方便、除油速度快、对金属无腐蚀同时缓蚀性好。
(2)化学抛光剂的作用是借助抛光液中的双氧水所具有的很强氧化性,取代有污染性的氮氧化物硝酸,只保留了磷酸,双氧水可使不锈钢表面难溶于酸洗液的氧化物膜结构发生变化,进而使酸洗未除去的氧化物得以去除,从而使不锈钢表面获得了较好的银白色镜面光亮度。
(3)酸洗液的作用是去除不锈钢表面的氧化皮,本工艺所采用的酸洗工艺有利于去除较厚的氧化膜,且比较彻底。对于原来有盐酸和硫酸组成的酸洗工艺,算洗的时间过长,酸液的温度也高,去除不锈钢表面氧化皮的效果虽好,但是生产成本高,盐酸经过加温后挥发性更强,散发出的酸雾污染环境并且危害人体健康,对于制品较厚的氧化皮去除不彻底。采用磷酸取代盐酸,能更好地去除氧化皮,且成本低,采用室温酸洗。
(4)中和液的作用是钝化后对不锈钢进行中和处理。如果未经过中和处理,虽然经过了水洗,但是酸液仍会有一部分残留附着在不锈钢的表面,其体积分数远远低于柠檬酸钝化液中柠檬酸钝化液的体积分数范围,不仅起不到钝化的作用,反而还会破坏不锈钢表面的钝化膜,使不锈钢表面的耐腐蚀性大大降低,甚至可能会低于未经过钝化处理的不锈钢表面的耐蚀性,故要进行中和处理。
(5)钝化液的作用是在不锈钢表面形成耐腐蚀膜,降低了电化学腐蚀,提高了产品的抗腐蚀性能。同时由于不锈钢和其它的金属一样,表面容易钝化,经过电解抛光后,表面暴露了具有活泼性能的金属,此时若用钝化剂将其表面钝化,可以防止其吸附其它腐蚀性物质,防止表面受到腐蚀,色泽变暗。
(6)电解抛光液的作用是显著提高不休刚表面的亮度、去除毛刺并增加了表面的光滑度。此种电解抛光液有抛光效率高,抛光后光泽保持长久不变,抛光深度强,并且抛光液稳定,污染小,能耗低,成本低,容易维护,使用范围广。
5. 溶液的配置方法
对于酸洗液,化学液和电解抛光液按照各自的配方,先将一定剂量的水加入容器中,然后再将磷酸和硫酸按照顺序加入容器,并要对溶液均匀搅拌直至溶液冷却至室温,这样就完成了酸洗液的配置,如果在此基础上加入双氧水、缓蚀剂和稳定剂同时进行搅拌使溶液混合均匀,就形成了化学抛光液。对于电解抛光液只要在此基础上,边搅拌边加入用90℃左右热水溶解的适量聚乙二醇,对溶液进行稀释及加入水,之后边搅拌边加入缓蚀剂这样就完成了配液。
6.溶液各主要成分的作用
6.1 双氧水
对于双氧水来说具有很强的氧化性,在化学抛光液中加入双氧水,可使不锈钢表面难溶于酸洗液的氧化物膜结构发生变化,从而使未除去的氧化皮及焊接件的灰膜黑渣去除干净。使不锈钢表面获得较好的银白色镜面光亮度,性能优越。
6.2 硫酸
硫酸是一种无机强酸,在溶液中能完全电离,有助于提高抛光液的电导率。硫酸具有良好的分散性,可提高溶液的分散能力和阳极电流效率,使不锈钢表面抛光均匀。加热后硫酸浸蚀能力会大大提高,有助于形成扩散层[5]。当硫酸含量过低时,不锈钢制品表面难以达到整平,而且抛光质量较低,当硫酸含量过高时会引起腐蚀现象,降低了不锈钢表面的光洁度,也缩短了抛光液的使用寿命。硫酸在室温下对金属氧化物的溶解能力较弱,加温后能大大提高其侵蚀能力。当在磷酸溶液中加入一定含量的硫酸,此种混合液不仅去除焊接处的灰膜、黑渣及氧化皮氧化皮效果好而且还提高了抛光速度增加光亮性。硫酸用量控制在150~250 mL/L为宜。
6.3 聚乙二醇
对于传统配方的电化学抛光,一般为磷酸、硫酸和铬酐体系。采用这种方法不仅降低了磷酸和硫酸的用量还去除了铬酐成分,采用加入聚乙二醇增稠剂取代传统含铬酐的工艺。聚乙二醇为高分子聚合物,虽然在电化学抛光中用量不大,但效果显著,在不锈钢表面形成粘性的保护膜,同时还能起到调控溶液黏度的作用,当含量低时表面的溶解速度加快,抛光不均匀,不易形成保护膜,整平效果也差。当含量过高时温度上升快,溶液阻力大,电耗大,表面溶解困难。聚乙二醇的含量应控制在4~8g/L。
6.4 磷酸
磷酸是中等强度酸,酸度较低,是不锈钢抛光液的主要成分,对金属的腐蚀性较小。在抛光过程中既能起到溶解作用又能在不锈钢表面形成一层不溶性磷酸盐转化膜,防止不锈钢过渡溶解。使其达到正平、光亮的效果。当磷酸含量低于300mL/L时,抛光液黏度小转化膜薄,离子扩散速度快,金属溶解较快,不利于不锈钢表面的整平和抛光,当磷酸含量高时,不仅溶液黏度增大,成本提高,抛光速度和样品光亮度也会降低。磷酸用量应控制在300~350mL/L为宜。
6.5 稳定剂
在化学抛光液中的稳定剂,能保持化学抛光液中双氧水的稳定性,有效的防止化学抛光液中氧化皮,焊接处的灰膜黑渣等固体微粒的干扰,由于这些固体微粒容易导致双氧水的分解从而缩短了化学抛光液的寿命。
6.6 缓蚀剂
此种工艺的缓蚀剂都是控制不锈钢反应速度,防止出现过腐蚀现象,减少不锈钢的腐蚀损失。缓蚀剂不仅能阻止不锈钢表面保护膜生长过厚,还有利于不锈刚表面获得悦目的光泽。
7. 抛光温度
此工艺电解抛光需要中温来进行。不锈钢表面光亮度与电抛光液的温度有很大关系。在电解抛光中,抛光的整平速率随温度升高而增大。由于当温度升高抛光液的粘度降低,从而使不锈钢表面粘膜厚度减少。当温度高于60℃时会使抛光液过热,使阳极表面产生腐蚀或条纹,影响抛光质量,当温度低于40℃时使溶液粘度增大,不利于溶解产物的扩散,抛光整平效果下降,可能不锈钢表面出现雾状。抛光温度取40~60℃。
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