不銹鋼化學(xué)拋光工藝的研究

仇啟賢, 景興斌, 張曉東, 樊偉紅, 劉桂芳

(西安北方慶華機(jī)電集團(tuán)有限公司沖壓件廠(chǎng),陜西西安 710025）

不銹鋼化學(xué)拋光工藝的研究

仇啟賢, 景興斌, 張曉東, 樊偉紅, 劉桂芳

(西安北方慶華機(jī)電集團(tuán)有限公司沖壓件廠(chǎng),陜西西安 710025）

0 前言

不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性、耐磨性、可塑性,因此,不銹鋼制品被廣泛應(yīng)用于化工、紡織、食品機(jī)械、儀器儀表、廚房炊具、醫(yī)療器械等[1]。由于不銹鋼制品在機(jī)械加工時(shí)往往會(huì)形成一層灰黑色的氧化皮,不僅影響其表面質(zhì)量,更嚴(yán)重影響其耐蝕性能。因此,不銹鋼制品的表面處理就顯得尤為重要,對(duì)其表面進(jìn)行化學(xué)拋光可大大提高其耐蝕性能和裝飾效果。不銹鋼化學(xué)拋光與電化學(xué)拋光相比,具有不需要直流電源設(shè)備和導(dǎo)電夾具,可拋光形狀復(fù)雜或尺寸不一的零件,生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)[2]。奧氏體不銹鋼為非磁性,常用的有 0Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti,Cr18Mn8Ni5等,這類(lèi)不銹鋼因含有易鈍化的Ni,Mn等元素[3],經(jīng)化學(xué)拋光后,不銹鋼制品表面可以達(dá)到鏡面光亮。

1 試驗(yàn)

1.1 工藝流程

1.2 溶液組成及工藝參數(shù)

(1）有機(jī)溶劑除油液

有機(jī)溶劑 汽油,室溫,5～10 min。

(2）化學(xué)去油液

氫氧化鈉 40～60 g/L,碳酸鈉 30～50 g/L,OP-10乳化劑3～5 mL/L,60～90 ℃,油漬去凈為止。

(3）氧化皮松動(dòng)液

氫氧化鈉 170～190 g/L,高錳酸鉀 90～110 g/L,90～105 ℃,20～30 min。

(4）化學(xué)拋光液

磷酸140～160 mL/L,鹽酸100～130 mL/L,硝酸40～50 mL/L,尿素1～3 g/L,六次甲基四胺0.8～1.5 g/L,復(fù)合添加劑 30～40 mL/L,80～90 ℃,1～5 min。

(5）鈍化液

硝酸280～350 mL/L,室溫,3～5 min。

(6）中和液

碳酸鈉 50～60 g/L,室溫 ,20～30 s。

1.3 主要工序說(shuō)明

1.3.1 有機(jī)溶劑除油

不銹鋼在化學(xué)拋光前必須經(jīng)過(guò)徹底的除油處理,如果不銹鋼表面油污較重,則必須先進(jìn)行有機(jī)溶劑除油;若不銹鋼表面油污很小,則可省去有機(jī)溶劑除油操作。有機(jī)溶劑除油后表面會(huì)殘留一層薄薄的油膜,所以還須對(duì)其進(jìn)行化學(xué)除油。

1.3.2 化學(xué)去油

化學(xué)除油的原理就是利用堿性物質(zhì)的皂化作用和表面活性劑的乳化作用來(lái)達(dá)到去除油污的目的。化學(xué)除油液中的氫氧化鈉有極強(qiáng)的乳化作用;碳酸鈉具有一定的去油能力,其水解也可以產(chǎn)生一部分堿,同時(shí)又是乳化劑良好的載體;OP-10乳化劑是一種表面活性劑,其具有良好的潤(rùn)濕作用和乳化作用,在化學(xué)除油液里面添加一定量的OP-10,除油效果會(huì)大大增強(qiáng)。

1.3.3 氧化皮松動(dòng)

氫氧化鈉與不銹鋼表面鉻的氧化物在高溫下反應(yīng)可以生成亞鉻酸鈉,亞鉻酸鈉與高錳酸鉀進(jìn)一步反應(yīng)可生成易溶于水的鉻酸鈉;同時(shí)高錳酸鉀也可將不銹鋼制品表面鐵的氧化物氧化,從而生成疏松的三價(jià)鐵氧化物,以便于酸洗去除。

1.3.4 化學(xué)拋光

(1）磷酸

磷酸在拋光過(guò)程中的作用是調(diào)節(jié)溶液的黏度,可以在不銹鋼表面形成一層不溶性的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜,從而有效抑制酸性溶液對(duì)不銹鋼表面的過(guò)溶解。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)磷酸的體積分?jǐn)?shù)較低時(shí),溶液溶解不銹鋼的速率大于在其表面形成磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的速率,導(dǎo)致形成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜很薄,甚至不連續(xù),抑制不了硝酸和鹽酸對(duì)不銹鋼表面的過(guò)溶解作用,導(dǎo)致不銹鋼拋光效果較差,無(wú)光澤,甚至出現(xiàn)發(fā)灰、粗糙等現(xiàn)象,零件尺寸也無(wú)法得到保證;如果其體積分?jǐn)?shù)過(guò)高,磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜的形成速率增大,導(dǎo)致不銹鋼表面的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜太厚,阻止了硝酸和鹽酸對(duì)不銹鋼表面的溶解作用,導(dǎo)致拋光效果不理想,達(dá)不到鏡面光亮效果。

(2）鹽酸

鹽酸主要起溶解不銹鋼的作用。試驗(yàn)表明:單獨(dú)使用鹽酸時(shí),對(duì)不銹鋼幾乎不溶解,當(dāng)其與磷酸、硝酸及復(fù)合添加劑共同使用時(shí),才能達(dá)到均勻溶解不銹鋼的目的。當(dāng)鹽酸的體積分?jǐn)?shù)較低時(shí),溶液溶解能力下降,拋光效果較差;其體積分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí),則往往會(huì)產(chǎn)生過(guò)腐蝕現(xiàn)象,導(dǎo)致零件表面粗糙,甚至造成零件尺寸超差等現(xiàn)象,因此,需要嚴(yán)格控制鹽酸的用量。

(3）硝酸

硝酸是一種強(qiáng)氧化性的酸,可以使不銹鋼表面形成一層鈍化膜,從而調(diào)節(jié)不銹鋼表面的腐蝕速率;同時(shí)它具有溶解不銹鋼的作用,從而達(dá)到拋光的效果。硝酸的體積分?jǐn)?shù)過(guò)低,溶解速率減小,不銹鋼表面發(fā)灰,不光亮;其體積分?jǐn)?shù)過(guò)高,則往往導(dǎo)致不銹鋼表面形成的鈍化膜過(guò)厚,降低拋光速率,同時(shí)在拋光過(guò)程中還伴隨有大量氮氧化物氣體析出。

(4）尿素

尿素是一種酸霧抑制劑,可有效防止在化學(xué)拋光過(guò)程中產(chǎn)生大量黃煙。

(5）六次甲基四胺

六次甲基四胺在拋光液中起緩蝕作用,它可以調(diào)節(jié)溶液的腐蝕速率,防止不銹鋼表面產(chǎn)生過(guò)腐蝕現(xiàn)象。

(6）復(fù)合添加劑

復(fù)合添加劑主要由黏度調(diào)節(jié)劑和光亮劑組成,其在不銹鋼表面形成吸附層,增強(qiáng)溶液對(duì)不銹鋼表面的均勻溶解能力,對(duì)拋光質(zhì)量起著決定性作用。黏度調(diào)節(jié)劑一般采用纖維素醚或明膠;光亮劑一般采用含氮的雜環(huán)化合物或芳香胺類(lèi)有機(jī)物。試驗(yàn)表明:復(fù)合添加劑的體積分?jǐn)?shù)過(guò)高,不銹鋼溶解速率加快,不利于不銹鋼制品表面化學(xué)拋光質(zhì)量的控制;其體積分?jǐn)?shù)過(guò)低,則反應(yīng)速率下降,需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到拋光效果。

1.3.5鈍化

不銹鋼經(jīng)過(guò)硝酸鈍化后表面會(huì)形成一層薄薄的鈍化膜,膜層非常致密,不銹鋼表面的色澤不但不會(huì)發(fā)生任何改變,而且還可大大增強(qiáng)其耐蝕性能。

1.3.6 中和

硝酸鈍化后必須進(jìn)行中和處理。如果未經(jīng)過(guò)中和處理,雖然經(jīng)過(guò)水洗,但硝酸仍會(huì)有一部分殘留附著在不銹鋼表面,其體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硝酸鈍化液中硝酸的體積分?jǐn)?shù)范圍,不但起不到鈍化作用,反而會(huì)破壞不銹鋼表面的鈍化膜,使不銹鋼表面的耐蝕性大大降低,甚至可能會(huì)低于未經(jīng)過(guò)鈍化處理的不銹鋼表面的耐蝕性。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳拋光液配方

通過(guò)試驗(yàn)確定了拋光液的最佳組成:磷酸150 mL/L,鹽酸 120 mL/L,硝酸 48 mL/L,尿素 2 g/L,六次甲基四胺1 g/L,復(fù)合添加劑35 mL/L。

2.2 溫度對(duì)拋光質(zhì)量的影響

溫度對(duì)提高拋光后不銹鋼表面的光亮度起決定性作用。試驗(yàn)表明:若溫度過(guò)高,溶液溶解能力增強(qiáng),往往會(huì)導(dǎo)致不銹鋼表面產(chǎn)生過(guò)腐蝕及尺寸超差等現(xiàn)象;溫度過(guò)低,拋光后不銹鋼表面呈霧狀,不光亮?；瘜W(xué)拋光液最佳溫度為86℃。

2.3 拋光效果

對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行化學(xué)拋光,制品表面可達(dá)到鏡面光亮。

2.4 拋光液的維護(hù)

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):若拋光液拋光效率下降時(shí),通過(guò)向溶液中補(bǔ)加各成分效果不佳。因此,當(dāng)不銹鋼化學(xué)拋光后表面出現(xiàn)不光亮現(xiàn)象時(shí),應(yīng)徹底更換化學(xué)拋光液。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)不銹鋼化學(xué)拋光工藝的研究,確定了化學(xué)拋光液的最佳組成。同時(shí),研究表明:奧氏體不銹鋼經(jīng)化學(xué)拋光后能達(dá)到鏡面光亮,從而可達(dá)到美化裝飾不銹鋼制品表面的效果。

[1] 姚慶峰,郭見(jiàn)春,管從勝.不銹鋼室溫化學(xué)拋光研究[J].電鍍與精飾,2000,22(2）:29-32.

[2] 曾華梁,吳仲達(dá),陳鈞武,等.電鍍工藝手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997:67-72.

[3] 王文忠.不銹鋼化學(xué)拋光[J].電鍍與環(huán)保,2006,26(2）:43-44.

TG 175

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2010-03-12