不锈钢抛光

·抛　光· 不 锈 钢 抛 光 张述林 , 　王晓波 , 　陈世波 (四川理工学院 材料化学工程系 ,四川 自贡 643000) 中图分类号 :TG 175 　　　　　文献标识码 :B 　　　　　文章编号 :100024742 (2006) 0320034202 1 　引言 不锈钢呈银白色 ,具有优良的耐蚀性能和机械 性能。随着不锈钢用途的多样化 ,在不锈钢面进 行着色处理 ,使其具有装饰功能。在国外 ,彩色不锈 钢已实现工业化生产 ,并在航天航空、原子能、军工、 轻工、建材和太阳能利用等方面得到广泛应用[1 ] 。 为了获得优质的彩色不锈钢 ,不锈钢着色前表面处 理是非常重要的 ,特别是对着色层的结合力、色彩的 均匀性和制品的光洁度有明显的影响 ,正确的前处 理是获得优质彩色不锈钢产品的必要条件[2 ,3 ] 。 前处理目的在于彻底清除不锈钢制品表面污垢 层和氧化层。为了提高制品的光洁度 ,还必须进行 抛光处理。为降低经过机械加工和经点焊、电焊、亚 弧焊处理及热处理的不锈钢表面粗糙度 ,须对零件 进行抛光处理 ,以获取高度光滑和光泽的外观 ,满足 不锈钢制品表面的精饰。对不锈钢抛光可以采用机 械抛光、化学抛光及电解抛光等[4 ,5 ] 。 2 　抛光 2. 1 　机械抛光[ 6] 机械抛光指的是 ,用高速旋转的粘有抛光膏的 抛光轮消除不锈钢制件表面的凹凸不平而获得光亮 表面的机械加工。机械抛光通常在制品比较平 整的外表面上进行。抛光轮用不同布料制成 ,其结 构形式主要有缝合式、折叠式等。抛光轮的软硬程 度不同 ,对制品基材的磨削作用不同 ,据此可把机械 抛光分为粗抛、中抛和精抛。不锈钢抛光主要采用 氧化铬和粘结剂制成的坚硬锐利、磨削能力强的绿 抛光膏。 2. 2 　化学抛光[ 7] 化学抛光是不锈钢制品表面在化学抛光液中的 化学浸蚀过程。不锈钢表面上微观突起处在化学抛 光液中的溶解速率比微观凹下处的大得多 ,结果逐 渐被整平而获得平滑光亮的表面。 化学抛光液成份及工艺条件 : Ⅰ Ⅱ Ⅲ 盐酸Π(mL·L - 1 ) 230 硫酸Π(mL·L - 1 ) 70 60～80 45～50 硝酸Π(mL·L - 1 ) 40 180～190 45～50 磷酸Π(mL·L - 1 ) 150 氢氟酸Π(mL·L - 1 ) 70～90 醋酸Π(mL·L - 1 ) 20～25 硝酸铁Π(g·L - 1 ) 18～20 柠檬酸饱和溶液Π(mL·L - 1 ) 　　　　60 磷酸氢二钠饱和溶液Π(mL·L - 1 ) 　　60 磺基水杨酸Π(mL·L - 1 ) 3. 5 θΠ℃ 50～80 50～60 90～95 tΠmin 3～20 0. 5～5 1～3 2. 3 　电解抛光[ 8] 2. 3. 1 　电解抛光的原理 电解抛光是不锈钢表面的阳极电化学浸蚀过 程。当不锈钢制品为阳极进行电解时 ,首先是表面 的氧化层借助于不锈钢的化学溶解 ,以及不锈钢上 析出的氧气泡的物理冲刷剥离氧化物的作用而除 去 ,随后不锈钢表面被整平 ,使表面光亮。在不锈钢 阳极上可能进行如下反应 : (1) 金属原子失去电子转变为金属离子 : M - 2e = M2 + 　　(2) 氧化膜的生成 : M + H2O - 2e = MO + 2H+ (3) 氧气的析出 : 2H2O - 4e = O2 + 4H+ 　　(4) 溶液中其它物质的阳极氧化 不锈钢表面整平光亮的电解抛光过程 ,可用粘 膜理论解释 :当不锈钢制品为阳极进行电解抛光时 , 若阳极的溶解速率大于阳极溶解产物离开阳极表面 向电解液深处的扩散速度时 ,溶解产物就会在阳极 表面附近积累 ,形成一层电阻比较大的粘性液膜。 它在阳极表面上的分布是不均匀的 ,在表面凸起处 薄一些 ,而在表面凹处厚一些 ,由于凸起处粘膜薄 , 电阻小 ,电流密度大 ,氧气析出多 ,液体易更新 ,所以 凸起处的溶解速率快 ;而凹处粘膜厚 ,电阻大 ,电流 ·43· 　　May 2006 　　　 Electroplating & Pollution Control 　　　　　　　 Vol. 26 No. 3 密度小 ,溶解缓慢 ,随着电解抛光时间的延续 ,阳极 表面上凸起处逐渐被削平 ,使表面变得平滑光洁[9 ] 。 2. 3. 2 　选择电解抛光液的原则 (1) 电解液中应含有一定量的氧化剂 ,这对不 锈钢表面形成氧化膜有利 ,而不能有破坏氧化膜的 活性离子 (如 Cl - )存在。 (2) 在不通电的情况下 ,电解液对不锈钢不可 有明显的腐蚀作用。 (3) 电解液应有较宽的工作范围 (电流密度、温 度等)和通用性。 (4) 不论是否通电 ,电解液都必须足够稳定。 (5) 对阳极产物的溶解度大 ,抛光能力强 ,价廉 和无毒。 2. 3. 3 　不锈钢电解抛光液配方和工艺条件[10 ] Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 磷酸Π% 60 50～60 42 65 硫酸Π% 30 20～30 15 铬酐Π% 5 甘油Π% 7 47 12 水Π% 3 20 11 3 JAΠ(A·dm - 2 ) 7～15 20～100 5～15 10～20 θΠ℃ 50～60 50～60 100 70～90 tΠmin 4～5 10 30 4～6 　　电解液中磷酸、硫酸含量应定期测定和调整。 当溶液中的铁含量按 Fe2O3 计超过 7 %时 ,溶液失去 抛光能力 ,应部分或全部更新。 2. 3. 4 　电解液中各组分的作用 (1) 硫酸 　硫酸是强电解质 ,主要起导电作用 , 能促使阳极较快地溶解。硫酸含量低时 ,抛光速率 慢 ,光亮度差 ;含量高时 ,抛光速率快 ,光亮度不太 高 ,会使表面粗糙。 (2) 磷酸 　磷酸是中强酸 ,对不锈钢腐蚀较差 , 是粘稠的油状液体。在电抛光过程中 ,能促使抛光 表面产生一层阻化膜 ,对其溶解起一定的阻化作用 , 从而提高阳极极化 ,使抛光面获得镜面光亮。磷酸 在电解抛光过程中消耗很少。 (3) 铬酐 　铬酐是强氧化剂。不锈钢表面同时 受氧和 Cr6 + 的氧化作用生成一层钝化膜 ,促使不锈 钢表面在抛光过程中被整平 ,获得光亮的表面。铬 酐含量低时不光亮 ;高时光亮 ;太高 ,会降低抛光 速率。 (4) 甘油 　甘油能吸附在阳极表面 ,对阳极溶 解起一定的阻化作用 ,还能与磷酸生成配合物 ,可能 在阳极表面形成一层更牢固的阻化膜 ,阻化阳极的 溶解 ,从而使抛光表面非常光亮细致。含量低时 ,抛 光面光亮 ;含量高时 ,抛光面光亮而细致 ;太高时 ,泡 沫太多 ,影响操作。 2. 3. 5 　电解抛光工艺条件的影响 为了获得光亮的表面 ,应选择合适的电流密度、 抛光温度和抛光时间。在电解抛光时保持制品的良 好接触。对电解液进行搅拌 ,可使温度均匀 ,防止表 面过热 ,有利于提高抛光质量 ,而且搅拌可提高操作 电流密度 ,提高了抛光速率。不锈钢在电解抛光后 表面生成一层薄的氧化层 ,在磷酸或盐酸中除去薄 氧化层 ,使不锈钢表面活化 ,呈现出不锈钢的晶体结 构 ,可提高着色层的结合力和色彩均匀性。 3 　结论 (1) 机械抛光只适用于简单工件 ,其效果也因 所使用的材料而异 ,劳动强度大 ,生产效率也不高。 (2) 化学抛光不需外加电源 ,设备简单 ,均可处 理形状复杂的零件 ,使不锈钢的内外表面都可获得 均匀的光洁度 ,操作简单 ,生产效率高。但化学抛光 质量一般略低于电解抛光。 (3) 电解抛光不适宜大批量生产。 (4) 抛光不锈钢热加工件时 (如热处理、焊接 件) ,常规抛光工艺繁琐 ,必须对氧化皮进行松动、去 膜、酸洗等工序。如果采用一步法抛光工艺 ,可简化 工序 ,提高效率 ,降低能耗。 参考文献 : [ 1 ] 　王先友 ,蒋汉瀛. 彩色不锈钢研究现状及发展前景[J ] . 材料保 护 ,1996 ,29 (5) :122. [ 2 ] 　张述林. 1Cr18Ni9Ti 不锈钢彩色化的研究[J ] . 四川轻化工学 院学报 ,2000 ,13 (2) :56259. [ 3 ] 　李　青. 不锈钢着色工艺及彩色不锈钢的应用[J ] . 材料保护 , 1994 ,27 (1) :1. [ 4 ] 　曾华梁 ,等. 电镀工艺手册[M] . 北京 :机械工业出版社 ,1996. [ 5 ] 　周元康 ,王满力. 不锈钢着色的色泽控制[J ] . 材料保护 ,1997 , 30 (11) :20221. [ 6 ] 　刘福春 ,石玉敏 ,等. 不锈钢表面处理方法的进展[J ] . 沈阳工 业大学学报 ,2001 ,23 (1) :1. [ 7 ] 　周金保. 不锈钢化学抛光工艺的发展 [J ] . 电镀与环保 ,1998 , 18 (3) :3. [ 8 ] 　耿　强 ,路云鹤. 不锈钢电化学抛光新工艺的研制[J ] . 材料保 护 ,1995 ,28 (9) :22223. [ 9 ] 　储荣邦. 不锈钢电镀[J ] . 电镀与精饰 ,1998 ,24 (4) :12. [10 ] 　吴　昊. 影响不锈钢着色的因素 [J ] . 电镀与涂饰 ,2004 ,23 (1) :54255. 收稿日期 :2005209220 ·53·2006 年 5 月 　　　　　　　　　　　　　电镀与环保 第 26 卷第 3 期(总第 149 期)