不銹鋼化學拋光工藝的研究

仇啟賢, 景興斌, 張曉東, 樊偉紅, 劉桂芳

(西安北方慶華機電集團有限公司沖壓件廠,陜西西安 710025）

不銹鋼化學拋光工藝的研究

仇啟賢, 景興斌, 張曉東, 樊偉紅, 劉桂芳

(西安北方慶華機電集團有限公司沖壓件廠,陜西西安 710025）

0 前言

不銹鋼具有優良的耐蝕性、耐磨性、可塑性,因此,不銹鋼制品被廣泛應用于化工、紡織、食品機械、儀器儀表、廚房炊具、醫療器械等[1]。由于不銹鋼制品在機械加工時往往會形成一層灰黑色的氧化皮,不僅影響其表面質量,更嚴重影響其耐蝕性能。因此,不銹鋼制品的表面處理就顯得尤為重要,對其表面進行化學拋光可大大提高其耐蝕性能和裝飾效果。不銹鋼化學拋光與電化學拋光相比,具有不需要直流電源設備和導電夾具,可拋光形狀復雜或尺寸不一的零件,生產效率高等優點[2]。奧氏體不銹鋼為非磁性,常用的有 0Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti,Cr18Mn8Ni5等,這類不銹鋼因含有易鈍化的Ni,Mn等元素[3],經化學拋光后,不銹鋼制品表面可以達到鏡面光亮。

1 試驗

1.1 工藝流程

1.2 溶液組成及工藝參數

(1）有機溶劑除油液

有機溶劑 汽油,室溫,5～10 min。

(2）化學去油液

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 主要工序說明

1.3.1 有機溶劑除油

不銹鋼在化學拋光前必須經過徹底的除油處理,如果不銹鋼表面油污較重,則必須先進行有機溶劑除油;若不銹鋼表面油污很小,則可省去有機溶劑除油操作。有機溶劑除油后表面會殘留一層薄薄的油膜,所以還須對其進行化學除油。

1.3.2 化學去油

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

1.3.3 氧化皮松動

氫氧化鈉與不銹鋼表面鉻的氧化物在高溫下反應可以生成亞鉻酸鈉,亞鉻酸鈉與高錳酸鉀進一步反應可生成易溶于水的鉻酸鈉;同時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鐵氧化物,以便于酸洗去除。

1.3.4 化學拋光

(1）磷酸

磷酸在拋光過程中的作用是調節溶液的黏度,可以在不銹鋼表面形成一層不溶性的磷酸鹽轉化膜,從而有效抑制酸性溶液對不銹鋼表面的過溶解。試驗結果表明:當磷酸的體積分數較低時,溶液溶解不銹鋼的速率大于在其表面形成磷酸鹽轉化膜的速率,導致形成的磷酸鹽轉化膜很薄,甚至不連續,抑制不了硝酸和鹽酸對不銹鋼表面的過溶解作用,導致不銹鋼拋光效果較差,無光澤,甚至出現發灰、粗糙等現象,零件尺寸也無法得到保證;如果其體積分數過高,磷酸鹽轉化膜的形成速率增大,導致不銹鋼表面的磷酸鹽轉化膜太厚,阻止了硝酸和鹽酸對不銹鋼表面的溶解作用,導致拋光效果不理想,達不到鏡面光亮效果。

(2）鹽酸

鹽酸主要起溶解不銹鋼的作用。試驗表明:單獨使用鹽酸時,對不銹鋼幾乎不溶解,當其與磷酸、硝酸及復合添加劑共同使用時,才能達到均勻溶解不銹鋼的目的。當鹽酸的體積分數較低時,溶液溶解能力下降,拋光效果較差;其體積分數過高時,則往往會產生過腐蝕現象,導致零件表面粗糙,甚至造成零件尺寸超差等現象,因此,需要嚴格控制鹽酸的用量。

(3）硝酸

硝酸是一種強氧化性的酸,可以使不銹鋼表面形成一層鈍化膜,從而調節不銹鋼表面的腐蝕速率;同時它具有溶解不銹鋼的作用,從而達到拋光的效果。硝酸的體積分數過低,溶解速率減小,不銹鋼表面發灰,不光亮;其體積分數過高,則往往導致不銹鋼表面形成的鈍化膜過厚,降低拋光速率,同時在拋光過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,可有效防止在化學拋光過程中產生大量黃煙。

(5）六次甲基四胺

六次甲基四胺在拋光液中起緩蝕作用,它可以調節溶液的腐蝕速率,防止不銹鋼表面產生過腐蝕現象。

(6）復合添加劑

復合添加劑主要由黏度調節劑和光亮劑組成,其在不銹鋼表面形成吸附層,增強溶液對不銹鋼表面的均勻溶解能力,對拋光質量起著決定性作用。黏度調節劑一般采用纖維素醚或明膠;光亮劑一般采用含氮的雜環化合物或芳香胺類有機物。試驗表明:復合添加劑的體積分數過高,不銹鋼溶解速率加快,不利于不銹鋼制品表面化學拋光質量的控制;其體積分數過低,則反應速率下降,需要較長時間才能達到拋光效果。

1.3.5鈍化

不銹鋼經過硝酸鈍化后表面會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發生任何改變,而且還可大大增強其耐蝕性能。

1.3.6 中和

硝酸鈍化后必須進行中和處理。如果未經過中和處理,雖然經過水洗,但硝酸仍會有一部分殘留附著在不銹鋼表面,其體積分數遠遠低于硝酸鈍化液中硝酸的體積分數范圍,不但起不到鈍化作用,反而會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,甚至可能會低于未經過鈍化處理的不銹鋼表面的耐蝕性。

2 結果與討論

2.1 最佳拋光液配方

通過試驗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,復合添加劑35 mL/L。

2.2 溫度對拋光質量的影響

溫度對提高拋光后不銹鋼表面的光亮度起決定性作用。試驗表明:若溫度過高,溶液溶解能力增強,往往會導致不銹鋼表面產生過腐蝕及尺寸超差等現象;溫度過低,拋光后不銹鋼表面呈霧狀,不光亮?；瘜W拋光液最佳溫度為86℃。

2.3 拋光效果

對奧氏體不銹鋼進行化學拋光,制品表面可達到鏡面光亮。

2.4 拋光液的維護

通過試驗發現:若拋光液拋光效率下降時,通過向溶液中補加各成分效果不佳。因此,當不銹鋼化學拋光后表面出現不光亮現象時,應徹底更換化學拋光液。

3 結論

通過對不銹鋼化學拋光工藝的研究,確定了化學拋光液的最佳組成。同時,研究表明:奧氏體不銹鋼經化學拋光后能達到鏡面光亮,從而可達到美化裝飾不銹鋼制品表面的效果。

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

[2] 曾華梁,吳仲達,陳鈞武,等.電鍍工藝手冊[M].北京:機械工業出版社,1997:67-72.

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

TG 175

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2010-03-12