化學(xué)機(jī)械拋光在奧氏體不銹鋼中的應(yīng)用

衛(wèi)海瑞

（1太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司先進(jìn)不銹鋼材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030003；2山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原030003）

不銹鋼具有獨(dú)特的強(qiáng)度、較高的耐磨性、優(yōu)越的防腐性能及不易生銹等優(yōu)良特性，給人一種自然的堅(jiān)固亮麗之感[1-4]，其自然色彩柔和地反映出周圍環(huán)境的顏色，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品機(jī)械、電子、環(huán)保、裝飾等行業(yè)[5-7]。隨著高性能電子產(chǎn)品用奧氏體不銹鋼材料的快速發(fā)展，對(duì)不銹鋼表面質(zhì)量要求極高，因此不銹鋼的應(yīng)用發(fā)展前景很大程度上取決于它的表面處理技術(shù)的發(fā)展程度，科研工作者對(duì)不銹鋼表面的拋光工藝研究迫在眉睫[8]。

1 化學(xué)機(jī)械拋光原理

不銹鋼表面常用的拋光處理方法有機(jī)械拋光、化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光等。機(jī)械拋光是對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行整平處理的機(jī)械加工過程；化學(xué)拋光是不銹鋼表面在化學(xué)拋光液中選擇性的溶解及浸蝕過程；電化學(xué)拋光是將不銹鋼表面作為陽極進(jìn)行電解，表面金屬溶解的過程[9-10]。

本論文研究的不銹鋼拋光工藝屬于機(jī)械拋光和化學(xué)拋光兩者相結(jié)合，機(jī)械拋光的目的用于初級(jí)拋光，將表面的凹凸不平度加工到一定的粗糙度，然后再進(jìn)行化學(xué)拋光，除去表面微觀不平度，從而提高鏡面光亮度，滿足最終的表面質(zhì)量要求。

2 試驗(yàn)材料與工藝

2.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用材料為來自太鋼大生產(chǎn)的不銹鋼卷板，表面狀態(tài)為No.1的316不銹鋼，其規(guī)格為5.5 mm×1 500 mm×Lmm；No.2B的304不銹鋼，其規(guī)格為2 mm×1 500 mm×Lmm。

2.2 化學(xué)機(jī)械拋光工藝

2.2.1 試樣準(zhǔn)備

預(yù)拋光試樣的表面狀態(tài)為No.1的316、No.2B的304奧氏體不銹鋼，進(jìn)行機(jī)加工，具體規(guī)格為：試樣厚度范圍為0.5~6 mm，長(zhǎng)度范圍為10~250 mm，寬度范圍為10~250 mm，面積范圍為100~20 000 mm2（如圖1所示）。

圖1 試樣尺寸范圍示意圖

2.2.2 固定試樣

將加工好的試樣通過熱熔膠粘于Φ300 mm的夾具上，然后將試樣連同夾具一起置于Φ640 mm的拋光平臺(tái)上（如下頁圖2所示），拋光平臺(tái)上可同時(shí)固定3個(gè)夾具，夾具上方通過壓重模塊施加壓力（如下頁圖3所示）。

2.2.3 粗拋

固定好試樣后對(duì)試樣進(jìn)行粗拋，該工序的操作過程為：在粗拋平臺(tái)上固定同直徑的粗拋磨料，開啟電源，使粗拋平臺(tái)進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過壓重模塊對(duì)夾具的壓力，使樣品表面與粗拋磨料間產(chǎn)生摩擦力，從而帶動(dòng)夾具進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，夾具的轉(zhuǎn)速與粗拋平臺(tái)轉(zhuǎn)速不一致，使粗拋磨料對(duì)樣品表面進(jìn)行粗拋工序。

圖2 拋光平臺(tái)示意圖

圖3 壓重模塊示意圖

2.2.4 中拋

粗拋完畢后對(duì)試樣進(jìn)行中拋，該工序的操作過程為：在中拋平臺(tái)上固定同直徑的中拋磨料，開啟電源，中拋平臺(tái)進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過壓重模塊對(duì)夾具的壓力，使樣品表面與中拋磨料間產(chǎn)生摩擦力，從而帶動(dòng)夾具進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，夾具的轉(zhuǎn)速與中拋平臺(tái)轉(zhuǎn)速不一致，使中拋磨料對(duì)樣品表面進(jìn)行中拋工序。

2.2.5 精拋

中拋完畢后對(duì)試樣進(jìn)行精拋，該工序的操作過程為：在精拋平臺(tái)上固定同直徑的精拋磨料，開啟電源，精拋平臺(tái)進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過壓重模塊對(duì)夾具的壓力，使樣品表面與精拋磨料間產(chǎn)生摩擦力，從而帶動(dòng)夾具進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，夾具的轉(zhuǎn)速與精拋平臺(tái)轉(zhuǎn)速不一致，使精拋磨料對(duì)樣品表面進(jìn)行精拋工序。

2.2.6 清洗吹干

將精拋后的試樣用無水酒精清洗，并吹干表面。

上述拋光工藝中，粗拋、中拋、精拋三個(gè)工序的基本參數(shù)如表1所示。

表1 三個(gè)工序的工藝參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果討論

本工藝一次拋光流程可同時(shí)完成多個(gè)試樣的鏡面拋光，可實(shí)現(xiàn)最薄0.5 mm厚度的奧氏體不銹鋼材料拋光，并且有效消除表面麻點(diǎn)砂眼、線狀缺陷等問題，滿足了整個(gè)拋光表面沒有目視可見的缺陷，達(dá)到高性能電子產(chǎn)品外觀的表面質(zhì)量要求，同時(shí)滿足粗糙度值Ra≤0.005μm。用掃描電鏡觀察試樣表面，其微觀形貌如圖4所示。

圖4 試樣微觀表面掃描電鏡圖

1）奧氏體不銹鋼材料的表面拋光工藝主要包括試樣準(zhǔn)備、固定試樣、粗拋、中拋、精拋、清洗吹干等步驟；

2）該工藝可實(shí)現(xiàn)對(duì)厚度規(guī)格為0.5~6.0 mm的奧氏體不銹鋼材料進(jìn)行拋光，有效消除各種表面缺陷問題；

3）通過拋光試驗(yàn)，不銹鋼拋光表面粗糙度值Ra≤0.005μm，完全滿足高性能電子產(chǎn)品的表面質(zhì)量要求。