1 不銹鋼設備表面的鏡面特性及其應用
不銹鋼以其優良的耐腐蝕性能, 很好的力學性能和加工性能及較好的焊接性能, 廣泛地應用于石油化工、生物化工、精細化工、紡織、制藥、食品、造紙、裝飾件制造、真空及半導體、核能行業等。在這些工業領域里, 一些特殊的使用要求不銹鋼表面粗糙度達到鏡面水平。不銹鋼表面的鏡面加工所獲得的特殊性能如表1 所示[1] 。
本文以石油化工行業作為重要的應用背景。在化工生產過程中, 由于某些關鍵設備 (如聚合釜、反應罐、物料管線等) 內表面粗糙度較高, 致使某些粘性物料、粉料等容易產生掛壁、結垢現象, 影響設備傳熱效率, 嚴重者使設備完全阻塞, 被迫停止運行, 對于某些易燃性物料, 由于靜電集中現象, 存在易使物料產生火花爆炸的隱患。為了解決上述問題, 要求對設備內表面進行拋光處理, 提高表面光潔度閉。
另外, 在石油化工生產過程中使用的不銹鋼設備, 其工作環境往往具有很強的腐蝕性,這就要求不僅在不銹鋼的選材上要因地制宜, 而且要對不銹鋼表面進行鈍化處理, 提高其耐蝕性。不銹鋼表面的鈍化處理, 采取不同的處理工藝, 其耐蝕性差異很大[3l 。本文對此進行了研究。
對不銹鋼表面進行電化學拋光處理, 可顯著提高不銹鋼的耐蝕性能, 進一步進行鈍化處理可以得到最高的耐蝕性能。
圖l 所示為304 不銹鋼經過機械拋光、機械拋光再鈍化處理、電化學拋光、電化學拋光再鈍化處理等工藝得到的動電位掃描極化曲線, 測量條件為25 % 的硫酸溶液, 電位掃描速度為lm V 店。從極化曲線上可以看到, 30 4 不銹鋼經過電化學拋光再鈍化處理后耐蝕性較電化學拋光和機械拋光再鈍化處理工藝提高約二個數量級, 較機械拋光未鈍化處理提高約五個數量級。
2 電化學拋光的特點和原理
2 . 1 電化學拋光的特點
上述提到的不銹鋼設備的鏡面加工, 工業上通常采用機械拋光的方法, 然而對于細長管內壁( ( 中60 , ) 、線材、薄板和鋼球、彎頭、螺栓、螺母等異形零件來說, 不易或不能進行機械拋光, 這就給工業應用帶來了很大的難題[2] 。對于解決這一難題, 電化學拋光加工恰恰可以發揮它的優勢。下面表2 電化學拋光與機械拋光的比較可以用來體現電化學拋光的優勢。
2. 2 電化學拋光的原理
電化學拋光, 是把工件作為陽極, 輔助電極作為陰極, 在專用配方的電解液中, 通過外接直流電源通電使工件表面發生電化學榕解, 從而使工件表面獲得較高的光潔度。影響拋光的因素是多種多樣的, 如被拋光材料的性質、成分、狀態、電解拋光液的成分、電解溫度、時間及其他規范。一般按照拋光過程分為兩步:
第一步是宏觀拋光過程, 在0 . 1~0. 0 01 毫米范圍內獲得平整的金屬表面。陽極拋光過程中, 在表面形成一層高濃度鹽層, 即所謂薪液膜。凹凸不平表面的粘液膜的厚度是不同的, 凸起部分的粘液膜薄, 電阻小, 電流密度比凹陷部分大: 另外表面上凸起部位電解液離子擴散速度也比凹陷部位快, 使陽極溶解產物比較容易擴散出去; 同時, 陽極凸起部位離陰極距離近, 造成電力線集中, 促使尖端部分的薄膜破裂而急劇溶解; 另外, 表面凸起部位吸附的陰離子多, 容易和溶解產生的陽離子結合擴散到溶液的深處, 加速凸起部位金屬的溶解。以上這些作用, 都會引起凸起部位溶解速度大, 凹陷部位溶解速度小, 最終導致了表面的宏觀整平。
以鑫灌瓢黯孚程, 范圍小于l 微米, 能得到光學平整的表面, 其不平整程度可電化學拋光過程, 使得金屬表面生成固體膜, 金屬溶解速度受擴散過程控制, 抑制了金屬表面某些優先溶解過程, 不受晶粒各向異性或結構上分布不連續的影響, 達到均勻溶解。
電化學拋光是在表面固體膜化學溶解過程與形成過程達到平衡條件下進行的。另外, 對于凸起部位形成的固體膜缺陷多, 穩定性差, 化學活性大。凸起部位表面氧化膜溶解速度快, 促使金屬表面得到微觀整平。應強調指出的是, 拋光時電解液的主導作用不容忽視。
例如電解液有的組分可以改善拋光效果, 有的卻完全沒有拋光作用, 象添加劑這類組分只需要少量就往往會對拋光起到決定性的影響。拋光起主要作用的是化學過程, 物理因素是次要的, 只是化學過程的補充。
本文研制了一種新型電化學拋光液, 并將其用于小口徑不銹鋼管內壁的鏡面拋光, 獲得成功, 其主要性能技術指標如下：
3 電化學拋光工藝
不銹鋼設備由于大小、形狀和客觀條件的限制, 可采用不同的電化學拋光工藝,但其基本工藝結構可按照圖2 所示建立。
不銹鋼工件作為陽極, 通過導電夾具接于直流電源的正極, 同時與之相對的不銹鋼或鉛構成的板狀或棒狀陰極接于直流電源的負極, 陰陽極面積比通常為2 : l 或3 : 1。不銹鋼的電化學拋光通常控制電流和溫度兩個參數, 因此電源可選用整流器, 一般應有加熱和控溫系統。槽體的大小要根據拋光工件尺寸而定, 同時根據經驗拋光液容量一般應滿足在65 ℃—95℃ 內每4 升拋光液通過電流2 —4A。有時為了保證工件各部位拋光均勻, 需有攪拌系統,
可以采用機械或壓縮空氣攪拌。當工件尺寸較大, 所需拋光電流很大時, 在陰極會有大量的氫氣析出, 為了及時排氫, 應設有通風系統。
4 結論
(1) 采用電化學拋光技術, 可使不銹鋼設備表面達到鏡面水平, 具有易清洗、不粘壁、不掛料等許多優點。
(2) 采用電化學拋光處理, 可使不銹鋼設備表面的耐蝕性顯著提高, 而通過電化學拋光再鈍化處理技術, 可得到最高的耐蝕性能。
(3) 在不銹鋼表面的電化學拋光加工中, 電化學拋光溶液起主導作用, 一種新研制的電化學拋光液具有優越的綜合性能。
(4) 對于不易或不能進行機械拋光的工件或設備, 可實施電化學拋光, 其不受工件尺寸和形狀的限制; 由于不銹鋼設備大小、形狀和客觀條件的限制, 可以采用不同的電化學拋光工藝, 己對不銹鋼細長管內壁、不銹鋼線材和薄板、不銹鋼鋼球等進行了電化學拋光處理, 獲得了高表面光潔度。
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
