[doc] 3Cr13不锈钢化学抛光研究

[doc] 3Cr13不锈钢化学抛光研究 3Cr13不锈钢化学抛光研究 3Cr13不锈钢化学抛光研究 北京航空航天大学(100083)朱立群李晓南.刘晨敏 ?——,——-—一 【1f 【摘要】讨论13Cr13不锈钢材料在不合CrO的溶液中进行的化学抛光I艺,通过正交试验 对化学抛光溶液成分进行7优选,同时研究了缓蚀剂,稳定荆等添加刺成分对这种不锈钢化学 抛光亮度的影响.结果表明,在85?的条件下抛光8rain就可以在3Cr13不锈钢表面获得满意 的光亮度. 关键词3Cr13不锈钢化学抛光研究 化学抛光可以克服机械抛光带来的劳动强度 大,电化学抛光受电力线的影响比较大的问题而受 到广泛重视].目前研究比较多的是铝,不锈钢等 材料的化学抛光.其中对不锈钢材料的研究主要集 中在1Crl8Ni9Ti这种材料上.而对在刀剪行业广 泛使用的iCrl3,3Cr13等不含Ni,Ti成分的不锈 钢则普遍使用电化学抛光,因为这种材料表面成分 只有Cr,C,Fe,普通化学抛光的表面光亮度不易达 到电化学抛光的要求,因而对这种材料的研究开展 的很少.而电化学抛光一方面受电力线的影响 较大,另一方面其抛光溶液中使用了对环境污染严 重的CrO.因此,研究3Cr13不锈铜化学抛光工艺 (不含CrO)是很重要的.本文通过化学抛光溶液成 分的优选,研究出了与电化学抛光质量接近的不含 CrO,的3Cr13不锈钢化学抛光工艺. 实验 I.材料 试样来自杭州张小泉刀剪集团的刀剪毛坯,材 料是3Crl3不锈钢():FeB6.7,Crl3,Mn0.8, CO.3,S10.6.试样经过淬火处理. 2.方法 一 般化学抛光溶液的主要成分有HPO., HzSO,NaC10等.为了提高表面光亮度还加入了 不同的添加剂,按正交 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 实验进行了溶液成分的 优选. 3测试 通过改变化学抛光时间和溶液温度,测量抛光 过程中试样的被腐蚀量和表面亮度的变化.参照《表 面处理工艺手册》(上海科学技术出版社)中关于棱 层表面光亮度检验的方法,用目测法,将抛光后零件 表面的光亮度分为5级: l级:表面有白色氧化膜,无光亮度; 2级:略有光亮,看不清轮廓; 3级:光亮度较好,能看出轮廓; 4级:表面光亮,较清晰地看出轮廓(相当于电 化学抛光的表面质量); 5级:镜面般光亮. 在抛光过程中对基体材料的腐蚀量也是评定抛 光液的指标之一,即用万分之一的分析天平来测定 抛光过程中不锈钢基体重量的变化. 实验结果与讨论 1.正交设计实验与弛光溶液成分的优选 TheApplicationofThuliumAllumen ChengdeConveyorGroupLimitedCompanyXiuYusong ZhangIiaKouJinyanChemicalCo.Ltd.JiaYaniun AbstractThisarticleintroducesthemainpropertiesandapplicationsofanewk indofwearresistant material,i.e.thuliumallumen.Ithasbeenprovedthatthiskindofmatefialhasv erygoodmarketinthe future. Keywordsthuliumallumen,mechanicalproperty,application责任编辑袁 扬 .32.《新技术新工艺》2000年第5期 AT 将溶液中的HPO.固定为100mL/L,HzSO固定为 80mL/L,NaC]固定为~0g/L.通过正交设计优选 对抛光影响大的NaNO.,表面活性剂,缓蚀剂,稳定 剂等成分.并将溶液抛光温度定为85’C,抛光时间 定为8min. 表1正交实验表因子和水平的设置 (一85?,f一8rain) o繇表面质量评定 亮度一般不平整 亮度稍好.稍平 亮度一般不平整 亮度较好较平整 亮度一般较光滑 不亮较光滑平整 亮度一般较平滑 较亮较平菇光滑 稽光亮一般平滑 表1为正交设计表中因子和水平的设置表,表 2是将抛光溶液中的成分设置为不同的水平进行实 验的结果.从表2可以看出,第8号试验效果较好, 可以达到比较光亮的外观,而且腐蚀失重也比较少. 说明添加NaNO.的含量为110g/L,表面活性剂J 为lOg/L,缓蚀剂H为6g/L,稳定剂c为25g/L是 比较合理的. 2.抛光液各成分的影响 1)H.PO的影响 随着HPO浓度的升高,腐蚀量也随之增加. 在HPO浓度为8o,120ml/L,抛光时间为6, 8min的条件下,均可以达到良好的抛光效果特别 是当磷酸浓度稍高时,会使抛光时间缩短,有利于提 高抛光生产效率.如果其浓度降低至80mL/L以 下,则会延长抛光时间,同时也影响抛光表面亮度. 2)H.SO的影响 实验中发现,H.SO.的浓度在80mL/L左右时 腐蚀量小,表面光亮度较高.因此,将HSO浓度控 制在80mL/L为宜如果硫酸大量加入,抛光液的 腐蚀速度将会大大增加,会造成表面过腐蚀,进而影 响不锈钢的抛光效果{如果减少硫酸的加入量,又会 使抛光溶液的腐蚀能力减弱,同样不利于抛光质量 的提高. 3)NaNOa的影响 实验表明,随着NaNO.浓度的增大,不锈钢材 料的抛光腐蚀量也随之增大,但是NaNOs浓度在 ll0g/L以上,腐蚀量增加较慢;在NaNOs浓度在 9O,ll0g/L,时间在5,8rain的范围内,可以得到 较为满意的抛光效果.腐蚀量随NaNOs浓度的增 加而增加的原因主要是NaNO.的浓度的增大t将 使抛光液的侵蚀能力大为增强,自然会引起腐蚀量 的增加.因此,NaNO.的添加量控制在110g/L左右 为宜,特别加大NaNO.的量,则会引起不锈钢表面 的过腐蚀. 4)稳定剂c对化学抛光的影响与作用 在抛光溶液中加入稳定剂c可以提高抛光溶 液的稳定性,使抛光溶液的抛光寿命延长,同时还可 以稳定不锈钢抛光过程中对表面的腐蚀量.稳定剂 c的浓度在20~25g/L,抛光时间在58rain的范 围内,可以得到3,4级的表面光亮度(觅图1). 稳定嗣qg?I『I餐 蚀荆珏/??l一 图1稳定剂浓度与亮度关系图2缓蚀剂浓度与亮度关系 5)缓蚀荆H的影响 3Cr13不锈钢化学抛光中,缓蚀剂H的作用主 要是防止制件产生过腐蚀和氢脆现象,另外还可以 使微观凸起部分成活化态而优先溶解,微观凹处成 钝态而被保护.在其浓度为6,17g/L,抛光时间在 j,8min的范围内,都会得到较为理想的抛光效果, 特别是缓蚀剂H的浓度为6g/L时.得到的抛光亮 度更高,达到4级的亮度(觅图2).因此,将缓蚀荆 H的浓度控制在6g/L左右为宜 6)光亮剂B对化学抛光的影响和作用 4.? S.5 8?? 悼2 .5 2.二 光亮剂I, 图3光亮剂浓度与亮度关系 在化学抛光的过程中,加入优选的光亮剂B可 以明显地起到提高3Cr13不锈锕表面亮度的作用, 并且兼有整平作用.光亮剂B的加入还可以使试样 《新技术新工艺》2000年第5期?33? 基 毯 一2784716一12243423?一仉札mm乱nmn娃 她三 的腐蚀量降低.当光亮剂B的浓度为2.5,5.0g/L 时,抛光时间在5~8min,可以得到较为满意的抛光 效果(见图3).我们认为光亮剂B的主要作用是加 强了抛光过程中在界面的吸附,改善了抛光过程中 的整平效果,从而提高了不锈钢表面的抛光亮度. 实验还表明,磷酸在基液中的影响比较大,它主 要使基体表面生成难溶氧化膜的物质,而且其粘度 也很高,对抛光表面的吸附作用有利于提高光亮度. 3.化学抛光工艺参数的影响 1)抛光溶液温度的影响 蕾 r,.c即? 图4抛光温度与腐蚀量关系图5抛光温度与亮度关系 溶液温度是化学抛光的一个重要工艺参数,它 不仅影响抛光的质量,而且在很大程度上影响抛光 时间的长短.随着抛光温度的升高,表面腐蚀量也随 之增加(见图4)因此,在保证抛光质量的前提下, 应当选择尽量低的抛光温度. 另外,从图5中可以看出,随着抛光温度的升 高,表面抛光光亮度也随之提高,但是当温度达到 85?以后,表面抛光质量趋于稳定,达到4级的抛光 亮度.因此,抛光温度定为85?比较合适. 2)抛光时间的影响 图6抛光时间与腐蚀量关系图7抛光时间与亮度关系 抛光时间也是化学抛光的重要工艺参数,它不 仅影响不锈钢表面抛光质量,对不锈钢材料的腐蚀 量起作用,而且还影响抛光液的使用寿命.在图6, 图7中可以看出,腐蚀量随抛光时间的延长而增加. 这主要是因为抛光是一个腐蚀过程,抛光时间越长, 意味着不锈钢的腐蚀量越大.在抛光6,lOmin的 时间内,表面亮度可以达到3,4级.10rain以后亮 度有所下降,这主要是因为表面腐蚀量增加,使得表 面光亮度下降.因此,最佳的抛光时间应为8mln.其 抛光效果基本和电化学的抛光质量相当.在抛光过 程中,硫酸,硝酸钠,氯化钠消耗量较大.因此,应对 这3种成分进行及时调整补充. 结语 1.3Cr13不锈钢材料在含有:HPO为l0O, 120mL/L,H2SO’为80mL/L,NaCI为40g/L, NaNOa为9O,110g/L,表面活性剂J为10g/L,缓 蚀剂H为6g/L,稳定剂c为259/L,光亮剂B为 2.5g/L的化学抛光溶液中,即可获得光亮度达3, 4级的化学抛光效果. 2.抛光温度和抛光时间对3Cr13不锈钢材料 表面抛光亮度影响比较大,最佳抛光溶液温度为 85?,抛光时间为8mln. 3.抛光溶液中不含对环境枵染严重的CrO等 成分. 参考文献 1.方景礼.不锈钢化学抛光的定量研究.电镀与环保,1995 2.USP.3709824.USP.4678541 3.S.Jayakr~bnan,M.PushpavanarHandVRamanMetal Finshms1986,84(2)64 4.许贤超.电镀与环保,1994.14(4) 5.沈宁一等.表面处理工艺手册.上海科学技术出版社 6.胡信国.现代防护装饰性电镀,1995,7 StudyontheProcessforChemicalPolishing3Cr13StainlessSteel BeijingUniversityofAeroauticsandAstuonauticsZhuLiqunLixiaonanLiuc henmin AbstractThispaperdiscussestheprocessofchemicalpolishing3Cr13stainle sssteelins0luti0n containingnoCrOa.Thesolution, componentsweredeterminedbymeansoforthogonaltest. Theefiects0f additivesonthebrightnessofchemicalpolished3Cr13stainlesssteelwerestudiedTheresuItsshowedthat satis{aetorysur~acebrightne~wouldbeobtainedif3Cr13stainlesssteelwaspolishedf0r8minat85+C. Keywords3Crl3stainlesssteel,chemicalpolishing,reasearch 责任缠辑袁扬 .34.《新技术IWr芝》2000年第5期