1 不銹鋼設(shè)備表面的鏡面特性及其應(yīng)用
不銹鋼以其優(yōu)良的耐腐蝕性能, 很好的力學(xué)性能和加工性能及較好的焊接性能, 廣泛地應(yīng)用于石油化工、生物化工、精細(xì)化工、紡織、制藥、食品、造紙、裝飾件制造、真空及半導(dǎo)體、核能行業(yè)等。在這些工業(yè)領(lǐng)域里, 一些特殊的使用要求不銹鋼表面粗糙度達(dá)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(yè)作為重要的應(yīng)用背景。在化工生產(chǎn)過(guò)程中, 由于某些關(guān)鍵設(shè)備 (如聚合釜、反應(yīng)罐、物料管線等) 內(nèi)表面粗糙度較高, 致使某些粘性物料、粉料等容易產(chǎn)生掛壁、結(jié)垢現(xiàn)象, 影響設(shè)備傳熱效率, 嚴(yán)重者使設(shè)備完全阻塞, 被迫停止運(yùn)行, 對(duì)于某些易燃性物料, 由于靜電集中現(xiàn)象, 存在易使物料產(chǎn)生火花爆炸的隱患。為了解決上述問(wèn)題, 要求對(duì)設(shè)備內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理, 提高表面光潔度閉。
另外, 在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中使用的不銹鋼設(shè)備, 其工作環(huán)境往往具有很強(qiáng)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(duì)不銹鋼表面進(jìn)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(duì)此進(jìn)行了研究。
對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行電化學(xué)拋光處理, 可顯著提高不銹鋼的耐蝕性能, 進(jìn)一步進(jìn)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(jīng)過(guò)機(jī)械拋光、機(jī)械拋光再鈍化處理、電化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光再鈍化處理等工藝得到的動(dòng)電位掃描極化曲線, 測(cè)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(jīng)過(guò)電化學(xué)拋光再鈍化處理后耐蝕性較電化學(xué)拋光和機(jī)械拋光再鈍化處理工藝提高約二個(gè)數(shù)量級(jí), 較機(jī)械拋光未鈍化處理提高約五個(gè)數(shù)量級(jí)。
2 電化學(xué)拋光的特點(diǎn)和原理
2 . 1 電化學(xué)拋光的特點(diǎn)
上述提到的不銹鋼設(shè)備的鏡面加工, 工業(yè)上通常采用機(jī)械拋光的方法, 然而對(duì)于細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)壁( ( 中60 , ) 、線材、薄板和鋼球、彎頭、螺栓、螺母等異形零件來(lái)說(shuō), 不易或不能進(jìn)行機(jī)械拋光, 這就給工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)了很大的難題[2] 。對(duì)于解決這一難題, 電化學(xué)拋光加工恰恰可以發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。下面表2 電化學(xué)拋光與機(jī)械拋光的比較可以用來(lái)體現(xiàn)電化學(xué)拋光的優(yōu)勢(shì)。
2. 2 電化學(xué)拋光的原理
電化學(xué)拋光, 是把工件作為陽(yáng)極, 輔助電極作為陰極, 在專用配方的電解液中, 通過(guò)外接直流電源通電使工件表面發(fā)生電化學(xué)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(zhì)、成分、狀態(tài)、電解拋光液的成分、電解溫度、時(shí)間及其他規(guī)范。一般按照拋光過(guò)程分為兩步:
第一步是宏觀拋光過(guò)程, 在0 . 1~0. 0 01 毫米范圍內(nèi)獲得平整的金屬表面。陽(yáng)極拋光過(guò)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(kuò)散速度也比凹陷部位快, 使陽(yáng)極溶解產(chǎn)物比較容易擴(kuò)散出去; 同時(shí), 陽(yáng)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(chǎn)生的陽(yáng)離子結(jié)合擴(kuò)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(huì)引起凸起部位溶解速度大, 凹陷部位溶解速度小, 最終導(dǎo)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(xué)平整的表面, 其不平整程度可電化學(xué)拋光過(guò)程, 使得金屬表面生成固體膜, 金屬溶解速度受擴(kuò)散過(guò)程控制, 抑制了金屬表面某些優(yōu)先溶解過(guò)程, 不受晶粒各向異性或結(jié)構(gòu)上分布不連續(xù)的影響, 達(dá)到均勻溶解。
電化學(xué)拋光是在表面固體膜化學(xué)溶解過(guò)程與形成過(guò)程達(dá)到平衡條件下進(jìn)行的。另外, 對(duì)于凸起部位形成的固體膜缺陷多, 穩(wěn)定性差, 化學(xué)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(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是, 拋光時(shí)電解液的主導(dǎo)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(méi)有拋光作用, 象添加劑這類組分只需要少量就往往會(huì)對(duì)拋光起到決定性的影響。拋光起主要作用的是化學(xué)過(guò)程, 物理因素是次要的, 只是化學(xué)過(guò)程的補(bǔ)充。
本文研制了一種新型電化學(xué)拋光液, 并將其用于小口徑不銹鋼管內(nèi)壁的鏡面拋光, 獲得成功, 其主要性能技術(shù)指標(biāo)如下：
3 電化學(xué)拋光工藝
不銹鋼設(shè)備由于大小、形狀和客觀條件的限制, 可采用不同的電化學(xué)拋光工藝,但其基本工藝結(jié)構(gòu)可按照?qǐng)D2 所示建立。
不銹鋼工件作為陽(yáng)極, 通過(guò)導(dǎo)電夾具接于直流電源的正極, 同時(shí)與之相對(duì)的不銹鋼或鉛構(gòu)成的板狀或棒狀陰極接于直流電源的負(fù)極, 陰陽(yáng)極面積比通常為2 : l 或3 : 1。不銹鋼的電化學(xué)拋光通常控制電流和溫度兩個(gè)參數(shù), 因此電源可選用整流器, 一般應(yīng)有加熱和控溫系統(tǒng)。槽體的大小要根據(jù)拋光工件尺寸而定, 同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)拋光液容量一般應(yīng)滿足在65 ℃—95℃ 內(nèi)每4 升拋光液通過(guò)電流2 —4A。有時(shí)為了保證工件各部位拋光均勻, 需有攪拌系統(tǒng),
可以采用機(jī)械或壓縮空氣攪拌。當(dāng)工件尺寸較大, 所需拋光電流很大時(shí), 在陰極會(huì)有大量的氫氣析出, 為了及時(shí)排氫, 應(yīng)設(shè)有通風(fēng)系統(tǒng)。
4 結(jié)論
(1) 采用電化學(xué)拋光技術(shù), 可使不銹鋼設(shè)備表面達(dá)到鏡面水平, 具有易清洗、不粘壁、不掛料等許多優(yōu)點(diǎn)。
(2) 采用電化學(xué)拋光處理, 可使不銹鋼設(shè)備表面的耐蝕性顯著提高, 而通過(guò)電化學(xué)拋光再鈍化處理技術(shù), 可得到最高的耐蝕性能。
(3) 在不銹鋼表面的電化學(xué)拋光加工中, 電化學(xué)拋光溶液起主導(dǎo)作用, 一種新研制的電化學(xué)拋光液具有優(yōu)越的綜合性能。
(4) 對(duì)于不易或不能進(jìn)行機(jī)械拋光的工件或設(shè)備, 可實(shí)施電化學(xué)拋光, 其不受工件尺寸和形狀的限制; 由于不銹鋼設(shè)備大小、形狀和客觀條件的限制, 可以采用不同的電化學(xué)拋光工藝, 己對(duì)不銹鋼細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)壁、不銹鋼線材和薄板、不銹鋼鋼球等進(jìn)行了電化學(xué)拋光處理, 獲得了高表面光潔度。
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