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金属管件内表面的电化学抛光

1 引 言
金属管件用途极为广泛,一般希望电化学内表面比较光滑。对于一些特殊用途的管件,则对管件内表面的表面粗糙度提出了更高的要求。这时,就需要
对管件内表面进行抛光。而传统的机械抛光方法生产效率低、劳动强度大,往往不能胜任对管件内表面的抛光。特别是对细长管件,用机械抛光的方法往往无法达到要求。金属管件内表面的抛光可以采用电化学抛光的方法,电化学抛光的速度不受金属本身硬度和韧性的影响,生产效率较高,电解液可以循环使用,加工费用大大低于机械抛光。与传统的机械抛光相比具有明显的优势 j。
2 电化学抛光原理和工具阴极的结构
电化学抛光的原理与电解加工一样,是利用金属在电解液中会发生阳极溶解的原理对工件进行抛光的。不同的是电化学抛光时采用的电压和电流值要比电解加工时的小,工具阴极和工件阳极之间的距离要比电解加工时的大。一般的管件电化学抛光时可用酸性溶液,如硫酸、磷酸、铬酐等组成的复合溶液,也可以采用中性溶液,如氯化钠溶液。由于酸性溶液价格高、对设备腐蚀性大,在实际生产中通常使用中性溶液。采用中性溶液时管件内表面电化学抛光所使用的阴极有很多种,较典型的是移动式管件内表面电化学抛光阴极。图1是这种阴极的结构示意图,
2 3 4 5
l—— 后引导;2—— 阴极体;3—— 整流腔;
4—— 前引导}5—— 背帽.
图l 移动式管件内表面电化学抛光的阴极结构
电化学抛光时将待抛光的管件(阳极)接直流电源的正极,工具阴极接直流电源的负极;用泵打出的电解液经过阴极体2中的孔和前引导4的整流腔进入抛光区,使正、负极之间通以流动的电解液;抛光之后,电解液经后引导1上的槽和回水管再流回电解池。对于长管件可用卧式电化学抛光机床,或将车床改造作为电化学抛光机床。工具阴极的移动可以由机床的进给系统实现。工具阴极的材料可采用铜或钢。工具阴极与阳极管件之间的距离一般为0.5~ 1.5 mm 。
3 电解液的选择和工艺参数的确定
不同材料的管件应采用不同的电解液和工艺参数。经过多次工艺试验我们筛选出了针对几种不同材料的较为理想的抛光电解液。对于不同的抛光要求,可分别采用酸性抛光电解液或中性抛光电解液。
3.1 酸性抛光电解液及工艺规范
酸性抛光电解液是常用的电化学抛光溶液。可用于抛光各种管材。其特点是抛光效果好,表面粗糙度和光亮度都可以满足较高的要求。适合于去除余量较小的管件的抛光。
1)抛光碳钢和不锈钢管的溶液(均为质量分数)
H3PO 60 ~ 65 ,H2SO 10 ~ 15% ,CrO3
6%~8% ,水余量。
U 15~25 V,JA 3O~1O0 A/dm ,0 4O~ 50 C,
t 5~ 15 min。
2)抛光铜和铜合金的溶液(均为质量分数)
H。PO 65 ~75 ,H SO 5% ~8% ,苯类铜光亮添加剂适量,水余量。
U 15~ 25 V, A 10~ 7O A/dm ,0 60~ 7O℃ ,t 3~ 15 min。
3)抛光铝和铝合金的溶液(均为质量分数)
H。PO 5O%~65 ,H SO 15%~2O ,碳酸盐适量,甘油适量,水余量。
U 15~ 25 V, A 2O~ 6O A/dm ,0 60~ 7OIC,
t b~ 20 mln。
3.2 中性抛光电解液及工艺规范
对于一些去除余量大,表面粗糙度要求不高的不锈钢管件,可以采用中性抛光电解液—— 氯化钠溶液或以硝酸钠为主的复合溶液。中性抛光电解液与酸性抛光电解液相比,腐蚀性要小得多,使用更安全。其中,氯化钠溶液的特点是电导率大,金属去除速度快,生产效率高,原料价格便宜。但使用氯化钠溶液抛光后的管件内表面的表面粗糙度一般要比使用酸性电解液的差。以硝酸钠为主的复合溶液的性能介于酸性抛光电解液和氯化钠溶液之间。其原料价格也介于二者之间[2]。
1)氯化钠溶液(以质量分数表示):
NaC1 5 ~ 15
5~ 10 V,JA 3O0~ 600 A/dm ,0 6O~70‘C,t 0.5~ 2 min。
2)硝酸钠复合溶液(均为质量分数):
NaNO。10 ~ 15% ,NaC1O。5 ~ 10 ,有机酸类添加剂适量。8~ 15 V,J^400~800 A/dm ,0 50~ 6OIC,
4 电化学抛光后金属管件的处理
电化学抛光之后要仔细清洗管件内壁,以防止残留的电解液腐蚀管壁。尤其是采用酸性抛光电解液抛光的管件,应该特别重视清洗问题。