不锈钢椭圆封头电解抛光技术研究

2013-10-15郭志英杨连红赵世超

化工装备技术 2013年4期

关键词：封头电解液阴极

郭志英杨连红赵世超

（中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司)

0 前言

在搅拌设备制造过程中，为防止黏性物料粘附在设备表面，用户大多要求对设备内与介质接触部位的不锈钢表面进行抛光处理。抛光精度的提高，使设备更易于清理，这样就有利于缩短清釜周期，提高生产效率。

随着对抛光精度要求的不断提高，机械抛光的精度已不能满足设备使用的要求。电解抛光与机械抛光相比具有许多优点：抛光表面色泽均匀一致，清洁光亮，耐腐蚀性强，抛光效率高，成本低。

本文主要从三个方面介绍利用电解抛光工艺技术对不锈钢椭圆封头内表面进行抛光。首先介绍抛光原理。其后，对不锈钢封头内壁的电解抛光进行研究。由于椭圆封头呈碟形，表面轮廓特殊，电场分布不均匀，因此本文提出了相应的改善电场分布的有效方法。

1 电解抛光原理

电解抛光是利用不锈钢工件在电解液中、在电场作用下表面微观凸起优先发生阳极溶解的原理，逐渐去除表面凸点，使工件表面趋于平滑的方法。

在电解抛光液中，以被抛光工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极之间加上电压，逐渐增大电压时对应的电压、电流关系曲线如图1所示。这条曲线分三段：在AB段，随着电压上升，电流随之增加；在BC段，虽然电压增加，但电流保持不变；在CD段，电流又随电压的增加而急剧增大。由此可见，在曲线的不同阶段，阳极金属的溶解特性会发生不同的变化。一般来说，电解抛光时，选择BC段的电压与电流值，因此BC段也称抛光段。

图1 电压与电流特性曲线

在BC段，阳极的溶解速度高于电极界面附近离子的扩散速度，于是各种金属离子逐渐积聚在阳极金属表面附近，在金属表面和电解液之间形成黏稠的液体膜——扩散层。在此扩散层中，由于浓度梯度的作用，使金属离子向电解液中的扩散速度成恒速，即出现电压升高、电流不再增加的临界电流密度。这种扩散层如图2所示，凹处的扩散层厚些，而凸处的扩散层薄些。扩散层越薄扩散速度就越快，金属的溶解也越快。这就导致了凸处优先溶解，使抛光面趋于平滑。扩散层与电解液成分密切相关。液体的黏度越大，扩散层就越易形成。

图2 电解抛光原理

2 不锈钢封头电解抛光试验

2.1 试验系统和工艺参数

试验装置如图3所示。电源采用高频开关电源。阴极采用不锈钢板材。阴阳极距离为40 mm。

电解抛光工艺参数：电解液为磷酸、硫酸、水，电流密度 6～50 A／dm2，电压 8～15 V，温度30～70℃，阴极材料304，阴极与工件距离40 mm。

图3 封头电解抛光装置

2.2 阴极的设计

为使在整个不锈钢椭圆封头的内表面上获得均匀一致的抛光效果，对呈碟形且表面轮廓特殊的椭圆封头辅助阴极的设计尤为重要。电流密度的分布和电解液的均匀腐蚀能力是决定抛光效果均匀一致的主要因素。

对于形状比较复杂的被抛光工件，阳极表面上的电流密度分布是很不均匀的，而抛光效果与电流分布密切相关。由前面分析可知，仅当电流密度处于BC段时，才能获得好的抛光效果。因此为获得均匀一致的抛光效果需考虑两个方面问题。一是改善电场分布，使工件表面上的电流密度分布尽量均匀，都处于抛光段；二是探索抛光液配方及工艺参数，扩大抛光区域范围，以便在更大电流密度区间获得好的抛光效果。对于呈碟形且表面轮廓特殊的不锈钢标准椭圆封头，电解液的分散作用还不足以获得均匀的抛光效果，主要是通过改善电场和提高电流的均匀分布程度来提高抛光效果的均匀一致性。

当采用平板阴极时，封头凹槽深处的电流密度小，阳极溶解处于腐蚀区，抛光效果很差。针对这种情况，采用了像形阴极的方法来改善电场分布。辅助阴极由多条弧形不锈钢板条焊接成瓜瓣型，使辅助阴极外形与椭圆封头的形状吻合，从而确保了电场分布的均匀一致。