电解抛光是一种电化学精加工工艺,可从金属零件(通常为不锈钢或类似合金)上去除一薄层材料。该工艺使表面光洁、光滑、超净。
也被称为电化学抛光,阳极抛光或电解抛光,电抛光特别适用于易碎或几何形状复杂的零件的抛光和去毛刺。
电解抛光工艺与钝化工艺不同,但容易混淆这两种工艺。两者都是非机械的化学过程,但只有电解抛光使用电流。这两种工艺都旨在提高耐腐蚀性,尽管对于电解抛光对耐腐蚀性的有效性存在一些行业争论。有关区别的详细信息,请参阅钝化和电解抛光.
电解抛光可以被认为是反向电镀.与添加一层薄薄的带正电荷的金属离子涂层不同,电解抛光使用电流将一层薄薄的金属离子溶解到电解质溶液中。
电解抛光是如何工作的?
电解抛光的工作原理
来源:维基百科 |
在电解抛光中,金属零件或工件充当带正电的阳极。所述工件连接到直流电源整流器的正端。带负电荷的阴极通常由不锈钢或锆制成,连接到直流电源整流器的负极上。
阳极和阴极都浸在温度控制的电解质溶液槽中,通常由高粘度的硫酸和磷酸混合物组成。
来自整流器的电流通过电解液从阳极传导到阴极。电流使零件表面的金属离子氧化并溶解到电解液中。这个过程可以溶解非常小的,严格控制数量的金属,导致微米级的表面去除厚度。
金属表面去除量由以下因素控制:
- 电解液化学成分
- 电解液温度(通常为170°F–180°F)
- 接触电流的时间长度
- 电流密度(因电解液而异;典型范围为每平方英尺140–250安培)
- 电解抛光金属合金的成分
在电解抛光过程中,毛刺和表面粗糙度的其他峰吸引更大的电流密度和腐蚀首先在一种现象称为阳极水准.优先移除表面结构的突出部分可获得更光滑的金属表面。
电抛光工艺的微观观察
谁使用电解抛光?
自20世纪50年代以来,科学家们已经在商业上使用电和化学物质的结合来改善金属的表面光洁度。它是一种常见的整理程序,在许多行业,包括以下:
- 外科医生和牙医使用电解抛光来保持工具的清洁和正常工作。
- 食品、饮料和药品加工商得益于电解抛光的消毒特性。
- 电器制造商在冰箱和洗衣机等电器中使用电解抛光,使零件寿命更长,外观更好。
- 航空航天制造商在飞行关键部件上使用电解抛光,以减少摩擦并确保最佳性能。
- 半导体制造商对易碎、形状不规则的产品进行电解抛光。
- 汽车制造商和赛车业电动抛光齿轮和燃油管路,以减少摩擦,提高性能,确保零件的长寿命。
一般电镀金属零件的例子:
- 配管
- 紧固件
- 弹簧
- 电线架
- 叶片
电解抛光不锈钢
不锈钢的电解抛光是最常用的过程。尽管几乎任何金属都可以工作,但最常见的电抛光金属是300和400系列不锈钢。
由400系列不锈钢(SS)制成的零件具有增加硬度和强度的优点,但折衷是增加了对腐蚀的敏感性。通过对不锈钢进行电解抛光,工程师可以使用400系列不锈钢,同时还能提供防腐保护。
还有哪些金属可以电解抛光?
其他与电解抛光兼容的金属包括:
- 铝
- 黄铜
- 碳素结构钢
- 钴铬
- 铜合金
- 镍合金
- 钛
- 镍钛诺
注意,对于铸造金属,如含有大量硅、硫或碳的合金,只能取得有限的成功。电解抛光铝和锌压铸件效果不佳,但大多数其他铝合金的抛光效果较好。
钛和镍钛合金也可用于电解抛光;然而,这些金属的电解液是高度易燃的,需要冷却器来防止电解液在室温下燃烧。
抛光钛、镍钛诺和铸造金属的一个更好的替代方法是革命性的新工艺干式电解抛光.请参阅我们的网页什么是干电解抛光?了解这一令人兴奋的替代传统电解抛光的方法,该方法使用电解液珠代替液体电解液。Best Technology乐于提供金博宝188亚洲体育干式电抛光设备用于钛、镍钛合金和其他金属,作为更安全、危害更小的替代品。
视频:什么是电解抛光?传统的电解抛光是如何工作的?
此视频提供了以下内容的视觉演示:电解抛光过程和传统电解抛光设备工作以消除毛刺和抛光零件。
电抛光系统去除了多少材料?
通过电抛光系统去除的材料量与运行时间/循环时间以及通过零件表面的安培分钟数成正比。所有这些变量都可以控制,以创建一致、可靠控制的表面光洁度。
对于加工后的去毛刺和抛光应用来说,材料去除通常只有0.0003″到0.0007″。通过精确的监测,电解抛光的去除率仅为0.0001″。对于循环时间和安培分钟较长的电解抛光工艺,多达0.003″到0.005″的材料可能被去除。
施加的电流越长,去除的材料越多,但产生的表面光洁度越不均匀。因此,该工艺最适用于微毛刺,或从零件表面伸出小于约0.0015〃的毛刺。
电解抛光作为一种二次精加工工艺
电解抛光工艺确实有局限性。表面粗糙度(Ra,或粗糙度平均值)的最大改善是50%。所以,如果一个新加工的零件表面粗糙度是80 Ra,那么电解抛光的最好效果是它的50%,也就是40 Ra。
某些零件可能需要通过机械方式进行初步精加工,以满足严格的表面光洁度要求。在上一个示例中,如果新加工的零件的表面粗糙度为80 Ra,并且需要将其设置为20 Ra,则可以使用另一个过程(可能是类似机械的过程)离心滚筒翻滚或振动滚筒翻滚),将零件光滑至40 Ra,然后电抛光零件至20 Ra。
在上面的例子中,批量整理去除宏观表面缺陷,然后电解抛光去除微观表面缺陷。这种类型的互补处理需要对原型进行实验,以找到最佳结果。
台式电抛光机–399
电解抛光的好处
好处 | 描述 |
装饰外观 | 光亮的表面处理,通常具有高度的反射性,具有美观和均匀的光泽,没有发生研磨抛光的细线。 |
微观平滑度 | 水平波峰和波谷,表面粗糙度(Ra)提高50%。与机械抛光不同,电解抛光不会对结晶金属表面造成污损、弯曲、应力或断裂。 |
去毛刺 | 在微观层面上,电抛光去除了可能会卡住和断裂的小块移位表面材料。 |
超净整理 | 创建一个更容易消毒的干净表面。去除可能导致腐蚀的嵌入污染物。 |
去除表面缺陷 | 通过清除表面的裂缝和裂缝,从而消除可能发生腐蚀的部位,从而延长使用寿命。帮助需要弯曲和弯曲的零件使用更长时间。 |
减少摩擦 | 延长持续运动部件的使用寿命。减少螺纹零件的磨损,提高密封性。 |
消除氧化皮 | 去除热着色和氧化垢的变色。 |
适合易碎零件 | 适用于在翻滚过程中可能被损坏的脆弱部件。可以代替一些机械抛光技术,如磨削、抛光、铣削和喷砂。 |
适用于复杂零件 | 可以抛光其他抛光方法无法触及的区域,而不会造成损坏。有效处理复杂组件上的微小表面。 |
尺寸控制 | 如有必要,可用于稍微减小零件尺寸。 |
什么是闪光电解抛光?
闪光电抛光是一种去除热处理金属表面氧化皮或氧化层的技术。例如,一些不锈钢(SS)17-4制成的外科器械在焊接和/或热处理后会呈现棕色。为了去除棕色外观,零件需要进行闪光电抛光。“闪光”指抛光的速度:与大多数应用至少2分钟的时间相比,电解抛光只需10秒。
闪光电解抛光是去除氧化皮的唯一方法,无需高度劳动密集型的工艺,并且具有获得一致结果的额外好处。相比之下,在SS 17-4仪器上使用喷砂清除氧化皮需要4倍的时间,并且通常会在清洁后产生不一致的波浪状表面光洁度。
请注意,闪光电解抛光不同于钝化过程中可能出现的“闪光腐蚀”缺陷。
用电解法抛光流程步骤
电解抛光最常用的行业标准是ASTM B912,使用电解抛光对不锈钢进行钝化。本标准规定了电解抛光过程的三个阶段:
- 表面处理
- 电解抛光
- 后倾角
1.表面处理
在此阶段,清除干扰电流均匀性的污染物,如油和油脂。清洁后,小心零件避免与手或设备接触。清洁不当是零件拒收的常见原因。
典型的表面处理步骤:
- 蒸汽脱脂和/或碱性浸泡清洁剂
- 冲洗
- 酸洗、除氧或除鳞(这一可选步骤可用于在电解抛光前去除焊接、激光切割或电火花加工过程中的变色)。
- 冲洗
2.电解抛光
实际的电解抛光在此阶段进行,以使金属光滑、光亮和去毛刺。
- 电抛光-处理时间从10秒到20分钟不等。
- 蒸发/喷雾冲洗或死冲洗–此槽收集使用过的电解质溶液。
3.浸后
在这一阶段,也称为后处理,去除残留的电解液和电化学反应的副产物,并干燥金属以防止染色。化学副产品通常是重金属的磷酸盐和硫酸盐,必须去除,以确保一致的表面光洁度和灭菌产品。如果不执行此步骤,干燥后会出现白色斑点。
- 硝酸浸渍和/或柠檬酸–ASTM B912要求浸渍后去除任何残留的电解质膜。
- 冷冲洗-酸残留物可以用冷水去除,因为它们比碱残留物更易溶于水。
- 热冲洗和/或干燥(可选)-提高金属的温度,导致零件的闪干。对于在热水冲洗后没有完全干燥的部件,可以使用其他类型的干燥站(离心干燥机或加热空气室)。
大型电动抛光机
如何通过电化学抛光获得最佳效果
系统设计
热置换是系统设计中人们经常误解的最重要的一点。电解抛光槽的尺寸必须适当,以允许电解液的热位移。施加在电解质溶液上的电流产生热量。如果储罐太小或整流器太大,热量可能会使溶液沸腾或对储罐造成灾难性损坏,从而造成化学灼伤危险。
在天平的另一端,如果整流器太小,它可能导致更长的处理时间。一个动力不足的电解抛光过程可能需要20分钟,而不是通常的2 - 10分钟,因为零件必须浸泡更长时间才能达到预期的效果——如果能达到预期的效果的话。
有许多不同类型的电解质溶液。电解液的使用在很大程度上取决于要电解抛光的金属类型。大多数电解质溶液是磷酸和硫酸的混合物,需要小心处理,并遵守健康和安全规定。这些电解质的工作温度升高会产生蒸汽,导致呼吸系统问题,并对建筑物内部造成腐蚀。对于使用这种化学物质的系统设计,充分的通风是至关重要的。
另一种化学方法是以乙二醇为基础的电解质,它不需要通风。了解电解质溶液的化学性质是制定计划的第一步新型电解抛光装置.
不锈钢电解抛光系统
项目参数
以下是为特定项目或零件类型设计程序时应牢记的一些原则。
记住,电解抛光去除的不仅仅是毛刺。如果毛刺的尺寸很大,在进行电解抛光时,可能需要对零件进行过大尺寸的加工,以使尺寸减小到正确的尺寸公差。考虑毛刺与零件接触的宽度。如果毛刺具有窄的基座,则在电解抛光中很快就会脱落。但如果毛刺具有较宽的基部,则可能需要。电抛光的时间更长,或者甚至不可能用电抛光去除毛刺。
夹具可能很复杂。虽然电解抛光设备的科学和设计考虑了表面面积、时间和电流,但在实践中,配置夹具和机架以使部件达到最佳性能是一门艺术。零件必须有均匀的电流分布。
例如,电抛光管道内部尺寸(ID)的唯一方法是设计一个夹具,使管道为正极,使负极向上运行在部件内部。但这种方法有死短的风险,积极和消极的意外连接。夹具设计必须在正反面之间包括隔离点,以防止它们连接。
由于夹具是基于单个零件轮廓的,因此Best Technology建议,夹具和机架应根据每个零件由客户驱动。在复金博宝188亚洲体育杂零件上,确定最佳夹具和电解液化学混合物可能需要大量时间和原型实验。
管理氢气泡。在电解抛光过程中,注意金属表面是否有过多的气泡,这可能会在抛光面上造成条纹。条纹抛光的可能解决方案包括:1)通过降低电流密度来减缓电抛光过程,或2)调整零件的夹具,或3)找到机械方法将气泡从零件表面抽离。
维护设备和电解液
定期清除电解液污泥。不同的电解质会产生不同数量的污泥。电解质溶液根据产生的污泥量分为低、中、高三种类型。
清除污泥被视为例行预防性维护。如果您不清洁污泥池,您将面临一些重大风险,这将影响您的流程。
- 如果污泥接触到阴极,会耗散电能,直接影响电化学抛光的质量。额外的能量负载使整流器工作异常辛苦,最终整流器可能烧坏。
- 如果污泥接触到加热电解液的加热装置,就会导致加热器烧坏。
定期倾析电解液。什么是倾析?倾析电解液意味着去除10–20%的溶液,并用新电解液替换。
因为电解质在溶液中已经吸收了一些金属时性能更好,所以通常一次只能更换一部分使用过的溶液。除高污泥电解液外,通常不需要一次性更换100%的已用电解液。
你如何知道你的电解液是否需要倾析?一种方法是测量溶液的比重。将比重与电解液技术数据表中规定的正确工作范围进行比较。当你使用电解液并吸收金属时,比重会增加。在某些情况下,它将超过建议的比重,应进行倾析过程。在某些情况下,您的电解液供应商可能会提供对使用过的电解液的分析,以帮助决定何时排空。
比重法的例外情况是乙二醇基电解质,该测量不适用。在这些情况下,最好每月定期倾析。
电解抛光用过的电解液由于含有金属成分而被认为是有害废物。它不能简单地被中和和冲洗掉。电抛光槽底部的污泥也是如此。使用过的电解液和污泥的处理通常由SafetyKleen这样的服务机构处理,以确保符合环境法规。注意,使用后浸柠檬酸的处理也可能需要危险废物处理,因为金属副产品改变了柠檬酸的化学性质。