CN102230210A - 一种不锈钢无铬电解抛光液及其表面抛光处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢无铬电解抛光液及其表面抛光处理工艺，抛光液以醇(甲醇、乙醇中的至少一种)和酸(硫酸、醋酸中的至少一种)作为其主体成分。本发明所提供的不锈钢表面抛光处理工艺包括以下步骤：除油污处理、超声振动水洗、超声振动酸洗、超声振动碱洗、电解抛光、超声振动水洗、钝化、清洗及烘干。与传统不锈钢电解抛光液相比，本抛光液既不含铬酸酐，减少了环境污染，废液易于处理，属于环保型抛光液；又不含价格昂贵的磷酸，降低了抛光成本，有利于不锈钢电解抛光工艺的推广。经试验证明，该抛光液及其工艺能有效除去不锈钢表面的氧化膜及划痕，并可使工件达到镜面光亮的效果，有效地提高抛光品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢无铬电解抛光液，并涉及一种一种不锈钢表面抛光处理工艺。
背景技术
不锈钢由于其耐大气腐蚀的优良性能，在建筑、化工、仪器、航空航天行业有着广泛的应用。但它在热加工、机械加工后长时间放置表面会形成一层氧化皮，因此需要通过适当的方式进行处理，在众多方法中，抛光工艺作为一种十分成熟的工艺得到了极大地普及与应用。
不锈钢抛光可分为机械抛光、化学抛光和电解抛光3种工艺。机械抛光工艺需使用高温酸洗设备且电耗大，故成本较高。化学抛光成本低，对工件的几何形状无特别要求，即使工件形状复杂通过抛光也可达到镜面光亮的效果。电解抛光与化学抛光相比，有着生产效率高、设备成本低、工件表面抛光细腻、电解液寿命长且可连续使用等优点。
电解抛光，又叫做电抛光，是以被抛工件为阳极，耐抛光液腐蚀的导电材料为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通入直流电而使阳极上的微观凸起部分发生选择性溶解以形成平滑表面，从而增大工件表面光亮度的电化学方法。
传统的不锈钢电解抛光液通常使用铬酸酐、磷酸作为刻蚀剂，铬酸酐虽然增强了抛光效果，但它毒性大且腐蚀性强，废液对环境污染大；磷酸价格高昂，大量使用提高了工艺的使用成本，这在一定程度限制了不锈钢抛光工艺的推广。传统的抛光液通常使用甘油、聚乙二醇等作为缓蚀剂，这类大分子醇类限制了抛光时工件表面粘膜的快速生成，属于较为落后的工艺。因此，研发出无磷酸和铬酸酐且可促进黏性薄膜快速生成的电解抛光液成为不锈钢电解抛光大规模工业应用亟待解决的课题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种环保、使用成本低的不锈钢无铬电解抛光液。
本所要解决的第二个技术问题是提供一种工艺简单、生产效率高、产品质量好的不锈钢表面抛光处理工艺。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的不锈钢无铬电解抛 光液，其成分由醇与酸组成，酸与醇的体积比为1∶1～1∶20。
所述的酸选自质量分数为98％的浓硫酸和浓度为分析纯的醋酸中的至少一种。
所述的醇选自浓度为分析纯的甲醇和浓度为分析纯的乙醇中的至少一种。
为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的使用不锈钢无铬电解抛光液的不锈钢表面抛光处理工艺，包括以下步骤：
(a)除油污处理：
使用的除油剂选自洗洁精、脱脂剂、乙醇、丙酮中的一种或几种，在超声波振动下清洗1～30分钟，超声振动温度为1～100℃，然后利除去不锈钢表面的油污；
(b)超声振动水洗：
将不锈钢工件置于水中，超声振动时间为1～30分钟，超声振动温度为1～100℃；
(c)超声振动酸洗：
酸溶液浓度为0.1～3mol/L，超声振动时间为1～10分钟，超声振动温度为1～100℃；
(d)超声振动碱洗：
碱溶液浓度为0.1～5mol/L，超声振动时间为1～10分钟，超声振动温度为1～50℃；
(e)电解抛光：
操作时，以不锈钢工件作为阳极接电源正极，以耐抛光液腐蚀的导电材料作为阴极接电源负极，电解抛光液成分由醇与酸组成，酸与醇的体积比为1∶1～1∶20，所述的酸选自硫酸和醋酸中的至少一种，所述的醇选自甲醇和乙醇中的至少一种，具体工艺参数为：温度为1～100℃，电压为1～30V，时间为1～30分钟；
(f)超声振动水洗：
将抛光后的不锈钢工件置于水中，超声振动时间为1～30分钟，超声振动温度为1～100℃；
(g)钝化：
将抛光后的工件浸泡在钝化液中，钝化液选取体积分数为20～50％的硝酸，钝化时间为10～60分钟，钝化温度为21～71℃；
(h)清洗及烘干：
用去离子水将钝化后的工件冲洗干净，烘干，获得表面镜面光亮的不锈钢工件。
上述步骤(a)中除油污处理：利用刷子或抹布擦洗除去不锈钢表面的油污。
上述步骤(c)中超声振动酸洗：酸选自盐酸、硫酸、醋酸中的一 种或几种。
上述步骤(e)中电解抛光：以铂电极、石墨等耐抛光液腐蚀的导电材料作为阴极接电源负极。
上述步骤(d)中超声振动碱洗：所述的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氨水中的一种或几种。
上述步骤(h)中清洗及烘干：利用压缩空气或电吹风吹干表面水分，并用滤纸擦干表面残余水分。
采用上述技术方案的不锈钢无铬电解抛光液及其表面抛光处理工艺，以硫酸、醋酸中的至少一种作为刻蚀剂，不含有铬酸酐，减少了环境污染，降低了抛光成本，简化了废液处理工序，属于环保型抛光液；以甲醇、乙醇中的至少一种作为缓蚀剂，与传统工艺采用大分子(如甘油、聚乙二醇等)醇类作缓蚀剂相比，有利于抛光过程中工件表面黏性薄膜的生成，促进抛光的快速进行。
本发明公开的电解抛光液和抛光工艺与现有技术相比，具有以下优点：
1、本抛光液与现有的不锈钢电解抛光液相比，不含毒性大、污染严重的铬酸酐，降低了抛光废液处理难度，减少了环境污染，属环保型抛光液。
2、本抛光液与现有的不锈钢电解抛光液相比，采用硫酸、醋酸来代替价格昂贵的磷酸，降低了工艺成本，对抛光工艺推广有着重要意义。
3、本发明提供的抛光工艺对温度要求的范围宽松，在室温下即可抛光出镜面光亮效果的工件。
4、本发明提供的抛光工艺反应时间短，1～30分钟内均可，与传统抛光工艺相比，可大幅缩短抛光时间。
经试验证明，本发明能有效地除去不锈钢表面的氧化膜及划痕，并使工件达到了镜面光亮的效果，得到抛光品质更高、更平整的不锈钢工件。
附图说明
图1是抛光前扫描电镜下不锈钢的表面形貌图；
图2是抛光后扫描电镜下不锈钢的表面形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
该实施例说明本发明提供的不锈钢无铬电解抛光液和不锈钢表面处理工艺。
(a)除油污处理：
将200ml浓度为分析纯的丙酮加入到1000ml的烧杯中，然后将 尺寸为50×30×2mm的不锈钢样品置于上述溶液中在50℃下用超声波振动清洗15分钟。
(b)超声振动水洗：
将上述不锈钢工件置于盛有200ml去离子水的1000ml烧杯中，在88℃下超声波振动清洗3分钟。
(c)超声振动酸洗：
在盛有150ml去离子水的1000ml烧杯中，加入5ml质量分数为38％的浓盐酸配制成酸液，将工件置于其中，在39℃下超声波振动清洗6分钟。
(d)超声振动碱洗：
在盛有100ml去离子水的1000ml烧杯中，加入10g浓度为分析纯的氢氧化钠、5g浓度为分析纯的氢氧化钾配置成碱液，将工件置于其中，在45℃下超声波振动清洗2分钟。
(e)电解抛光液的配制：
将120ml浓度为分析纯的甲醇溶液、50ml浓度为分析纯的乙醇溶液加入到500ml烧杯中，将10ml质量分数为98％的浓硫酸沿着烧杯壁缓缓加入其中，并用玻璃棒不断搅拌，搅拌均匀后得到抛光液180ml，醇与酸的体积比为17∶1，静置。
(f)电解抛光：
以不锈钢工件作为阳极，石墨作为阴极进行电解抛光，抛光的工艺参数：抛光温度为50℃，电压3.7V，抛光26分钟。
(g)超声振动水洗：
将抛光后的工件置于盛有300ml去离子水的1000ml烧杯中在92℃下超声波振动清洗3分钟。
(h)钝化：
将工件置于体积分数为47％的硝酸钝化液中，在23℃下钝化57分钟。
(i)清洗及烘干：
将钝化后的工件取出并用去离子水冲洗，然后用电吹风吹干表面水分，用滤纸擦干表面残余水分。
通过以上步骤，该抛光液及其工艺能有效除去不锈钢表面的氧化膜及划痕，并使工件达到了镜面光亮的效果。图1为抛光前后扫描电镜下不锈钢的表面形貌比较。
实施例2：
该实施例说明本发明提供的不锈钢无铬电解抛光液和不锈钢表面处理工艺。
(a)除油污处理：
将180ml浓度为分析纯的乙醇、20ml浓度为分析纯的丙酮加入到 1000ml的烧杯中，然后将尺寸为60×45×2mm的不锈钢样品置于上述溶液中在6℃下用超声波振动清洗28分钟。
(b)超声振动水洗：
将上述不锈钢工件置于盛有350ml去离子水的1000ml烧杯中，在45℃下超声波振动清洗18分钟。
(c)超声振动酸洗：
在盛有180ml去离子水的1000ml烧杯中，加入15ml质量分数为98％的浓硫酸、12ml质量分数为38％的浓盐酸配制成酸液，将工件置于其中，在10℃下超声波振动清洗10分钟。
(d)超声振动碱洗：
在盛有200ml去离子水的1000ml烧杯中，加入3.2g浓度为分析纯的氢氧化钾配置成碱液，将工件置于其中，在25℃下超声波振动清洗6分钟。
(e)电解抛光液的配制：
将100ml浓度为分析纯的乙醇溶液、50ml浓度为分析纯醋酸加入到500ml烧杯中，并用玻璃棒不断搅拌，搅拌均匀后得到抛光液150ml，醇与酸的体积比为2∶1，静置。
(f)电解抛光：
以不锈钢工件作为阳极，石墨作为阴极进行电解抛光，抛光的工艺参数：抛光温度为10℃，电压28.2V，抛光15分钟。
(g)超声振动水洗：
将抛光后的工件置于盛有300ml去离子水的1000ml烧杯中在50℃下超声波振动清洗12分钟。
(h)钝化：
将工件置于体积分数为25％的硝酸钝化液中，在70℃下钝化12分钟。
(i)清洗及烘干：
将钝化后的工件取出并用去离子水冲洗，然后用电吹风吹干表面水分，用滤纸擦干表面残余水分。
通过以上步骤，该抛光液及其工艺能有效除去不锈钢表面的氧化膜及划痕，并使工件达到了镜面光亮的效果。
实施例3：
该实施例说明本发明提供的不锈钢无铬电解抛光液和不锈钢表面处理工艺。
(a)除油污处理：
将适量洗洁精加入到1000ml的烧杯中，然后将尺寸为50×40×2mm的不锈钢样品置于上述溶液中在90℃下用超声波振动清洗2分钟。
(b)超声振动水洗：
将上述不锈钢工件置于盛有300ml去离子水的1000ml烧杯中，在9℃下超声波振动清洗27分钟。
(c)超声振动酸洗：
在盛有100ml去离子水的1000ml烧杯中，加入10ml质量分数为36％的浓盐酸配制成酸液，将工件置于其中，在85℃下超声波振动清洗2分钟。
(d)超声振动碱洗：
在盛有100ml去离子水的1000ml烧杯中，加入40ml质量分数为25％的氨水配置成碱液，将工件置于其中，在7℃下超声波振动清洗9分钟。
(e)电解抛光液的配制：
将300ml浓度为分析纯的甲醇溶液、10ml浓度为分析纯的醋酸加入到500ml烧杯中，将20ml质量分数为98％的浓硫酸沿着烧杯壁缓缓加入其中，并用玻璃棒不断搅拌，搅拌均匀后得到抛光液330ml，醇与酸的体积比为10∶1，静置。
(f)电解抛光：
以不锈钢工件作为阳极，石墨作为阴极进行电解抛光，抛光的工艺参数：抛光温度为90℃，电压16.4V，抛光3分钟。
(g)超声振动水洗：
将抛光后的工件置于盛有300ml去离子水的1000ml烧杯中在10℃下超声波振动清洗29分钟。
(h)钝化：
将工件置于体积分数为38％的硝酸钝化液中，在45℃下钝化40分钟。
(i)清洗及烘干：
将钝化后的工件取出并用去离子水冲洗，然后用电吹风吹干表面水分，用滤纸擦干表面残余水分。
通过以上步骤，该抛光液及其工艺能有效除去不锈钢表面的氧化膜及划痕，并使工件达到了镜面光亮的效果。
实施例4：
该实施例说明本发明提供的不锈钢无铬电解抛光液和不锈钢表面处理工艺。
(a)除油污处理：
将适量脱脂剂加入到1000ml的烧杯中，然后将尺寸为50×30×2mm的不锈钢样品置于上述溶液中在100℃下用超声波振动清洗1分钟。
(b)超声振动水洗：
将上述不锈钢工件置于盛有200ml去离子水的1000ml烧杯中，在100下超声波振动清洗1分钟。
(c)超声振动酸洗：
在盛有150ml去离子水的1000ml烧杯中，加入5ml浓度为分析纯的醋酸配制成酸液，将工件置于其中，在50℃下超声波振动清洗5分钟。
(d)超声振动碱洗：
在盛有100ml去离子水的1000ml烧杯中，加入10g浓度为分析纯的氢氧化钠、5g浓度为分析纯的氢氧化钾配置成碱液，将工件置于其中，在50℃下超声波振动清洗1分钟。
(e)电解抛光液的配制：
将120ml浓度为分析纯的甲醇溶液、80ml浓度为分析纯的乙醇溶液加入到500ml烧杯中，将10ml质量分数为98％的浓硫酸沿着烧杯壁缓缓加入其中，并用玻璃棒不断搅拌，搅拌均匀后得到抛光液210ml，醇与酸的体积比为20∶1，静置。
(f)电解抛光：
以不锈钢工件作为阳极，铂电极作为阴极进行电解抛光，抛光的工艺参数：抛光温度为1℃，电压28V，抛光25分钟。
(g)超声振动水洗：
将抛光后的工件置于盛有300ml去离子水的1000ml烧杯中在1℃下超声波振动清洗30分钟。
(h)钝化：
将工件置于体积分数为20％的硝酸钝化液中，在30℃下钝化60分钟。
(i)清洗及烘干：
将钝化后的工件取出并用去离子水冲洗，然后用压缩空气吹干表面水分，用滤纸擦干表面残余水分。
通过以上步骤，该抛光液及其工艺能有效除去不锈钢表面的氧化膜及划痕，并使工件达到了镜面光亮的效果。图1为抛光前后扫描电镜下不锈钢的表面形貌比较。
实施例5：
该实施例说明本发明提供的不锈钢无铬电解抛光液和不锈钢表面处理工艺。
(a)除油污处理：
将180ml浓度为分析纯的乙醇、20ml浓度为分析纯的丙酮加入到1000ml的烧杯中，然后将尺寸为60×45×2mm的不锈钢样品置于上述溶液中在1℃下用超声波振动清洗30分钟。
(b)超声振动水洗：
将上述不锈钢工件置于盛有350ml去离子水的1000ml烧杯中，在30℃下超声波振动清洗20分钟。
(c)超声振动酸洗：
在盛有180ml去离子水的1000ml烧杯中，加入15ml质量分数为98％的浓硫酸、12ml质量分数为38％的浓盐酸配制成酸液，将工件置于其中，在1℃下超声波振动清洗10分钟。
(d)超声振动碱洗：
在盛有200ml去离子水的1000ml烧杯中，加入3.2g浓度为分析纯的碳酸钠配置成碱液，将工件置于其中，在30℃下超声波振动清洗5分钟。
(e)电解抛光液的配制：
将50ml浓度为分析纯的乙醇溶液、50ml浓度为分析纯醋酸加入到500ml烧杯中，并用玻璃棒不断搅拌，搅拌均匀后得到抛光液100ml，醇与酸的体积比为1∶1，静置。
(f)电解抛光：
以不锈钢工件作为阳极，石墨作为阴极进行电解抛光，抛光的工艺参数：抛光温度为80℃，电压1V，抛光30分钟。
(g)超声振动水洗：
将抛光后的工件置于盛有300ml去离子水的1000ml烧杯中在80℃下超声波振动清洗20分钟。
(h)钝化：
将工件置于体积分数为30％的硝酸钝化液中，在71℃下钝化10分钟。
(i)清洗及烘干：
将钝化后的工件取出并用去离子水冲洗，然后用电吹风吹干表面水分，用滤纸擦干表面残余水分。
通过以上步骤，该抛光液及其工艺能有效除去不锈钢表面的氧化膜及划痕，并使工件达到了镜面光亮的效果。
实施例6：
该实施例说明本发明提供的不锈钢无铬电解抛光液和不锈钢表面处理工艺。
(a)除油污处理：
将适量洗洁精加入到1000ml的烧杯中，然后将尺寸为50×40×2mm的不锈钢样品置于上述溶液中在60℃下用超声波振动清洗20分钟。
(b)超声振动水洗：
将上述不锈钢工件置于盛有300ml去离子水的1000ml烧杯中，在1℃下超声波振动清洗30分钟。
(c)超声振动酸洗：
在盛有100ml去离子水的1000ml烧杯中，加入10ml质量分数为36％的浓盐酸配制成酸液，将工件置于其中，在100℃下超声波振动清洗1分钟。
(d)超声振动碱洗：
在盛有100ml去离子水的1000ml烧杯中，加入40ml质量分数为25％的氨水配置成碱液，将工件置于其中，在1℃下超声波振动清洗10分钟。
(e)电解抛光液的配制：
将300ml浓度为分析纯的甲醇溶液、10ml浓度为分析纯的醋酸加入到500ml烧杯中，将20ml质量分数为98％的浓硫酸沿着烧杯壁缓缓加入其中，并用玻璃棒不断搅拌，搅拌均匀后得到抛光液330ml，醇与酸的体积比为10∶1，静置。
(f)电解抛光：
以不锈钢工件作为阳极，铂电极作为阴极进行电解抛光，抛光的工艺参数：抛光温度为100℃，电压30V，抛光1分钟。
(g)超声振动水洗：
将抛光后的工件置于盛有300ml去离子水的1000ml烧杯中在100℃下超声波振动清洗1分钟。
(h)钝化：
将工件置于体积分数为50％的硝酸钝化液中，在21℃下钝化30分钟。
(i)清洗及烘干：
将钝化后的工件取出并用去离子水冲洗，然后用压缩空气吹干表面水分，用滤纸擦干表面残余水分。
通过以上步骤，该抛光液及其工艺能有效除去不锈钢表面的氧化膜及划痕，并使工件达到了镜面光亮的效果。
Claims (9)
1.一种不锈钢无铬电解抛光液，其特征在于：其成分由醇与酸组成，酸与醇的体积比为1∶1～1∶20。
2.根据权利要求1所述的不锈钢无铬电解抛光液，其特征在于：所述的酸选自质量分数为98％的浓硫酸和浓度为分析纯的醋酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的不锈钢无铬电解抛光液，其特征在于：所述的醇选自浓度为分析纯的甲醇和浓度为分析纯的乙醇中的至少一种。
4.使用权利要求1所述的不锈钢无铬电解抛光液的不锈钢表面抛光处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(a)除油污处理：
使用的除油剂选自洗洁精、脱脂剂、乙醇、丙酮中的一种或几种，在超声波振动下清洗1～30分钟，超声振动温度为1～100，然后利除去不锈钢表面的油污；
(b)超声振动水洗：
将不锈钢工件置于水中，超声振动时间为1～30分钟，超声振动温度为1～100℃；
(c)超声振动酸洗：
酸溶液浓度为0.1～3mol/L，超声振动时间为1～10分钟，超声振动温度为1～100℃；
(d)超声振动碱洗：
碱溶液浓度为0.1～5mol/L，超声振动时间为1～10分钟，超声振动温度为1～50℃；
(e)电解抛光：
操作时，以不锈钢工件作为阳极接电源正极，以耐抛光液腐蚀的导电材料作为阴极接电源负极，电解抛光液成分由醇与酸组成，酸与醇的体积比为1∶1～1∶20，所述的酸选自硫酸和醋酸中的至少一种，所述的醇选自甲醇和乙醇中的至少一种，具体工艺参数为：温度为1～100℃，电压为1～30V，时间为1～30分钟；
(f)超声振动水洗：
将抛光后的不锈钢工件置于水中，超声振动时间为1～30分钟，超声振动温度为1～100℃；
(g)钝化：
将抛光后的工件浸泡在钝化液中，钝化液选取体积分数为20～50％的硝酸，钝化时间为10～60分钟，钝化温度为21～71℃；
(h)清洗及烘干：
用去离子水将钝化后的工件冲洗干净，烘干，获得表面镜面光亮的不锈钢工件。
5.根据权利要求4所述的使用不锈钢无铬电解抛光液的不锈钢表面抛光处理工艺，其特征在于：上述步骤(a)中除油污处理：利用刷子或抹布擦洗除去不锈钢表面的油污。
6.根据权利要求4所述的使用不锈钢无铬电解抛光液的不锈钢表面抛光处理工艺，其特征在于：上述步骤(c)中超声振动酸洗：酸选自盐酸、硫酸、醋酸中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的使用不锈钢无铬电解抛光液的不锈钢表面抛光处理工艺，其特征在于：上述步骤(e)中电解抛光：以铂电极、石墨等耐抛光液腐蚀的导电材料作为阴极接电源负极。
8.根据权利要求4所述的使用不锈钢无铬电解抛光液的不锈钢表面抛光处理工艺，其特征在于：上述步骤(d)中超声振动碱洗：所述的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氨水中的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的使用不锈钢无铬电解抛光液的不锈钢表面抛光处理工艺，其特征在于：上述步骤(h)中清洗及烘干：利用压缩空气或电吹风吹干表面水分，并用滤纸擦干表面残余水分。
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