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彭氏化学之塑胶电镀

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钢铁零件的电解抛光和化学抛光  

2006-12-31 14:49:31|  分类: 电镀 |  标签: |举报 |字号 订阅

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钢铁零件的电解抛光和化学抛光
A=
式中  A——配制1L溶液所需磷酸或硫酸的毫升数;
      d——配制好的溶液的密度;
      d1——实际测得的配制所用磷酸或硫酸的密度;
      b——根据d1查得的磷酸或硫酸的质量百分含量;
      α——配方中磷酸或硫酸的规定含量(质量百分比)。
    配制后的溶液需测量其密度,当其密度低于规定时,可将溶液在115~200℃下,加热浓缩,以除去多余的水分。
    新配制的溶液,需在阴极面积大于阳极面积几倍的情况下,进行通电处理,使一部分六价铬还原为三价铬,这时阳极电流密度为30~40A/dm2,通电量为5~6A·h/L。经通电处理后,即可进行电解抛光。
    溶液在使用过程中,会由于阳极溶解而不断积累铁离子,与此同时,零件抛光后的光亮度将会下降,当铁含量(按Fe2O3计算)达到7%~8%时,溶液需部分或全部更换。
表2-2-1 碳素钢和低合金钢电解抛光的工艺规范
1 2 3 4
磷酸(H3PO4 65~70 72 66~70 60~62
硫酸(H2SO4 12~15     18~22
铬酐(CrO3 5~6 23 12~14  
草酸((COOH)2·2H2O)       10~15g/L
硫脲((NH22CS)       8~12 g/L
乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)       1 g/L
12~14 5 18~20 18~20
溶液密度 1.73~1.75   1.70~1.74 1.60~1.70
温度/℃ 60~70 65~75 75~80 室温
阳极电流密度/A·dm-2 20~30 20~100 20~30 10~25
时间/min 10~15 3~5 10~15 10~30
注:配方1适用于含碳量低于0.45%的碳素钢;
    配方2适用于各种类型的钢铁,当采用较大的电流密度和进行间断通电时,可以进一步提高表面的光亮度;
    配方3适用于各种类型的钢材;
    配方4适用于碳素钢和含锰及含镍的模具钢。
    溶液中三价铬积聚过多时(Cr2O3超过2%),同样会使抛光后的零件表面光亮不足。这时,可以在阳极面积大于阴极面积几倍的情况下,进行通电处理(阳极用石墨),阴极最好用素烧陶瓷予以隔离,通电处理完毕时,除去阴极室内三价铬化合物。
    溶液中磷酸、铬酐、硫酸和三价铬的含量,应定期分析和调整,溶液的密度应经常测定,并及时加水或浓缩溶液,校正密度。
    不锈钢的电解抛光,广泛采用磷酸-硫酸型溶液。几种常见的溶液的工艺规范,如表2-2-2所列。
表2-2-2 不锈钢电解抛光的工艺规范
1 2 3
磷酸(H3PO4 50~60 42 560mL/L
硫酸(H2SO4 20~30   400mL/L
铬酐(CrO3     50g/L
甘油(C3H5(OH)3   47  
明胶     7~8 g/L
20 11 40mL/L
密度 1.64~1.75   1.76~1.82
电压/V 6~8 15~30 10~20
阳极电流密度/A·dm-2 20~100 5~15 20~50
温度/℃ 50~60 100 55~65
时间/min 10 30 4~5
阴极材料
注:配方1适用于1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9等奥氏体不锈钢的电解抛光; 配方2溶液抛光质量好,但成本高、使用寿命短、有气味; 配方3溶液抛光的质量较好,寿命长,适用于抛光手表等精密零件。所用之磷酸密度为1.70;硫酸密度为1.84。
    需要指出的是,配制1号溶液时,应将磷酸和硫酸依次加入水内,冷至室温后,测量密度,并分析各组分的含量。溶液应在70~80℃下,以60~80A/dm2的阳极电流密度,进行通电处理,待通电量达40A·h/L后,即可使用。配制3号溶液时,应将磷酸与硫酸混合,铬酐与水混合溶解,然后将磷酸和硫酸混合液倒入铬酐的水溶液中加热至80℃,在搅拌下慢慢加入明胶,此时溶液反应激烈,大约1h反应完毕,溶液变为均匀的草绿色。测定并校正溶液的密度,密度合格后,在低的阳极电流密度下,通电处理数十分钟,即可用于生产。
    在使用过程中,需经常测定和调整溶液的密度。磷酸和硫酸含量要定期分析和调整。由于阳极溶解,溶液中的铁含量将会逐渐聚集升高,当铁含量(按Fe2O3计算)超过7%时,溶液便逐渐失去抛光能力,这时,溶液应部分或全部予以更换。
二、化学抛光
    低碳钢零件,可以在含有双氧水的弱酸性溶液中,进行化学抛光。其工艺规范如表2-2-3所列。
    操作中应注意事项:
    1.由于溶液浓度较低以及双氧水分解较快,双氧水的含量需要及时补充(每次约5~10g/L),在补充的同时,还需按4~6g/L补充氢氟酸(指配方2、配方3溶液而言),使溶液的pH值保持在2.1左右,当铁含量较高时,pH应控制在1.7~2.1。配方1溶液中草酸的补充量,约为双氧水补充量的一半。
    2.溶液中铁离子含量不应超过35g/L,铁含量过高时,抛光速度和抛光质量都将下降,补充双氧水和其它成分,都不能恢复溶液的功能,这时,溶液应更换。
    3.溶液温度最好控制在15~25℃。温度过高,会使双氧水加速分解,影响溶液的寿命。以上抛光过程,是一个放热反应过程,溶液的温度将会升高,需进行冷却降温。
    低、中碳钢和低合金钢零件,还可以在以下溶液中进行化学抛光:
    磷酸(H3PO4)(密度1.70)      60%(体积)
    硫酸(H2SO4)(密度1.84)      30%(体积)
    硝酸(HNO3)(密度1.40)      10%(体积)
    铬酐(CrO3)                  5~10g/L
    温度                          120~140℃
    时间                          <10min
表2-2-3  低碳钢零件化学抛光工艺规范
1 2 3
过氧化氢(30%)(H2O2 30~50 35~40 70~80
草酸((COOH)2·2H2O) 25~40    
氟化氢铵(NH4HF2   10 20
尿素((NH22CO)   20 20
苯甲酸(C6H5COOH)   0.5~1.0 1~1.5
硫酸(H2SO4 0.1    
pH值   2.1 2.1
润湿剂   0.2~0.4 0.2~0.4
温度/℃ 15~30 15~30 15~30
时间/min 2~30至光亮 1~2.5 0.5~2
搅拌 可以采用 需要 需要
注:1.配方2、配方3的pH值用pH=1.4~3的试纸进行测定;
2.润湿剂可用6501、6504洗净剂或聚乙二醇等。
    溶液中水含量过多,会导致抛光后的零件表面被腐蚀和失去光泽。所以,抛光前的零件,必须在干燥并加热至同溶液温度接近后再进槽。溶液经一段使用后,如果发现抛光过程中NO2的逸出减少,则可酌量加入2%~8%(体积)密度为1.40的硝酸。
    不锈钢则可在下列溶液中进行化学抛光:
    配方(1)
    硫酸(H2SO4)(密度1.84)227mL
    盐酸(HCl)(密度1.19)  67mL
    硝酸(HNO3)(密度1.40) 40mL 
    水      660 mL
    温度    50~80℃
    时间    3~20min
    抛光时要抖动零件,避免气泡在表面停滞。加入甘油,可以改善抛光质量。
    配方(2)
    盐酸(HCl)  66~77g/L
    硝酸(HNO3) 180~200g/L
    氢氟酸(HF) 70~90g/L
    硝酸铁(Fe(NO33)18~25g/L
    冰醋酸(CH3COOH) 20~25g/L
    柠檬酸饱和溶液   60mL/L
    磷酸氢二钠饱和溶液  60mL/L
    温度   50~60℃
    时间   0.5~5min
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