不锈钢表面抛光技术的研究进展_王玥
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不锈钢表面往往有一层灰色的氧化膜或毛刺, 需 对 其 进 行 抛 光 处 理 ,通 常 采 用 机 械 抛 光 、化 学 抛 光 及电化学抛光等。机械抛光是对不锈钢表面进行整 平处理的机械加工过程。机械抛光的整平性较好, 但 其 具 有 劳 动 强 度 大 、光 泽 保 持 时 间 不 长 、复 杂 件 无 法 加 工 等 缺 点,因 此,只 适 用 于 简 单 的 中 小 件 产 品 。 [4] 下面将重点 介 绍 不 锈 钢 的 化 学 抛 光、电 化 学 抛光和复合抛光。
王 水 型 溶 液 的 特 点 是 盐 酸 的 浓 度 高,对 不 锈 钢 有很强的腐蚀性,对 于 去 除 其 表 面 的 氧 化 物 有 很 好 的效果;但该溶液 容 易 过 腐 蚀 金 属,使 其 表 面 钝 化, 反而起不到抛光效 果,不 适 用 于 光 亮 不 锈 钢 表 面 的 微 整 形 。 [13-14]
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容易分解,溶液需要经常调整 。 [20] 1.2 环 保 型 化 学 抛 光 工 艺
环保 型 化 学 抛 光 工 艺 的 发 展 方 向 为:一 是 采 用 无 毒 或 低 毒 性 物 质 作 为 抛 光 液 的 主 要 成 分 ,如 草 酸 、 双氧水、柠 檬 酸 等;二 是 尽 量 选 择 高 效 的 抛 光 液 成 分,减少药品的用量 。 [8]
化学抛光具 有 投 资 少、适 用 于 复 杂 件、速 率 快、 效率高、耐蚀性好 等 优 点;但 其 同 时 具 有 光 亮 度 差、 有 气 体 溢 出、需 要 通 风 设 备、加 热 困 难 等 缺 点。 因 此 ,化 学 抛 光 适 用 于 复 杂 件 、小 零 件 及 光 亮 度 要 求 不 高的产品 。 [4]
1 化 学 抛 光
化学抛光是不锈钢表面在化学抛光液中的化学 浸蚀过程。不锈钢表面上微观凸起处在化学抛光液 中的溶解速率比微 观 凹 下 处 的 大 得 多,结 果 逐 渐 被 整 平 而 获 得 平 整 、光 亮 的 表 面 。
1.1 化 学 抛 光 液 的 主 要 成 分 和 典 型 工 艺 不 锈 钢 化 学 抛 光 液 大 都 含 有 腐 蚀 剂 、氧 化 剂 、添
WANG Yue, MAN Rui-lin, LIANG Yong-huang, HU Jun-li, XIAO Qin (College of Chemistry and Chemical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)
苏静康[21]研发了一种不 锈 钢 酸 洗 抛 光 工 艺,其 抛光液组 成 及 工 艺 条 件 为:柠 檬 酸 (或 草 酸 )180~ 200g/L,硫 脲 10~15g/L,OP-10 乳 化 剂 10~15 mL/L,50~65°C,3~5min。 采用该工艺能使不 锈 钢 表 面 洁 净 、光 亮 ,解 决 了 因 抛 光 或 电 解 引 起 的 表 面 泛 白 、发 花 等 现 象 ,特 别 是 水 迹 大 大 减 少 。
2012 年 3 月
电镀与环保
第32卷第2期(总第184期) ·1·
·综 述·
不锈钢表面抛光技术的研究进展
Progress in Research on Surface Polishing Technologies for Stainless Steel
王 玥 , 满 瑞 林 , 梁 永 煌 , 胡 俊 利 , 肖 琴 (中南大学 化学化工学院,湖南 长沙 410083)
牟培兴[22]研究了手表轴 齿 的 化 学 抛 光 工 艺,其 抛光液组成及 工 艺 条 件 为:草 酸 12.5g/L,双 氧 水 62mL/L,硫酸0.1g/L,渗透剂 T 5 mL/L,50°C, 15~20s。经 化 学 抛 光 后 的 手 表 轴 齿 再 进 行 滚 抛, 能 提 高 其 精 饰 质 量 ,达 到 产 品 的 质 量 要 求 。
加剂(如黏度调节 剂、酸 雾 抑 制 剂、光 亮 剂 等)和 水。 腐 蚀 剂 是 主 要 成 分 ,如 果 不 锈 钢 在 溶 液 中 不 能 溶 解 , 抛 光 便 不 能 进 行 ;氧 化 剂 和 添 加 剂 可 抑 制 腐 蚀 过 程 , 使反应朝有利于抛 光 的 方 向 进 行;水 对 溶 液 的 浓 度 起调节作用,便于反应产物的扩散 。 [5-6]
0 前 言
不 锈 钢 具 有 耐 蚀 、耐 磨 等 优 点 ,被 广 泛 应 用 于 航 天、海洋、核能 和 石 化 等 领 域 。 [1-2] 随 着 人 民 生 活 水 平的不断提高,人们 对 不 锈 钢 制 品 的 需 求 量 日 益 扩 大,对其表面 色 彩 的 要 求 也 在 不 断 提 高 。 [3] 不 锈 钢 着色技术的开发与 研 究 满 足 了 这 一 需 求,该 技 术 可 使不锈钢表面形成 各 种 不 同 色 彩 的 着 色 层,且 其 耐 蚀性和耐磨性优良。不锈钢表面的微观结构对着色 层的结合力、色彩的 均 匀 性 和 制 品 的 粗 糙 度 有 显 著 的 影 响 ,因 此 ,正 确 的 前 处 理 是 获 得 具 有 优 质 着 色 层 的不锈钢制品的必要条件。
2 电 化 学 抛 光
电化 学 抛 光 是 以 被 抛 光 工 件 作 为 阳 极,不 溶 性 金属或惰性导体作 为 阴 极,两 电 极 同 时 浸 入 特 定 的 电 解 液 中 ,通 直 流 电 而 产 生 有 选 择 性 的 阳 极 溶 解 ,达 到整平 金 属 表 面 并 使 之 产 生 金 属 光 泽 的 加 工 过 程 。 [23-24] 2.1 电 化 学 抛 光 液 的 典 型 配 方
目前,国 内 外 的 不 锈 钢 化 学 抛 光 液 基 本 可 分 为 王水型溶液、硫酸 型 溶 液、磷 酸 型 溶 液、醋 酸 型 和 过 氧化氢型溶液等 。 [7]
(1)王 水 型 溶 液 [8] 郭贤烙等 研 [9] 究 了 不 锈 钢 低 温 化 学 抛 光 工 艺, 其抛 光 液 组 成 及 工 艺 条 件 为:盐 酸 120~160 mL/L,硝酸50~60mL/L,磷酸90~120 mL/L,添 加剂16~20mL/L,抑 制 剂 8~10 mL/L,缓 蚀 剂 8 ~12mL/L,水 余量,50~70 ℃,4~6min。以该工 艺对不锈钢进行 化 学 抛 光,可 获 得 光 亮 的 表 面。 姚 庆峰等 研 [10] 究了不锈钢室温 化 学 抛 光 工 艺,其 抛 光 液组成 及 工 艺 条 件 为:盐 酸 120~180 mL/L,硝 酸 15~35mL/L,磷酸25~50mL/L,复合缓蚀 剂 1~ 5g/L,光 亮 剂 3~5 g/L,水 溶 性 聚 合 物 20~40 g/L,15~40 ℃,12~48h。以该工艺对各种奥氏 体 不 锈 钢 进 行 化 学 抛 光 ,可 获 得 满 意 的 抛 光 效 果 。 Oda N 等 研 [11] 发了一种不 锈 钢 化 学 抛 光 工 艺, 其抛光液 的 组 成 为:磷 酸 145~580g/L,硝 酸 17~ 85g/L,盐酸 16~80g/L,磺 基 水 杨 酸 1~10g/L,
·2· Mar.2012
Electroplating & Pollution Control
Vol.32No.2
以 及 少 量 的 水 溶 性 高 分 子 、芳 香 族 氨 基 化 合 物 、表 面 活性剂、木质素 磺 酸 等。 以 该 工 艺 对 不 锈 钢 进 行 化 学抛光,取 得 了 良 好 的 抛 光 效 果。 Mulder等 在 [12] 盐酸-硝酸体系化 学 抛 光 液 中 加 入 了 一 种 季 铵 盐 类 表 面 活 性 剂 ,大 大 提 高 了 抛 光 效 果 。
(2)硫 酸 型 溶 液 周永璋等 研 [5] 究 了 不 锈 钢 化 学 抛 光 工 艺,其 抛 光液组 成 及 工 艺 条 件 为:硫 酸 20 % ~30 %,硝 酸 3 % ~6 %,添加剂3 %~6 %,水 余量,60~70 ℃, 3~5min。以该工艺 对 不 锈 钢 进 行 化 学 抛 光,取 得 了较好的抛光效 果,且 成 本 较 低。 硫 酸 型 溶 液 具 有 较 强 的 钝 化 能 力 ,为 了 保 证 反 应 的 正 常 进 行 ,必 须 加 入 其 他 助 剂 ;同 时 零 件 必 须 在 浓 盐 酸 中 活 化 ,若 清 洗 效 果 不 好 ,便 会 很 快 产 生 一 层 灰 色 的 氧 化 膜 。 (3)磷 酸 型 溶 液[15-16] 姚颖悟等 研 [17] 发 了 一 种 磷 酸 体 系 的 无 烟 不 锈 钢 化 学 抛 光 工 艺 ,其 抛 光 液 组 成 及 工 艺 条 件 为 :磷 酸 120mL/L,硝 酸 钠 60g/L,盐 酸 60 mL/L,添 加 剂 15mL/L,60 ℃,3~5min。以该工艺对304不锈钢 进行 化 学 抛 光,取 得 了 良 好 的 抛 光 效 果。 朱 立 群 等 提 [18] 出了一种3Cr13不锈钢 化 学 抛 光 工 艺,其 抛 光液组成为:磷酸100~120 mL/L,硫酸 80 mL/L, 氯化钠40g/L,硝酸钠90~110g/L,表 面 活 性 剂 J 10g/L,缓蚀剂 H 6g/L,稳定剂 C 25g/L,光 亮 剂 B 25g/L。采用该 工 艺 对 不 锈 钢 进 行 抛 光,可 获 得 较好的抛光效果。 (4)醋 酸 型 和 过 氧 化 氢 型 溶 液 笔者在实验室 针 对 201 及 304 不 锈 钢,研 发 了 一种醋酸型化学抛 光 工 艺,其 抛 光 液 组 成 及 工 艺 条 件为:醋酸,硫 酸,表 面 活 性 剂,水,50~60 ℃,5~8 min。采用该工艺对201 及 304 不 锈 钢 进 行 化 学 抛 光,可取得较好的抛光效 果。 陈 步 荣 等 研 [19] 究 了 不 锈钢常温化学抛光 工 艺,其 抛 光 液 组 成 及 工 艺 条 件 为:双氧水20~30 mL/L,盐酸 20~30 mL/L,添加 剂20~30mL/L,水20~30 mL/L。该工艺具有配 方简单且成本较低等优点。 醋 酸 对 不 锈 钢 的 腐 蚀 很 微 弱 ,抛 光 效 果 不 佳 ;过 氧 化 氢 对 不 锈 钢 也 没 有 腐 蚀 能 力 ,经 常 和 王 水 、氢 氟 酸或盐酸混合使用 才 能 产 生 抛 光 效 果,且 过 氧 化 氢
摘要: 介绍了化学抛光、电化学抛光及复合抛光的特性、优缺点以及如何 应 用 这 些 工 艺 技 术 对 不 锈 钢 进 行 着 色 前 处 理 ,指 出 了不锈钢表面抛光技术的发展方向。 关 键 词 : 不 锈 钢 ;化 学 抛 光 ;电 化 学 抛 光 ;复 合 抛 光 Abstract: The characteristics,advantages and disadvantages of chemical,electrochemical and compound polishing processes and how to apply these technologies to the pretreatment of stainless steel before coloring are presented.The development direction of surface polishing technologies for stainless steel is also pointed out. Key words: stainless steel;chemical polishing;electrochemical polishing;compound polishing 中 图 分 类 号 :TG 175 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1000-4742(2012)02-0001-04
王 水 型 溶 液 的 特 点 是 盐 酸 的 浓 度 高,对 不 锈 钢 有很强的腐蚀性,对 于 去 除 其 表 面 的 氧 化 物 有 很 好 的效果;但该溶液 容 易 过 腐 蚀 金 属,使 其 表 面 钝 化, 反而起不到抛光效 果,不 适 用 于 光 亮 不 锈 钢 表 面 的 微 整 形 。 [13-14]
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容易分解,溶液需要经常调整 。 [20] 1.2 环 保 型 化 学 抛 光 工 艺
环保 型 化 学 抛 光 工 艺 的 发 展 方 向 为:一 是 采 用 无 毒 或 低 毒 性 物 质 作 为 抛 光 液 的 主 要 成 分 ,如 草 酸 、 双氧水、柠 檬 酸 等;二 是 尽 量 选 择 高 效 的 抛 光 液 成 分,减少药品的用量 。 [8]
化学抛光具 有 投 资 少、适 用 于 复 杂 件、速 率 快、 效率高、耐蚀性好 等 优 点;但 其 同 时 具 有 光 亮 度 差、 有 气 体 溢 出、需 要 通 风 设 备、加 热 困 难 等 缺 点。 因 此 ,化 学 抛 光 适 用 于 复 杂 件 、小 零 件 及 光 亮 度 要 求 不 高的产品 。 [4]
1 化 学 抛 光
化学抛光是不锈钢表面在化学抛光液中的化学 浸蚀过程。不锈钢表面上微观凸起处在化学抛光液 中的溶解速率比微 观 凹 下 处 的 大 得 多,结 果 逐 渐 被 整 平 而 获 得 平 整 、光 亮 的 表 面 。
1.1 化 学 抛 光 液 的 主 要 成 分 和 典 型 工 艺 不 锈 钢 化 学 抛 光 液 大 都 含 有 腐 蚀 剂 、氧 化 剂 、添
WANG Yue, MAN Rui-lin, LIANG Yong-huang, HU Jun-li, XIAO Qin (College of Chemistry and Chemical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)
苏静康[21]研发了一种不 锈 钢 酸 洗 抛 光 工 艺,其 抛光液组 成 及 工 艺 条 件 为:柠 檬 酸 (或 草 酸 )180~ 200g/L,硫 脲 10~15g/L,OP-10 乳 化 剂 10~15 mL/L,50~65°C,3~5min。 采用该工艺能使不 锈 钢 表 面 洁 净 、光 亮 ,解 决 了 因 抛 光 或 电 解 引 起 的 表 面 泛 白 、发 花 等 现 象 ,特 别 是 水 迹 大 大 减 少 。
2012 年 3 月
电镀与环保
第32卷第2期(总第184期) ·1·
·综 述·
不锈钢表面抛光技术的研究进展
Progress in Research on Surface Polishing Technologies for Stainless Steel
王 玥 , 满 瑞 林 , 梁 永 煌 , 胡 俊 利 , 肖 琴 (中南大学 化学化工学院,湖南 长沙 410083)
牟培兴[22]研究了手表轴 齿 的 化 学 抛 光 工 艺,其 抛光液组成及 工 艺 条 件 为:草 酸 12.5g/L,双 氧 水 62mL/L,硫酸0.1g/L,渗透剂 T 5 mL/L,50°C, 15~20s。经 化 学 抛 光 后 的 手 表 轴 齿 再 进 行 滚 抛, 能 提 高 其 精 饰 质 量 ,达 到 产 品 的 质 量 要 求 。
加剂(如黏度调节 剂、酸 雾 抑 制 剂、光 亮 剂 等)和 水。 腐 蚀 剂 是 主 要 成 分 ,如 果 不 锈 钢 在 溶 液 中 不 能 溶 解 , 抛 光 便 不 能 进 行 ;氧 化 剂 和 添 加 剂 可 抑 制 腐 蚀 过 程 , 使反应朝有利于抛 光 的 方 向 进 行;水 对 溶 液 的 浓 度 起调节作用,便于反应产物的扩散 。 [5-6]
0 前 言
不 锈 钢 具 有 耐 蚀 、耐 磨 等 优 点 ,被 广 泛 应 用 于 航 天、海洋、核能 和 石 化 等 领 域 。 [1-2] 随 着 人 民 生 活 水 平的不断提高,人们 对 不 锈 钢 制 品 的 需 求 量 日 益 扩 大,对其表面 色 彩 的 要 求 也 在 不 断 提 高 。 [3] 不 锈 钢 着色技术的开发与 研 究 满 足 了 这 一 需 求,该 技 术 可 使不锈钢表面形成 各 种 不 同 色 彩 的 着 色 层,且 其 耐 蚀性和耐磨性优良。不锈钢表面的微观结构对着色 层的结合力、色彩的 均 匀 性 和 制 品 的 粗 糙 度 有 显 著 的 影 响 ,因 此 ,正 确 的 前 处 理 是 获 得 具 有 优 质 着 色 层 的不锈钢制品的必要条件。
2 电 化 学 抛 光
电化 学 抛 光 是 以 被 抛 光 工 件 作 为 阳 极,不 溶 性 金属或惰性导体作 为 阴 极,两 电 极 同 时 浸 入 特 定 的 电 解 液 中 ,通 直 流 电 而 产 生 有 选 择 性 的 阳 极 溶 解 ,达 到整平 金 属 表 面 并 使 之 产 生 金 属 光 泽 的 加 工 过 程 。 [23-24] 2.1 电 化 学 抛 光 液 的 典 型 配 方
目前,国 内 外 的 不 锈 钢 化 学 抛 光 液 基 本 可 分 为 王水型溶液、硫酸 型 溶 液、磷 酸 型 溶 液、醋 酸 型 和 过 氧化氢型溶液等 。 [7]
(1)王 水 型 溶 液 [8] 郭贤烙等 研 [9] 究 了 不 锈 钢 低 温 化 学 抛 光 工 艺, 其抛 光 液 组 成 及 工 艺 条 件 为:盐 酸 120~160 mL/L,硝酸50~60mL/L,磷酸90~120 mL/L,添 加剂16~20mL/L,抑 制 剂 8~10 mL/L,缓 蚀 剂 8 ~12mL/L,水 余量,50~70 ℃,4~6min。以该工 艺对不锈钢进行 化 学 抛 光,可 获 得 光 亮 的 表 面。 姚 庆峰等 研 [10] 究了不锈钢室温 化 学 抛 光 工 艺,其 抛 光 液组成 及 工 艺 条 件 为:盐 酸 120~180 mL/L,硝 酸 15~35mL/L,磷酸25~50mL/L,复合缓蚀 剂 1~ 5g/L,光 亮 剂 3~5 g/L,水 溶 性 聚 合 物 20~40 g/L,15~40 ℃,12~48h。以该工艺对各种奥氏 体 不 锈 钢 进 行 化 学 抛 光 ,可 获 得 满 意 的 抛 光 效 果 。 Oda N 等 研 [11] 发了一种不 锈 钢 化 学 抛 光 工 艺, 其抛光液 的 组 成 为:磷 酸 145~580g/L,硝 酸 17~ 85g/L,盐酸 16~80g/L,磺 基 水 杨 酸 1~10g/L,
·2· Mar.2012
Electroplating & Pollution Control
Vol.32No.2
以 及 少 量 的 水 溶 性 高 分 子 、芳 香 族 氨 基 化 合 物 、表 面 活性剂、木质素 磺 酸 等。 以 该 工 艺 对 不 锈 钢 进 行 化 学抛光,取 得 了 良 好 的 抛 光 效 果。 Mulder等 在 [12] 盐酸-硝酸体系化 学 抛 光 液 中 加 入 了 一 种 季 铵 盐 类 表 面 活 性 剂 ,大 大 提 高 了 抛 光 效 果 。
(2)硫 酸 型 溶 液 周永璋等 研 [5] 究 了 不 锈 钢 化 学 抛 光 工 艺,其 抛 光液组 成 及 工 艺 条 件 为:硫 酸 20 % ~30 %,硝 酸 3 % ~6 %,添加剂3 %~6 %,水 余量,60~70 ℃, 3~5min。以该工艺 对 不 锈 钢 进 行 化 学 抛 光,取 得 了较好的抛光效 果,且 成 本 较 低。 硫 酸 型 溶 液 具 有 较 强 的 钝 化 能 力 ,为 了 保 证 反 应 的 正 常 进 行 ,必 须 加 入 其 他 助 剂 ;同 时 零 件 必 须 在 浓 盐 酸 中 活 化 ,若 清 洗 效 果 不 好 ,便 会 很 快 产 生 一 层 灰 色 的 氧 化 膜 。 (3)磷 酸 型 溶 液[15-16] 姚颖悟等 研 [17] 发 了 一 种 磷 酸 体 系 的 无 烟 不 锈 钢 化 学 抛 光 工 艺 ,其 抛 光 液 组 成 及 工 艺 条 件 为 :磷 酸 120mL/L,硝 酸 钠 60g/L,盐 酸 60 mL/L,添 加 剂 15mL/L,60 ℃,3~5min。以该工艺对304不锈钢 进行 化 学 抛 光,取 得 了 良 好 的 抛 光 效 果。 朱 立 群 等 提 [18] 出了一种3Cr13不锈钢 化 学 抛 光 工 艺,其 抛 光液组成为:磷酸100~120 mL/L,硫酸 80 mL/L, 氯化钠40g/L,硝酸钠90~110g/L,表 面 活 性 剂 J 10g/L,缓蚀剂 H 6g/L,稳定剂 C 25g/L,光 亮 剂 B 25g/L。采用该 工 艺 对 不 锈 钢 进 行 抛 光,可 获 得 较好的抛光效果。 (4)醋 酸 型 和 过 氧 化 氢 型 溶 液 笔者在实验室 针 对 201 及 304 不 锈 钢,研 发 了 一种醋酸型化学抛 光 工 艺,其 抛 光 液 组 成 及 工 艺 条 件为:醋酸,硫 酸,表 面 活 性 剂,水,50~60 ℃,5~8 min。采用该工艺对201 及 304 不 锈 钢 进 行 化 学 抛 光,可取得较好的抛光效 果。 陈 步 荣 等 研 [19] 究 了 不 锈钢常温化学抛光 工 艺,其 抛 光 液 组 成 及 工 艺 条 件 为:双氧水20~30 mL/L,盐酸 20~30 mL/L,添加 剂20~30mL/L,水20~30 mL/L。该工艺具有配 方简单且成本较低等优点。 醋 酸 对 不 锈 钢 的 腐 蚀 很 微 弱 ,抛 光 效 果 不 佳 ;过 氧 化 氢 对 不 锈 钢 也 没 有 腐 蚀 能 力 ,经 常 和 王 水 、氢 氟 酸或盐酸混合使用 才 能 产 生 抛 光 效 果,且 过 氧 化 氢
摘要: 介绍了化学抛光、电化学抛光及复合抛光的特性、优缺点以及如何 应 用 这 些 工 艺 技 术 对 不 锈 钢 进 行 着 色 前 处 理 ,指 出 了不锈钢表面抛光技术的发展方向。 关 键 词 : 不 锈 钢 ;化 学 抛 光 ;电 化 学 抛 光 ;复 合 抛 光 Abstract: The characteristics,advantages and disadvantages of chemical,electrochemical and compound polishing processes and how to apply these technologies to the pretreatment of stainless steel before coloring are presented.The development direction of surface polishing technologies for stainless steel is also pointed out. Key words: stainless steel;chemical polishing;electrochemical polishing;compound polishing 中 图 分 类 号 :TG 175 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1000-4742(2012)02-0001-04