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        鏡面不銹鋼表面拋光工藝分析

        2017-07-19 01:12:46楊榮煌
        科學(xué)與財(cái)富 2017年19期
        關(guān)鍵詞:不銹鋼

        楊榮煌

        摘要:如何提高拋光技術(shù),得到高質(zhì)量的不銹鋼表面,滿足生產(chǎn)中對產(chǎn)品的實(shí)際需要,已經(jīng)成為當(dāng)前不銹鋼拋光研究的重點(diǎn)問題。本文對不銹鋼的拋光技術(shù):電解拋光、化學(xué)拋光、機(jī)械拋光以及化學(xué)機(jī)械拋光等作了較詳細(xì)的介紹,根據(jù)不同拋光技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用作了分析、討論,并展望了不銹鋼表面拋光技術(shù)的發(fā)展方向。

        關(guān)鍵詞:不銹鋼;拋光;拋光傳統(tǒng)工藝;化學(xué)機(jī)械拋光方式

        不銹鋼的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過了近百年的歷程,由于其具有的獨(dú)特的耐蝕性能,良好的加工性能以及精美的表面外觀,不銹鋼已經(jīng)被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,尤其在航天航空、原子能、軍工、輕工、建材和太陽能利用等方面得到普及和推廣。目前建筑裝飾市場日新月異,裝修檔次逐步提高,在外裝修上已越來越多地使用了鏡面不銹鋼裝飾面。而拋光是不銹鋼應(yīng)用在裝飾行業(yè)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié),其目的是獲得最終的鏡面(8K)不銹鋼。

        1 鏡面不銹鋼表面拋光質(zhì)量評價(jià)

        8K表面(No.8)即鏡面拋光表面,反射率高,反射圖像清晰,通常用解像度和表面缺陷率來衡量鏡面不銹鋼質(zhì)量,一般用目測法進(jìn)行評定,有文獻(xiàn)中提出了如下判定標(biāo)準(zhǔn):1級(jí)為表面光亮如鏡,能清晰地看到人的五官和眉毛;2級(jí)為表面光亮,能看到人的五官和眉毛,但眉毛部分不清晰;3級(jí)為表面光亮較好,能看到的人的五官和輪廓,眉毛部分模糊;4級(jí)為表面有光澤,但看不清人的五官;5級(jí)為表面無光澤,發(fā)白。

        2 不銹鋼拋光傳統(tǒng)工藝

        獲取高質(zhì)量的鏡面不銹鋼主要采用的拋光技術(shù)有:電解拋光、化學(xué)拋光和機(jī)械拋光。

        2.1 電解拋光

        電解拋光工藝是將不銹鋼浸泡在電解液中的一種拋光工藝,在此工藝中不銹鋼作為陽極,借助直流電流通過電解質(zhì)特定溶液傳遞到金屬,在陽極工件表面形成一種高電阻率的稠性黏膜,稠性黏膜在不銹鋼制品表面微觀凹凸處厚度不同,導(dǎo)致陽極表面電流密度的微觀分布不均勻,凸起處電流密度大,溶解快,凹處電流密度小,溶解慢,從而降低不銹鋼表面粗糙度,提高平整和亮度,同時(shí)形成無缺陷的鈍化層。

        電解拋光液中必須含有足量的氧化劑,切不能有破壞鈍化膜的活性離子存在。

        2.2 化學(xué)拋光

        化學(xué)拋光和電解拋光原理相似,將不銹鋼置于一定組成的溶液中,其表面微觀凸起部分的溶解速度大于微觀凹入部位的溶解速度,而使不銹鋼表面平整、光潔。可以看出:化學(xué)拋光方法和電解拋光方法的原理基本一致,只是電解拋光在加入了電壓電解的強(qiáng)制作用下加速對凸起部分的溶解,而化學(xué)拋光方法則完全依靠溶液的自腐蝕能力使不銹鋼表面平整。

        2.3 機(jī)械拋光

        機(jī)械拋光是指在高速旋轉(zhuǎn)的黏有拋光膏的拋光輪上機(jī)械消除不銹鋼表面凹凸不平而獲得光亮表面的加工方式。拋光輪根據(jù)其制成布料種類的不同,用來區(qū)分其粒度級(jí)別,而結(jié)構(gòu)形式主要有縫合式、折疊式等。拋光膏則根據(jù)拋光需要由拋光能力強(qiáng)的氧化鉻和黏結(jié)劑組成的綠拋光膏,也有由磨料、有機(jī)膏體、添加劑組成的拋光蠟。

        機(jī)械拋光一般分為粗拋、精拋,兩個(gè)階段層層遞進(jìn)。配合不同的拋光膏和拋光輪,在機(jī)械旋轉(zhuǎn)的作用下最終獲得反射圖像清晰的鏡面不銹鋼。隨著不銹鋼冷軋工藝技術(shù)的提高,國內(nèi)能穩(wěn)定生產(chǎn)出表面粗糙度極小的BA表面,當(dāng)用戶選擇BA不銹鋼進(jìn)行鏡面拋光操作,不再需要粗拋工序。目前針對來料板材一般選擇的機(jī)械拋光工藝如表1所示。

        表1 機(jī)械拋光常見工藝組合

        3 新型化學(xué)機(jī)械拋光方式

        隨著對鏡面不銹鋼表面質(zhì)量要求的不斷提高,同時(shí)為了提高拋光效率,將化學(xué)拋光和機(jī)械拋光相結(jié)合的一種新型拋光技術(shù)即化學(xué)機(jī)械拋光法得以發(fā)展和完善。在一定組成的溶液中對不銹鋼表面進(jìn)行機(jī)械拋光,通過化學(xué)溶液提高不銹鋼表面活性,同時(shí)進(jìn)行高速的機(jī)械拋光,用來消除表面凹凸而獲得更高質(zhì)量的光潔鏡面。

        3.1 化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備

        化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備要求較高,在化學(xué)法的基礎(chǔ)上要增加機(jī)械拋光系統(tǒng),目前主要的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備分為單輪化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)、多輪化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)。多輪機(jī)械拋光機(jī)中有4輪、5輪、48輪等。隨設(shè)備制造能力的提高,最近也有96輪、128輪的化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)投入使用。

        3.1.1 單輪化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)

        在鏡面品質(zhì)要求極高、對加工效率要求不高、人工成本較低的工廠,一般配備單輪化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)。該設(shè)備在一個(gè)裝有固定板材裝置的加工平臺(tái)上安裝機(jī)械拋光輪??梢苿?dòng)覆蓋整個(gè)加工平臺(tái)的伸長臂上安裝變頻或非變頻電動(dòng)機(jī),連接上拋光輪。通過人工壓下力在固定組成的溶液中對不銹鋼表面進(jìn)行機(jī)械拋光。

        單輪機(jī)械拋光機(jī)有節(jié)省成本、防止表面過拋、局部自由修復(fù)缺陷等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)就在于工作環(huán)境較差、加工效率低、拋光溶液回收不完全等問題。

        3.1.2 多輪化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)

        為解放人力,同時(shí)提高加工效率,一些自動(dòng)化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)被設(shè)計(jì)出來,如上所介紹,目前自動(dòng)多輪化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)的拋光輪從4個(gè)到128個(gè)之多,這樣的設(shè)備大大提高了加工效率,同時(shí)對設(shè)備和加工技術(shù)也提出了更高要求。

        多輪化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)和單輪化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)基本相同,只是引進(jìn)了自動(dòng)控制系統(tǒng),通過拋光輪軸的橫向擺動(dòng)覆蓋整個(gè)加工臺(tái)面,通過液壓或者氣壓系統(tǒng)控制拋光輪的壓下力。設(shè)定固定的拋光時(shí)間后對加工后板面進(jìn)行清洗、烘干,檢查表面質(zhì)量,同時(shí)配備拋光溶液循環(huán)使用設(shè)備使拋光溶液循環(huán)再利用。

        3.2 化學(xué)機(jī)械拋光溶液

        如前所述,化學(xué)機(jī)械拋光方式結(jié)合了化學(xué)法和機(jī)械法的原理,故拋光溶液需要對不銹鋼凸起部位有溶解作用。在實(shí)際拋光過程中發(fā)現(xiàn),雖然濃硝酸能夠鈍化不銹鋼,形成致密的鈍化膜,但含量很低的稀硝酸卻能促進(jìn)不銹鋼的腐蝕。另為了提高磨拋能力,同時(shí)中和酸溶液,防止硝酸對不銹鋼的過度腐蝕,在溶液中添加適量的氧化鋁或者氧化鐵粉,有些為了拋光效果也添加少量專用研磨液。

        3.3 化學(xué)機(jī)械拋光參數(shù)對拋光質(zhì)量的影響

        張強(qiáng)對化學(xué)機(jī)械拋光工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,該論文在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,深入研究拋光液的壓力載荷、拋光時(shí)間、拋光線速度、pH值對拋光質(zhì)量的影響,成功得出了各參數(shù)對材料拋光去除率的線性關(guān)系。

        4 拋光工藝比較

        應(yīng)用在不同行業(yè)上,上述四種拋光加工方式各有優(yōu)劣,對這四種拋光工藝進(jìn)行比較,生產(chǎn)廠家可根據(jù)自身特點(diǎn)選擇適宜的工藝方法。

        4.1 設(shè)備和使用范圍比較

        四種拋光工藝對設(shè)備要求,工件、環(huán)境等方面的要求不盡相同,常見差異見表2。

        表2 四種拋光工藝差異性比較

        4.2 常見失效情況

        拋光加工工藝不同,在拋光過程中出現(xiàn)的失效形態(tài)、缺陷形式也不同,筆者結(jié)合多年對客戶不銹鋼拋光后產(chǎn)品質(zhì)量的反饋,對一些常見的失效形態(tài)及原因、防范措施列舉如表3。

        表3 常見拋光缺陷分析及改進(jìn)措施

        5 行業(yè)展望

        (1)化學(xué)機(jī)械拋光對環(huán)境污染最小,鏡面拋光質(zhì)量最好,但受制于對工件的形狀要求,在電子行業(yè)、制品行業(yè)以及其他異型件行業(yè)很難得到推廣。

        (2)化學(xué)機(jī)械拋光采用的溶液組成十分關(guān)鍵,各拋光加工行業(yè)對酸的種類選擇、濃度控制差異較大,返修率較高。需對溶液組成進(jìn)行深入摸索,使化學(xué)機(jī)械拋光工藝技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。

        6 結(jié)束語

        總之,不銹鋼應(yīng)用廣泛。為提高不銹鋼表面質(zhì)量,滿足裝飾行業(yè)發(fā)展需求,如何改進(jìn)和提高傳統(tǒng)的拋光工藝技術(shù)水平,并根據(jù)需要開發(fā)新的更好更先進(jìn)的表面拋光技術(shù),不斷提升拋光基材表面質(zhì)量,則成為了一項(xiàng)重要的任務(wù)。文章通過羅列不銹鋼拋光傳統(tǒng)工藝以及新型化學(xué)機(jī)械拋光方式,對不同的拋光工藝進(jìn)行了對比分析,闡述了各種拋光工藝的特性、優(yōu)缺點(diǎn)以及如何應(yīng)用這些工藝技術(shù)對不銹鋼進(jìn)行表面拋光,為相關(guān)研究提供參考。

        參考文獻(xiàn):

        [1]馬迪,徐龍貴,李樹白等.不銹鋼化學(xué)拋光液的研究進(jìn)展[J]. 材料保護(hù), 2014, 47(9):54-55.

        [2]王玥,滿瑞林,梁永煌等.不銹鋼表面拋光技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 電鍍與環(huán)保, 2012, 32(2):1-4.

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