不銹鋼橢圓封頭電解拋光技術研究

郭志英 楊連紅 趙世超

（中航黎明錦西化工機械（集團）有限責任公司)

0 前言

在攪拌設備制造過程中，為防止黏性物料粘附在設備表面，用戶大多要求對設備內與介質接觸部位的不銹鋼表面進行拋光處理。拋光精度的提高，使設備更易于清理，這樣就有利于縮短清釜周期，提高生產效率。

隨著對拋光精度要求的不斷提高，機械拋光的精度已不能滿足設備使用的要求。電解拋光與機械拋光相比具有許多優點：拋光表面色澤均勻一致，清潔光亮，耐腐蝕性強，拋光效率高，成本低。

本文主要從三個方面介紹利用電解拋光工藝技術對不銹鋼橢圓封頭內表面進行拋光。首先介紹拋光原理。其后，對不銹鋼封頭內壁的電解拋光進行研究。由于橢圓封頭呈碟形，表面輪廓特殊，電場分布不均勻，因此本文提出了相應的改善電場分布的有效方法。

1 電解拋光原理

電解拋光是利用不銹鋼工件在電解液中、在電場作用下表面微觀凸起優先發生陽極溶解的原理，逐漸去除表面凸點，使工件表面趨于平滑的方法。

在電解拋光液中，以被拋光工件為陽極，不溶性金屬為陰極，兩極之間加上電壓，逐漸增大電壓時對應的電壓、電流關系曲線如圖1所示。這條曲線分三段：在AB段，隨著電壓上升，電流隨之增加；在BC段，雖然電壓增加，但電流保持不變；在CD段，電流又隨電壓的增加而急劇增大。由此可見，在曲線的不同階段，陽極金屬的溶解特性會發生不同的變化。一般來說，電解拋光時，選擇BC段的電壓與電流值，因此BC段也稱拋光段。

圖1 電壓與電流特性曲線

在BC段，陽極的溶解速度高于電極界面附近離子的擴散速度，于是各種金屬離子逐漸積聚在陽極金屬表面附近，在金屬表面和電解液之間形成黏稠的液體膜——擴散層。在此擴散層中，由于濃度梯度的作用，使金屬離子向電解液中的擴散速度成恒速，即出現電壓升高、電流不再增加的臨界電流密度。這種擴散層如圖2所示，凹處的擴散層厚些，而凸處的擴散層薄些。擴散層越薄擴散速度就越快，金屬的溶解也越快。這就導致了凸處優先溶解，使拋光面趨于平滑。擴散層與電解液成分密切相關。液體的黏度越大，擴散層就越易形成。

圖2 電解拋光原理

2 不銹鋼封頭電解拋光試驗

2.1 試驗系統和工藝參數

試驗裝置如圖3所示。電源采用高頻開關電源。陰極采用不銹鋼板材。陰陽極距離為40 mm。

電解拋光工藝參數：電解液為磷酸、硫酸、水， 電流密度 6～50 A／dm2， 電壓 8～15 V， 溫度30～70℃，陰極材料304，陰極與工件距離40 mm。

圖3 封頭電解拋光裝置

2.2 陰極的設計

為使在整個不銹鋼橢圓封頭的內表面上獲得均勻一致的拋光效果，對呈碟形且表面輪廓特殊的橢圓封頭輔助陰極的設計尤為重要。電流密度的分布和電解液的均勻腐蝕能力是決定拋光效果均勻一致的主要因素。

對于形狀比較復雜的被拋光工件，陽極表面上的電流密度分布是很不均勻的，而拋光效果與電流分布密切相關。由前面分析可知，僅當電流密度處于BC段時，才能獲得好的拋光效果。因此為獲得均勻一致的拋光效果需考慮兩個方面問題。一是改善電場分布，使工件表面上的電流密度分布盡量均勻，都處于拋光段；二是探索拋光液配方及工藝參數，擴大拋光區域范圍，以便在更大電流密度區間獲得好的拋光效果。對于呈碟形且表面輪廓特殊的不銹鋼標準橢圓封頭，電解液的分散作用還不足以獲得均勻的拋光效果，主要是通過改善電場和提高電流的均勻分布程度來提高拋光效果的均勻一致性。

當采用平板陰極時，封頭凹槽深處的電流密度小，陽極溶解處于腐蝕區，拋光效果很差。針對這種情況，采用了像形陰極的方法來改善電場分布。輔助陰極由多條弧形不銹鋼板條焊接成瓜瓣型，使輔助陰極外形與橢圓封頭的形狀吻合，從而確保了電場分布的均勻一致。

3 試驗結果

按上述工藝參數和所設計的輔助陰極進行電解拋光試驗，拋光表面色澤均勻，整體效果好，全部去除了手工拋光的印痕和砂布打磨的印痕。經檢測，表面粗糙度值達到了0.08～0.1μm。試驗表明，該電解拋光工藝效果良好。

4 結論

針對不銹鋼標準橢圓封頭電解拋光時電場分布不均勻的特性，采用適合的電解液、電解拋光工藝參數及采用像形輔助陰極的方法，使電場電力線分布均勻，達到了封頭曲面均勻一致的拋光效果。該技術成果可推廣到大型聚合釜及其他石化設備用封頭的電解拋光生產。目前，該技術成果已推廣使用，效果良好。