Корзина (0)
В корзине пусто!
Электрохимическая полировка нержавеющей стали – процесс, тенденции

Электрохимическая полировка нержавеющей стали – процесс, тенденции

2449
0
8 Января, 2020

Электрохимическая полировка – оборудование и технологии

Для заказа услуг по электрополировке Вы можете позвонить на номер +7 (495) 960-92-93 либо написать на почту info@metallcleaner.com

Процесс дополняет финишную механическую обработку

Использование электрополировки сталей практикуется в коммерческих целях с 1930-х годов, в основном, касалось придания внешней привлекательности потребительским товарам, таким как посуда и авторучки, фурнитура и др. В последние же годы акцент сместился на обработку инженерного оборудования, особенно в пищевой, медицинской, фармацевтической и полупроводниковой промышленности. Электрохимическое растворение металлической поверхности используется для улучшения гладкости, отражающей способности, чистоты и пассивности стальных изделий или некоторой комбинации этих характеристик поверхности. При применении к компонентам трубопроводных систем электролитическая полировка помогает достигать и поддерживать необходимые показатели коэффициента шероховатости поверхности.

В то время как обычные процессы механической обработки представляют собой процессы удаления макрометалла, электрополировка – это микропроцесс. Таким образом, она не является конкурентом таких процессов, как шлифование, бластинг, пескоструйная обработка и механическая полировка, а скорее является дополнением.

Почти все металлы и сплавы могут быть электрополированы, но на практике нержавеющая сталь составляет наибольшую часть коммерческого электрополирования. Собственная прочность и коррозионная стойкость нержавеющей стали делают ее предпочтительным материалом для технологического оборудования и многих потребительских товаров.

Технология электрополировки

Изделие, подлежащее электрохимической полировке, соединяется с анодной (+) стороной источника постоянного тока, а катодная (-) сторона соединена с инертным металлом, обычно, свинцом или нержавеющей сталью. И деталь, и катод погружены в раствор кислот, так называемый электролит, и, когда ток протекает через эту цепь, металл на поверхности растворяется. Почти сразу на поверхности детали выделяется большое количество кислорода, образуя плотный газовый слой. Из-за тенденции электрического тока течь от точек и выступов, растворяются преимущественно эти области, что приводит к сглаживанию поверхности. Вязкий пограничный слой, образующийся в результате выделения газов, способствует преимущественному растворению пиков. Процесс оптимизируется путем контроля химического состава раствора, температуры, плотности тока и времени.

Электрополировка обычно считается погружным процессом. Некоторые детали, такие как большие трубы или сосуды, могут сами стать резервуаром для внутренней электрохимполировки. Бывают случаи, когда очень большие детали необычной формы, которые не помещаются в резервуар для полировки или не могут стать резервуаром, обрабатываются с помощью установок для местной электрополировки. В этих случаях сама деталь является анодом. Электролит и катод подаются на деталь с помощью специального оборудования, которое в разговорной речи называется установками для травления и пассивации сварочных швов.

В большинстве случаев размер и конфигурация изделий, подходящих для электрополировки, ограничены только воображением специалиста по электрополировке.

  • Размер изделий варьируется от маленьких (полые иглы) до больших (емкости по 45 000 литров).

  • Некоторые детали могут быть погружены непосредственно в ванны для электрополировки, в то время как другие могут потребовать предварительной обработки для удаления жира, загрязнений или окалины. После обработки детали должны быть тщательно промыты для удаления раствора электролита.

  • Детали простой формы можно электрополировать с помощью катодов общего назначения, расположенных на расстоянии нескольких сантиметров или более от детали. Сложные формы могут потребовать использования сложных приспособлений и специально сконструированных соответствующих катодов (катодной сетки) для обеспечения равномерной электрополировки по всей поверхности, а также для электрохимической полировки выбранных областей.

  • Электролиты очень "кислые" (на основе агрессивных кислот) и коррозийные, требуют коррозионно-стойкого оборудования и пристального внимания к безопасности сотрудников в средствах индивидуальной защиты и рабочих методах, предотвращающих контакт с раствором.

  • Еще одним моментом, с точки зрения соображения безопасности, является образование выделений газа. Процесс генерирует выделение кислорода и водорода; перемешивание раствора снижает это явление.

  • Электролитическая полировка крупных деталей может потребовать ток до нескольких тысяч ампер, что требует использования больших выпрямителей и тяжелых кабелей или шин. Кроме того, может потребоваться использование системы охлаждения для поддержания температуры раствора и электрических разъемов.

  • Удаление металла с плоской поверхности, как правило, составляет менее одной тысячной сантиметра, но нередко на острых кромках удаляется до 10 раз более толстый слой. По этой причине электрополировка часто используется для удаления заусенцев. В целом, изогнутые и сложные формы электрополировать легче, чем плоские поверхности.

  • Время электрохимической полировки колеблется от одной до 20 минут, хотя иногда необходимо более продолжительное время.

Для обработки изделий, сравнительно небольших по габаритам, тем более если вы их производите большими партиями, лучше всего на своем предприятии организовать цех по электрохимической обработке. В этом случае лучше всего использовать специальные ванны для полировки методом погружения изделия в электролит. Тогда как очень габаритные или трудно транспортируемые изделия можно электрополировать с помощью подрядных организаций. Внешняя электрополировка не обязательно более опасна, чем в специальной ванне, но она требует особого внимания к некоторым факторам. Электролиты очень коррозийны и опасны. Кроме того, промывочные (отработанные) воды считаются опасными отходами, поэтому лучше всего, если на площадке имеется возможность обработки отходов и сточных вод, которые содержат трехвалентный хром, ионы никеля и разбавленную кислоту.

Если на объекте нет таких средств, необходимо собрать отработанные отходы и передать их в специализированные компании для их вывоза и последующей утилизации.

Улучшение поверхности

Электрохимическая полировка может создавать зеркальные отражающие поверхности, которые повышают привлекательность продукта и сохраняют его внешний вид. Если использовать стандартную меру – среднюю арифметическую шероховатость (RA), которая измеряется в микродюймах (µin.), – электрополировка часто уменьшает шероховатость поверхности примерно наполовину. Т.е., поверхность с 100-µin. RА часто можно улучшить до 50 µin. RА, а при 10 µin. RА часто улучшается до 5 µin. RA.

Тем не менее, эта обработка истончает изделие. По мере того, как начальная поверхность становится все более и более гладкой, последующая обработка уже не даст такого же результата. В некоторых случаях электрополировка может фактически увеличить шероховатость поверхности, обнажая пустоты или включения, которые ранее были "размазаны" и скрыты механической обработкой.

Гладкость, достигаемая электрохимполировкой, более или менее соответствует крупности абразивных материалов:

Взаимосвязь между количеством абразивной крошки и шероховатостью поверхности, измеряемой в микродюймах, иногда используется для определения гладкости поверхности:

Поверхностные характеристики

Известно, что электрополирование улучшает три характеристики поверхности, каждая из которых улучшает способность поверхности противостоять коррозии:

  • Электрополировка улучшает микроочистку детали.

    При осмотре на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) даже на самой зеркально полированной (механически) поверхности могут быть выявлены пятна и включенные абразивные материалы, оксиды и мусор. Та же поверхность после электрополировки может не отличаться при осмотре невооруженным глазом, но при сканировании SEM с увеличением в 1000 раз, как правило, обнаруживается абсолютно чистая поверхность, свободная от посторонних материалов и абразивных повреждений. Этот процесс микроочистки улучшает коррозионную стойкость электрополированных поверхностей.

  • Электрополировка улучшает пассивность или коррозионную стойкость нержавеющей стали.

    В качестве доказательства этого последняя версия ASTM A967 признает электрохимическую полировку как принятый метод пассивации. Хотя явление пассивности не до конца понято, факты показывают, что свободное железо удаляется из тонкого поверхностного слоя глубиной всего в несколько ангстрем, в результате чего образуется поверхность с более высоким содержанием никеля и хрома, чем исходный материал. Кроме того, хром и никель на поверхности быстрее окисляются, чем это происходит естественным путем.

  • Электрополировка удаляет весь или часть механически деформированного и напряженного слоя.

    Тем самым обеспечивается третий механизм для улучшения коррозионной стойкости. Такое удаление поверхностного слоя с высоким напряжением также может улучшить сопротивление коррозии.

Кроме того, электрополированные поверхности легче чистить, что особенно выгодно при эксплуатации оборудования, используемого для пищевых продуктов и напитков, фармацевтических и медицинских производственных линий.

Оценка поверхности

В то время как отражающая способность, блеск и сияние, которые производит электрополировка, очевидны с первого взгляда, некоторые из более тонких эффектов становятся очевидными только при более сложных исследованиях, таких как химический анализ поверхности, профилометрия и испытания рабочих характеристик в процессе эксплуатации.

Методы оценки электрополировки включают в себя:

  1. Сканирующая электронная микроскопия (SEM).

    SEM идеально подходит для проверки поверхности на гладкость и для обнаружения особенностей, которые могут позволить частицам накапливаться, SEM обеспечивает огромное увеличение. При этом методе снимается несколько снимков под разными углами. Это похоже на исследование поверхности апельсина несколькими камерами и создание единого изображения части поверхности апельсина.

  2. Оже-электронная спектроскопия (AES).

    Этот метод, который анализирует атомный состав сплава, является мощным, но имеет несколько ограничений. Во-первых, он определяет идентичность элементов, присутствующих только на поверхности. Во-вторых, он не может отличить металлический хром от трехвалентного или шестивалентного хрома. В сочетании с другими методами можно использовать AES для изучения различных глубин или слоев. Это похоже на определение элементов в одном конкретном слое. Этот метод предоставляет данные, которые могут быть представлены в виде диаграмм, графиков или линий тренда.

  3. Электронная спектроскопия для химического анализа (ESCA).

    Инструмент для определения состава оксида, ESCA может различать различные формы присутствующих элементов, таких как металл, трехвалентный и шестивалентный хром. Измерения также могут быть сделаны на различной глубине от поверхности. Это похоже на определение различных компонентов в одном слое. Собранные данные могут быть использованы для выражения соотношений хрома к железу, толщины оксидного слоя и степени образования оксида в слое. Этот метод предоставляет данные, которые могут быть представлены в виде диаграмм или графиков.

Подготовка к электрохимической полировке

Некоторые детали можно электрополировать без механической подготовки.
Например, некоторые виды фрезерной обработки дают отличные результаты электрополировки без предварительной механической обработки. Холоднокатаный 2B универсальный материал получается ярким, гладким и чистым, хотя любые царапины, полученные при обработке и изготовлении, требуют предварительной механической обработки, чтобы получить однородную электрополированную поверхность. Финишная обработка 2B, на самом деле, предпочтительнее обработки, которая производится с помощью относительно грубых абразивов с зернистостью от 50 до 150, которые оставляют видимые царапины.

Горячекатаный, обработанный кислотой материал после электрополировки становится блестящим и белым, однако проявляются многие углубления и неровности, которые возникают в результате процесса горячей прокатки и удаления окалины. Получение зеркального блеска на этом материале требует многократных проходов с абразивами с постепенно снижающейся зернистостью перед электрополировкой.

Пескоструйная, дробеструйная, стеклоструйная, дробеметная обработка обычно приводят к получению слишком грубых поверхностей, чтобы их можно было полностью сгладить с помощью электрополировки. SEM-исследование после электрохимполировки поверхностей данными видами обработки показывает, что поверхность очищена и сглажена, но так и не стала идеально гладкой:

Аналогичным образом на поверхностях, полированных грубыми абразивными материалами, никогда не удаляются все царапины. По большей части, электрополировка полностью сглаживает абразивные царапины от зернистости 220 и более, но царапины от более грубых материалов, чем 220 зернистости, остаются видимыми. Обратите внимание, что подготовка с абразивами менее 320 зернистости не всегда приводит к получению более качественного покрытия после электрополировки.

Электрополировка может быть отличным инструментом для удаления заусенцев.
В некоторых случаях это единственный экономически оправданный метод. Например, заусенец в очень маленьком просверленном, пробитом или резьбовом отверстии. Электрополировка может удалить такой заусенец, и, поскольку процесс обеспечивает преимущественное удаление выступов, он делает это без изменения размеров детали.

Некоторые заусенцы требуют механического удаления. Пробитое отверстие может иметь заусенец перпендикулярно поверхности, слишком большой, чтобы его можно было удалить путем электрополировки. Механическая операция, такая как абразивная шлифовка, может использоваться для удаления большей части заусенцев, оставляя небольшие, острые заусенцы в отверстии. Оставшиеся заусенцы можно затем удалить электрополировкой. Заусенцы, наиболее подверженные удалению методом электрополировки, представляют собой мелкие, острые и их трудно или невозможно удалить механически.

Электрополировка также является ценным инструментом для получения точных радиусов.
Например, когда встречаются две шлифованные поверхности, она может удалить любой мелкий заусенец и оставить небольшой, но определенный радиус. Электрополировка может считаться методом точной обработки, особенно подходящим, когда необходимо удалить очень тонкий слой металла для достижения точного размера с тонкой обработкой поверхности.

Сварка перед электрополировкой может быть особой проблемой, которая связана с процессом сварки и навыками сварщика. С одной стороны, сварной шов может иметь пустоты и включения, которые при удалении поверхностного слоя будут видны. С другой стороны, сварные швы высшего качества могут быть хорошо электрополированы без предварительной обработки. Пассивация перед электрополировкой может быть необходима для достижения наилучших результатов.

Кроме того, фазовые изменения, сегрегация сплавов и выделение карбидов могут стать более заметными после электрополировки, особенно когда эти изменения вызваны сваркой и находятся в ограниченных областях. В некоторых случаях эти проблемы могут быть сведены к минимуму таким же образом, путем пассивации перед электрополировкой.

Упаковка

Если упаковочные материалы и процессы транспортировки изделий перед электрохимической полировкой выбраны неправильно и не верно используются, они могут создать проблемы при последующей обработке. Кроме того, неправильная упаковка может привести к повреждению при транспортировке, которое невозможно будет исправить во время обработки.

Пузырьковая пленка является подходящим упаковочным материалом, но она не должна вступать в прямой контакт с металлическим компонентом. Химические вещества в обертке оставляют рисунок, который становится очевидным во время обработки.
Лучшая практика после электрополировки – обернуть детали в бескислотную, не содержащую серу бумагу.
При необходимости детали могут быть обернуты пузырьковой пленкой поверх бумаги.

В работах по финишной обработке металла принято возвращать детали в той же упаковке, в которой они прибыли. Это следует учитывать при подготовке деталей к отправке на электрохимическую полировку.

Перед электрополировкой должны быть полностью удалены защитные покрытия, особенно в местах, подверженных нагреву, например, в зоне сварного шва. Остатки клея также необходимо полностью удалить, обычно изделие протирают растворителем или ацетоном, перед механической обработкой или электрополировкой.

Во время последующей обработки или монтажа оборудования следует соблюдать осторожность, чтобы избежать контакта с углеродистой сталью или непассивированной нержавеющей сталью. Такой контакт может привести к переносу свободного железа, что ухудшает пассивность детали.

Последние тенденции

За последние несколько лет возник большой интерес к производству чрезвычайно чистых и устойчивых к коррозии компонентов для использования со сверхчистыми газами и жидкостями. Электрополировка оказалась эффективным методом в этой области. Трубопроводы, клапаны, сосуды, насосы и другие компоненты, используемые при работе со сверхчистыми газами и жидкостями, часто подвергаются механической обработке, а затем электрополируются до чрезвычайно низких значений шероховатости поверхности. Окончательная оценка электрополировки состоит из двух компонентов: внешний вид поверхности и химический состав поверхности. Первая оценка предназначена для определения эффективности самого полирующего действия; Во вторых, необходимо обеспечить, чтобы полученная поверхность была как можно более пассивирована и максимально защищена.

Другим инновационным процессом, который имеет потенциал, является электрополировка в качестве подготовки к физическому осаждению из паровой фазы (PVD). Некоторые данные свидетельствуют о том, что PVD-покрытия можно наносить на электрополированные поверхности из нержавеющей стали с большим успехом, чем на никелированные хромированные поверхности. Одна из причин этого успешного применения состоит в том, что электрополированные поверхности практически не имеют характеристик и обеспечивают чрезвычайно чистую поверхность для покрытия PVD. Большинство из этих применений также включают механическую полировку или полировку, по меньшей мере, на выбранных участках с последующей электрополировкой перед нанесением PVD-покрытия.

2449
0
8 Января, 2020
Ваш комментарий будет первым