实验九不锈钢电解抛光.docVIP

不锈钢电解抛光 一 实验目的 1．了解电解抛光的基本原理及其影响因素。 2．掌握不锈钢电解抛光的一般工艺，初步学会操作。 二 实验原理 电解抛光是一种常用的电解加工方法。它是利用在电解过程中，金属表面上凸出部分的溶解速率大于凹入部分这一特点，对微观粗糙的金属材料表面进行处理，以使其光亮与平整的加工工艺。表面平滑、光亮的金属材料不仅美观，而且具有较强的防腐蚀性能。与一般的光亮浸蚀和机械抛光相比，电解抛光具有速度快、质量好、抛光液使用寿命长、不受工件形状影响等优点。 对钢铁、铝、铜等多种金属材料的电解抛光，一般均采用以磷酸为主要成分的抛光液，以待加工工件为阳极（连接电源正极）、铅板为阴极。本实验以不锈钢抛光为例，工件不锈钢作阳极，铅板作阴极，在含H3PO4、H2SO4、CrO3分别为65％、10％、15％的电解液中进行电解抛光。主要电极反应式有： 阳极 Fe － 2e一 → Fe2+ 阴极 Cr2O72－ ＋ 14H+ ＋ 6e－ → 2Cr3+ ＋7H2O 2H+ ＋ 2e－ → H2↑ 通常认为，在阳极附近还会发生以下两种反应： Fe2+的氧化 6Fe2+ ＋ Cr2O72－ 十14H+ → 6Fe3＋ ＋ 2Cr3＋ ＋7H2O 盐的生成 2Fe2+ ＋ 3HPO42－ → Fe2(HPO4)3 2Fe3＋ ＋ 3SO42－ → Fe2(SO4)3 当阳极附近Fe2(HPO4)3、Fe2(SO4)3等盐类的浓度增加到一定程度时，会在阳极表面形成一层粘性薄膜，阻碍Fe2+的扩散，使阳极发生极化，阳极发生反应的实际电势升高，即阳极的溶解速率减小。同时，由于在微观粗糙的工件表面上粘性薄膜的分布是不均匀的，凸起部分的膜较薄，其极化电势较小，铁的溶解反应速率也较凹入部分大，于是粗糙的阳极表面逐渐被整平。 电解抛光具有机械抛光所不具备的优点，但也有缺点，如在工件表面容易出现斑点，这主要是处理不当或电解液受污染所致。实际应用中，影响电解抛光的因素主要有抛光液的配比、阴阳极面积比与极间距、阳极电流密度、温度等。另外，工件的预处理及后处理过程也是不可忽视的环节。 三、仪器药品 1．仪器 恒流恒压计、电热板（800 W）、水银温度计（0～100℃）、烧杯（500 cm3，2只；100 cm3）、玻璃棒、导线、砂纸（棕刚玉，粒度60目〈2〉）、金相砂纸（W2801#）、鳄鱼夹、洗瓶、铅板（60 mm×60 mm，打孔）、电极挂钩（自制：取漆包线10 cm，用砂纸磨去两端漆层，然后一端弯成钩状，一端缠绕在玻璃棒上）。 2．药品 酸：浓硫酸 H2SO4（1.849 g/cm3）、磷酸 H3PO4（1.7 g/cm3） 碱：氢氧化钠 NaOH 盐：碳酸钠Na2CO3、磷酸钠Na3PO4·10H2O、硅酸钠Na2SiO3·9H2O 其它：铬酐CrO3、不锈钢片（60 mm×40 mm，打孔）。 3．实验装置图（见图l） 图2 电解抛光实验仪器装置图 1．水银温度计 2．加热板 3. 恒流恒压计 4．玻璃棒 5．电极板 6．电解槽 4．除油液、抛光液、后处理浸泡液配方（由实验室配制） 电化学除油液：NaOH 30 g/dm3、Na2CO3 30 g/dm3、Na2PO4·10H2O 30 g/dm3、Na2SiO3·9H2O 4 g/dm3。 抛光液（质量百分比浓度）：H2SO4 10％，H3PO4 65％，CrO3 15％，H2O余量。 后处理浸泡液：3％的Na2CO3溶液。 说明： 配制抛光液时，应先将CrO3溶于适量去离子水中，再将H3PO4、H2SO4依次加入，然后加去离子水至所需体积。 在阳极（工件）极板面积为60 mm×40 mm左右时，每500 cm3 除油液可反复使用10次左右，每500 cm3 抛光液（按每次抛光10 min计）可连续使用7次左右。 鉴于Cr（VI）、Cr（Ⅲ）的毒性，抛光实验的废液应集中处理，方法可参考有关文献。 四 实验步骤 1．预处理 用棕刚玉砂纸打磨不锈钢片正反两面，将表面毛刺和氧化皮除去，再改用W2801#金相砂纸继续打磨至轻度划痕消去，冲洗干净，挂在电极挂钩上；然后放入经预加热、温度为70℃的除油液中进行电化学除油（仪器装置图同图1）。要求待加工钢片为阳极，铅板为阴极，并调节电极挂钩控制两极板平行且间距为1～2 cm，通过调节恒流恒压计使阳极电流密度为3 A/dm2，时间为3 min。除油后趁热用去离子水将钢片冲洗干净，并迅速放入电解抛光液中进行抛光，以免钢片表面再次氧化。 2．电解抛光 按图1装好各仪器，将经预处理的钢片作阳极，铅板作阴极，置于温度为70～80℃电解抛光液中，要求控制极板间距为l～2 cm，阳极电流密度为10～11 A/dm2，时间为10 min左右。 3．后处理