影响不锈钢镜面管抛光质量的主要影响因素有哪些

  浙江至德钢业有限公司根据目前的研究结果表明，决定电化学抛光后不锈钢镜面管表面质量的主要因素为：被加工镜面管材料、电解液与电化学工艺参数。在实际工程运用中，被加工镜面管材料是无法改变的，因此至德钢业不对此多作分析与解释。下面将从电解液与加工工艺参数角度进行介绍与分析。

一、电解液影响

   电解液在不锈钢镜面管电解抛光中起到十分重要的作用，它是电化学反应的媒介，所含的阴阳离子也是传播电流的媒介。同时，在抛光过程中电解液还起到从阴阳两极加工间隙中排除电化学反应产物与带走抛光过程中产生的热量的作用。为保证电解液的上述作用，所用电解液就需要满足一些基本条件，无论是从电解液配方本身，还是从电解液的流动角度。如所选电解液中原有的阴阳离子及相互作用的各种产物应具备很高的溶解度和很大程度的离解。从化学角度上来说，电解液中各种正、负离子必须可以大量共存，相互之间只存在可逆反应。同时，在不锈钢镜面管抛光过程中，阳极反应的最终产物，如金属离子和电解液溶剂中的氢氧离子OH-反应产生不溶物M(OH)。以便于清理与过滤。否则如果这些产物易溶或易离解，就会使抛光中使溶液趋于饱和，阻碍抛光的进行。同时，电解液的流量直接影响的抛光间隙中的电解液流速，电解液流速的快慢又直接影响着阳极表面的极化特性，他主要是由抛光过程中的工艺参数决定，将在下一小节中进行介绍。

二、工艺参数影响

    从加工工艺参数角度进行分析，影响不锈钢镜面管抛光效果的主要影响因素有：电解液流速、电解液浓度、电解液温度、电流密度、电流波形、加工间隙、加工时间、工具电极形状等。

   1. 电解液流速 

   当流速过慢时，阴极表面产生的氢气无法迅速的排除，沉淀物以及氧气也被滞留阳极表面上，间隙内温度大幅升高，两极表面产生浓差极化。在确定电解液流速时需要从去除电解液产物与氢气泡所需的流速、防止电解液局部温升等角度进行综合分析。结合流体力学知识，电解液流动状态可分为层流(20'C，Re<2300)与湍流(20bC，Re> 2300)。

    为更好去除的电极表面的电解产物与电极附近的浓差极化，并使电解液流速均匀，结合层流与湍流的流态特性，可以发现电解液的流动状态为湍流状态时，工件表面将获得更好的抛光效果。但电解液流速也不是越高越好，如对软钢进行实验研究时，当雷诺数Re =3100时，获得的表面比高流速流速，Re=15500时获得的表面要光亮。联系实验中得到的极化特性进行分析，不难发现出现这种结果的原因主要是由于前者存在显著的覆膜效应，而后者覆膜效应效应不明显所导致的。结合目前的研究成果，当Re> 4700以后，由于表面覆膜效应不明显，流速变化对表面质量的影响不再明显。同时，流量与电流之间应进行适当的匹配，流量与电流的比值越大，对电解产物与局部产热的去除效果也就越有效。当流量过大时，泵的成本又将大幅提高，而且容易在抛光区域产生空穴现象，造成电解不均，使不锈钢镜面管表面质量恶化。在加工过程中，电流方向与电解液流动方向是垂直的，所以电极长度与加工间隙对他们的影响是成反比的。

   2. 电解液浓度与温度

    电解液浓度的不同，直接通过控制电解液中的离子数量影响着电解液的电导率。在低浓度情况下，电解液电导率随浓度的增大而线性增大。当到达高浓度范围时，电导率后期变化不再明显。温度对电化学加工的影响与浓度的作用相似，主要是通过影响电解液中离子运动来作用的。根据热力学定律，离子的活度随着温度的升高而升高。电解液浓度与温度对加工过程中的电流效率都有着直接的影响，而这种影响对于线性电解液与非线性电解液的作用也是不相同的。同时，当电解液温度与浓度发生变化时，电解液自身粘度也会发生相应改变，进而影响电解液的流动特性。因此是否选择了合适的电解液浓度与温度将直接影响电化学抛光过程的抛光效率与加工速度。但限于电解液浓度和温度对电化学加工效率的影响比较复杂，到目前为止，这方面的实验研究还不够。

   3. 电流密度

      在对不锈钢镜面管电化学抛光基本原理进行介绍过程中，浙江至德钢业有限公司介绍了阳极极化作用的几种阳极极化曲线。当电流密度处于不同极化区间时，材料表面的去除方式也不尽相同，为保证材料表面光洁度，尽量将材料去除方式控制在抛光区间。但结合目前研究可以发现，适当增加电流密度可以获得更好的表面加工质量。当然，它的选取还需要结合电解液浓度及电解液流速进行综合性考虑与分析。

   4. 电流波形

    如果不用一般的直流电源进行不锈钢镜面管电化学抛光加工，而是采用脉冲电源来改变电流波形，在加工过程中由于电解液流动不均匀而导致的阳极极化不均匀、工具阴极上的电化学沉淀物及工件材料等因素引起的表面光洁度降低问题会有所改善。在阳极发生极化不均匀现象之前，通过暂时的停止加工，等待工件表面的极化现象及沉淀物的消失，再重新开启，从而提高表面光洁度。脉冲电源一般采用单相半波电流或矩形波电流，使用变换极性电源则效果更为明显。采用变换极性电流时，可使工具阴极在一瞬间转变为阳极，去除上述沉淀度，从而提高不锈钢镜面管表面光洁度。

    5. 加工间隙

     加工间隙是电化学反应的主要进行场所，在加工间隙不同的情况下，内部的电化学变化也是十分复杂的。加工间隙内的电解液流动方式及间隙内各点的流速与压力分布直接影响着间隙内的温度、氢气泡及沉淀物的分布，进而影响各位置处的电导率情况，直接影响着最终获得的表面加工质量。对于普通工件表面的电化学抛光，阴极距阳极最佳距离一般保持在100～300mm。

   6. 加工时间

    如图所示，不锈钢镜面管电化学抛光对材料表面去除是具有时变性的，随着加工时间的增长，表面加工质量逐渐变好。当加工过程中，工件表面轮廓尖端效应变弱或消失时，加工时间对表面光洁度的影响也就随之减弱。考虑加工效率等因素，合适的电流密度与加工时间是需要配比考虑的。

   7. 工具电极微观几何形状

     之前至德钢业介绍了普通不锈钢镜面管电化学抛光的加工间隙一般被设置为100～300mm，但由于本文面向的小口径不锈钢管内径的尺寸限制，这明显是不可能实现的。对于这种小间隙加工，工具电极表面粗糙度不同，被加工后工件表面上各点与工具电极之间的加工间隙也会随之发生改变。加工间隙将直接影响对应位置的电流密度大小，间隙较大的地方电流密度相对较低，材料去除速率低，而加工间隙小的地方电流密度相对较大，材料去除速率高。因此，工具电极表面微观几何形状在抛光后工件表面上就会形成不同程度的复印。

    上述加工参数对表面加工质量的影响其实是相互交织的，如实际检测得到的电解液温度是电解液的平均温度，而对于加工间隙内的电解液温度是不均衡的，存在温度梯度，该温度梯度直接与加工间隙、电解液流速等直接相关。结合上述特性分析，可以发现电化学抛光是对小口径不锈钢管道内表面进行抛光处理的有效手段，但由于其管道内径较小且长径比较大，这为实际抛光提出了一些新的加工难题，如电解液更新、加工间隙保证等，采用普通电化学抛光装置与工艺是难以完成狭小空间内的抛光处理的，需设计一种专门面向小口径不锈钢管道内表面电化学抛光的处理装置与方法。

    浙江至德钢业有限公司从不锈钢镜面管电化学抛光基本原理出发，分析在不同电流密度下的阳极极化特性，结合电化学抛光后表面粗糙度的形成机理，确定将电化学抛光工作区间设定在不完全钝化区实现表面材料的抛光去除。并对电化学抛光工艺特点，分析电解液成分、电解液浓度、电解液温度、电流密度、电流波形、加工间隙、加工时间、工具电极形状等工艺参数对抛光质量的影响，并为小口径不锈钢管道内表面电化学抛光提出要求。