流漿箱箱板電解拋光工藝的研究

劉艷黃金鳳阮祚柄程浩 陜西西安(710021)

流漿箱是現(xiàn)代紙機的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)和性能對紙頁的成型和紙張的質(zhì)量具有決定性作用，流漿箱的材料絕大多數(shù)采用304不銹鋼，箱體內(nèi)表面粗糙度要求接近鏡面。目前大部分造紙機械廠采用手工拋光的方式，但在處理過程中，箱板表面會殘留打磨痕跡、表面不一致的缺陷，并且還存在工時費用，輔料費用較高的缺點。

電解拋光也稱之為電化學(xué)拋光，是利用不銹鋼在電解液中的選擇性陽極溶解而達到拋光和清潔表面目的的一種表面處理方法。電解拋光后的微觀表面比機械拋光的更平滑，反光率更高；表面色澤一致，光澤持久；生產(chǎn)效率高[1,2]。針對目前我國流漿箱的加工現(xiàn)狀，提出先電解后手工拋光的方法，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件的基礎(chǔ)上加裝一套電解裝置，這樣不僅可以提高工作效率而且不會太高地增加企業(yè)的成本。

1 實驗

1.1 藥品及儀器

碳酸鈉、氫氧化鈉、磷酸三鈉、檸檬酸、硫酸、甘油、六次甲基四胺、磷酸等。

燒杯、水浴鍋、石墨電極、304不銹鋼工件（100mm×200mm×3mm）、S D K-20 A H刷鍍電源（武漢材料保護研究所）、手持砂輪機（上海砂輪機廠）、T R 100粗糙度儀（北京時代）等。

1.2 電解裝置

1.3 工藝路線

除油 水洗 電解 拋光 水洗 中和水洗 鈍化 水洗 干燥 性能測試

1.3.1 除油

采用化學(xué)除油法對不銹鋼進行表面處理，其配方見表1。

1.3.2 電解

通過查閱大量資料，初步確定的電解液配方如表2所示。

1.3.3 拋光

采用手持砂輪機對已電解的不銹鋼工件進行拋光。

1.3.4 中和

不銹鋼經(jīng)過拋光后，雖經(jīng)水洗處理，但其表面還殘留著少量檸檬酸，為了不影響后續(xù)的鈍化處理，應(yīng)對不銹鋼進行中和處理，中和液選用5%的碳酸鈉溶液，所用時間為2～3分鐘。

1.3.5 鈍化

不銹鋼經(jīng)過鈍化處理后可使其表面形成一層耐腐蝕的鈍化膜，從而提高不銹鋼的耐蝕性。

表1 除油液配方

表2 電解液配方

圖1 電解裝置示意圖

表5 電流對拋光效果的影響

1.4 電解液溫度的確定

按照初步確定的配方對不銹鋼試樣進行不同溫度的電解實驗，拋光效果見表4。

分析及討論：電解液的溫度對提高不銹鋼表面光亮度起決定作用。在電解過程中，不銹鋼表面電解整平速率隨溫度升高而增大，溫度升高能有效降低電解液粘度，減少陽極表面粘膜的厚度，加速陽極溶解產(chǎn)物的擴散，使溶液對流加快，有利于陽極上滯留的氣泡脫附，避免產(chǎn)生斑、麻點。但溫度過高，會使電解液過熱，使試樣產(chǎn)生腐蝕或表面產(chǎn)生氣帶條紋，影響拋光質(zhì)量；溫度過低，會使溶液粘度增大、陽極粘膜增厚，不利于陽極產(chǎn)物擴散，整平效果明顯下降。由實驗可知，電解液溫度以50-60℃為宜。

1.5 電流密度的確定

在電解溫度55℃的條件下對不銹鋼試樣進行不同電流下的電解實驗，拋光結(jié)果見表5。

分析及討論：為獲得良好的電解效果，電流密度和電壓是緊密相關(guān)的。通常，電壓升高，電流密度隨之增大，但這一現(xiàn)象只會繼續(xù)到一個臨界點，一旦達到這一點，電流密度將急速下降，電壓仍相應(yīng)增高。電解只有在電流密度比臨界點高時才會發(fā)生，低于這一點則出現(xiàn)腐蝕。只有在適當?shù)碾娏髅芏认?，有一定的氧氣析出，才有利于成膜或溶解。電流密度過小，工件表面發(fā)生一般陽極溶解，起不到拋光效果；電流密度過大，氧氣猛烈析出，形成氣流，產(chǎn)生局部腐蝕，影響拋光質(zhì)量，同時電解液升溫速度快，電解液損耗大，成本增加[3]。

由以上實驗可知，在55℃下進行的不同電流密度的電解實驗，工作電流密度小于3 A/d m2，電解難度大，速度慢，光亮度不足；大于4 A/d m2時又使不銹鋼表面產(chǎn)生過氧化現(xiàn)象而發(fā)黑，所以確定最佳電解電流密度為4 A/d m2。

1.6 電解時間的確定

在最佳電解溫度和電流下，對不銹鋼試樣進行不同電解時間下的實驗，拋光結(jié)果見表6。

分析及討論：當電解時間低于4 min時，拋光效果達不到理想狀態(tài)；時間超過6 min時，則試樣易產(chǎn)生腐蝕，因而電解時間采用4-6 min為宜。為提高加工效率，電解時間確定為4 min。

1.7 正交實驗

在電解溫度為55℃，電流為4 A/d m2，電解時間為4 min的條件下，進行正交實驗。因素水平表如表7所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸檬酸用量對不銹鋼粗糙度的影響

檸檬酸的酸度低，黏度大，在拋光過程中既起到溶解作用又能在不銹鋼表面形成鈍化膜，防止不銹鋼過腐蝕。當檸檬酸含量過低時，電解液黏度小，離子擴散速度快，金屬溶解快，不利于不銹鋼表面的整平，表面有大量麻點；當其含量過高時，溶液黏度大，表面形成橫向水紋，電解速度低，且成本高[4]。由圖2可看出當檸檬酸用量為180 g/L時，不銹鋼表面的拋光效果達到最好。

表3 鈍化液配方

表4 電解液溫度對拋光效果的影響

表6 電解時間對拋光效果的影響

表7 因素水平表

2.2 硫酸用量對不銹鋼粗糙度的影響

硫酸具有良好的分散性，在溶液中能完全電離，有助于提高電解液的電導(dǎo)率、分散能力和陽極電流效率，使不銹鋼表面均勻。硫酸含量過低，試樣表面難以整平，拋光質(zhì)量明顯降低；其含量過高，反而引起腐蝕，降低表面光潔度，縮短電解液的使用壽命。由圖2可看出當硫酸用量為60mL/L時，不銹鋼表面的拋光效果達到最好。

2.3 甘油用量對不銹鋼粗糙度的影響

甘油吸附在陽極的表面，有利于促進擴散層的形成，能夠與檸檬酸在不銹鋼表面形成一層薄膜，防止不銹鋼過腐蝕，并使拋光后的不銹鋼表面光亮、細致。當甘油含量過低時，不銹鋼表面光亮，但粗糙度差；當其含量過高時，溶液黏度增大，操作難度提高[4]。由圖2可看出當甘油用量為20mL/L時，不銹鋼表面的拋光效果達到最好。

2.4 六次甲基四胺用量對不銹鋼粗糙度的影響

六次甲基四胺起緩蝕作用，它可以調(diào)節(jié)電解液的腐蝕速率，防止不銹鋼表面產(chǎn)生過腐蝕現(xiàn)象，起到整平與光亮的作用。由圖2可看出當六次甲基四胺用量為15 g/L時，不銹鋼表面的拋光效果達到最好。

圖2 各因素用量對粗糙度的影響

3 結(jié)論

1）電解液的組成為：檸檬酸180 g/L；硫酸60mL/L；甘油20mL/L；六次甲基四胺15 g/L。

2）不銹鋼電解工藝條件為：溫度55℃；電流密度4 A/d m2；時間 4 min。

3）經(jīng)該工藝電解拋光的不銹鋼試樣表面粗糙度值可達到 0.15～0.20 μm。

采用先電解后拋光的工藝不僅可以提高流漿箱箱板的加工質(zhì)量和加工效率，而且可以大大降低工人的勞動強度，改善勞動環(huán)境。此外，該電解液因不含鉻酐和磷酸（傳統(tǒng)電解液中一般使用），循環(huán)使用后可經(jīng)過濾、稀釋后可作為酸洗劑使用。

[1]曾祥德.新型環(huán)保型不銹鋼拋光工藝[J].電鍍與涂飾,2006,25（10）:23-25.

[2]郭賢烙,易翔.不銹鋼電化學(xué)拋光技術(shù)研究[J].電鍍與涂飾,2001,20(5):11-13.

[3]韋瑤,杜高昌,藍偉強等.電化學(xué)拋光工藝研究與應(yīng)用[J].表面技術(shù),2001,30(1):19-20.

[4]檸檬酸硫酸型不銹鋼電化學(xué)拋光液研究 [J].電鍍與涂飾,2010,29（9）:36-38.