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H_2SO_4-H_3PO_4为基液的模具钢化学抛光工艺研究

刘东光  
【摘要】: 化学抛光是模具钢及其合金表面处理中的一个重要工序,通过化学抛光可以获得光洁平整的表面,使材料的光反射能力、热反射能力以及耐腐蚀性能得到加强,同时提高了钢制品的装饰效果。传统的化学抛光是将钢制品在三酸(磷酸—硫酸—硝酸)溶液中浸蚀。由于该抛光方法存在严重的氮氧化合物(NOx)大气污染而日益受到关注,象“黄烟”一样的NOx气体严重破坏环境、危害人们的身体健康。 论文确定开发以磷酸—硫酸为基液的该型化学抛光新技术,实现NOx的零排放且克服以往类似技术存在的质量缺陷。该技术的关键是在基液中添加一些具有特殊作用的化合物来替代硝酸。为此首先需要对模具钢的传统三酸化学抛光过程进行分析,尤其重点研究硝酸的作用。 硝酸在模具钢化学抛光中的主要作用是抑制点腐蚀,提高抛光亮度。结合在单纯磷酸—硫酸中的化学抛光试验,认为在磷酸—硫酸中添加的特殊物质应能够抑制点腐蚀、减缓全面腐蚀,同时必须具有较好的整平和光亮效果。研究发现,某些氧化剂、大分子有机化合物、表面活性剂和重金属盐类的加入有利于提高化学抛光质量。用正交试验的方法对上述各物质及其协同作用进行分析,并最终确定了合适的复合添加成分。当在磷酸—硫酸基液中加入该复合添加成分后,模具钢的抛光质量显著提高,其抛光亮度可以达到甚至超过传统的三酸化学抛光,亦不存在点蚀问题。困扰无黄烟化学抛光的两个主要问题都得到了妥善解决。 抛光工艺条件也是影响抛光质量的一个重要因素,因此试验中还对抛光温度、时间等工艺条件进行了优化,使该化学抛光技术更加可靠,抛光质量更加稳定。为了今后更好地完善、发展该抛光技术,论文研究中还首次用描电镜对采用添加物的化学抛光全过程进行了观察,认为添加的复合成分具有良好的整平效果,且表面整平和光亮化是同时发生的。 用电化学方法对该化学抛光机理进行的探索性研究发现,解释化学抛光机理的粘膜理论、钝化理论也同样适用于“磷酸+硫酸+添加物”的无黄烟化学抛光:但大分子有机化合物在模具钢表面的吸附是消除点腐蚀、获得高度平整表面的关键,这也是和三酸化学抛光机理的主要不同点。 最后论文还对模具钢化学抛光后的表面粗糙度变化,以及表面质量特性做了定性的描述 该化学抛光技术不存在NOx大气污染和点腐蚀问题,抛光亮度达到甚至超过传统化学抛光,是一种很有发展前途的环保型抛光技术。也可以很好的改善材料表面的物理和力学性能。


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