tangming 发表于 2011-4-14 21:29 
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） （1） 电化学除油液：NaOH 30 g/dm3、Na2CO3 30 g/dm3、Na2PO4·10H2O 30 g/dm3、Na2SiO3·9H2O 4 g/dm3。 （2） 抛光液（质量百分比浓度）：H2SO4 10％，H3PO4 65％，CrO3 15％，H2O余量。 （3） 后处理浸泡液：3％的Na2CO3溶液。 说明： （1） 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。 （2） 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。 （3） 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 将抛光好的钢片用去离子水冲洗干净，放入3％Na2CO3溶液浸泡5 min，然后再冲洗、擦干，交实验指导老师评定质量等级。 4．测评抛光质量 有条件的情况下可采用电动轮廓仪检测表面粗糙度。一般可由教师直接根据表面光洁程度评出等级。 五 预习要点 1．了解不锈钢电解抛光液的主要成分及其在抛光过程中所起的主要作用。 2．明确不锈钢电化学除油和电解抛光的工艺条件：阴阳极板材料、极板间距、温度、阳极电流密度、时间等。 六 思考题 1．能否用盐酸或硝酸作为钢铁电解抛光液的主要成分？为什么？ 2．工件的预处理对电解抛光质量有何影响？在具体操作过程中应注意哪些问题？为何采用3％Na2CO3溶液作为后处理浸泡液？ 3．观察本实验电解抛光后的不锈钢片，往往可以发现其正反两面的光洁度有一定差别，这是什么原因引起的？采取什么措施能够尽量减少这一差别？ 4．为什么电解抛光处理可以提高金属材料的防腐蚀性能？
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发表于 2012-8-19 20:09
