新型环保不锈钢化学抛光液的研制

《装备制造技术｝２ｏ１３年第１２期　

新型环保不锈钢化学抛光液的研制　

沈林新　

（广西柳工机械股份有限公司，广西柳州５４５００７）　

摘要：传统不锈钢抛光工艺配方多含有铬酸、氢氟酸等毒害较大的物质，针对传统不锈钢化学抛光剂的缺点，研制出　

了一种高性能环保不锈钢化学抛光剂配方。通过试验，得出了该配方的最佳工艺参数，并对影响抛光效果的因素进行了　

分析。经实践证明，经该工艺抛光后的样件表面可达到电抛光的光亮效果。　

关键词：不锈钢；化学抛光剂；环保　

中图分类号：ＴＧ１７５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１３）１２—０１８５＿ｏ４　

工厂现有的电化学抛光工艺由于能耗高的原因　

导致无法进行大批量生产，同时伴随着产品的外观复　

杂化，电化学抛光为带盲孔的零件进行抛光处理时，　

由于内孔表面为低电流密度区，无法在其内表面取得　

满意的抛光效果，但化学抛光却可以解决能耗问题以　

及零件内外表面抛光的一致性问题。不锈钢属于较难　

抛光的金属，平时经常用到的抛光方法有机械抛光、　

化学抛光和电化学抛光。机械抛光一般污染较大，对　

工作人员数量要求较多，电解抛光虽然效果不错，但　

需要制作特殊夹具，对于形状复杂的零件，由于电力　

线分布不均匀，容易出现内外抛光效果不同（阴阳　

面），受电力线影响较大【　１，而且能耗较高，若不用带污　

染性抛光液成份，如铬酐，抛光效果往往比较差。　

所以，针对不锈钢的抛光特点，急需找到一种环　

保高效的化学抛光液，本文就无铬酐型化学抛光体　

系进行研究，以获得不锈钢化学抛光的最佳配方。　

●　

１试验及讨论　

本次试验的材料为：奥氏体不锈钢（１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ）。　

规格：２５　ｍｍ　ｘ　８０　ｍｍ×１　ｍｍ。　

用目测法对不锈钢试样表面光亮度进行评定，　

通过参考不锈钢及低碳钢的抛光工艺　，经过大量　

试验，初步确定化学抛光及成分含量为：氟化氢铵　

（ＮＨ　ＨＦ　）１２　ｇ／Ｌ，硝酸（ＨＮＯ３）６０　ｍＬ／Ｌ，磷酸（Ｈ，Ｐ０４）　

１１０　ｍＬ／Ｌ，盐酸（ＨＣＩ）１３０　ｍ【／Ｌ，氯化钠（ＮａＣ１）１５　ｇ／Ｌ，　

双氧水（Ｈ２０２）６０　ｍＬ／Ｌ。　

１．１溶液组成对抛光质量的影响　

（１）氟化氢铵　氟化氢铵对抛光质量的影响很大，如果没有氟　

化氢铵，则不会有光亮的抛光表面。氟化氢铵主要是　

对Ｆｅ　二价铁离子进行配位，使其成为配位离子而　

大量溶解（在Ｈ　０　存在下）［６］：　

６Ｆ一＋Ｆｅ　＝［ＦｅＦ６］　一＋ｅ　

按照化学抛光工艺参数，以不同浓度的氟化氢　

铵做抛光试验，得出氟化氢铵含量对抛光质量的影　

响，如表１和图１所示。　

表１　氟化氢铵对抛光质量的影响　

ｐＮＩ４ｔＨＦ：／（ｇ／Ｌ）　抛光表面质量　抛光时间（ｍｉｎ）　

４　白色氧化膜，无光亮度　１５　

６　略有光亮，看不清轮廓　１２　

８　略有光亮，看不清轮廓　１０．５　

１０　光亮度较好，能看出轮廓　９　

】２　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７．５　

１４　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７　

ｌ６　光亮，但表面出现过腐蚀现象　５．５　

４５　

ｐＮＨ４ＨＦＪ（ｇ／Ｌ）　

图１　ＮＨ　ＨＦ　浓度对抛光质量的影响　

由表１和图ｌ可以看出，当氟化氢铵含量过低　

时，抛光时间大于１５分钟后抛光效果不变；当含量大　

于１４　ｇ／Ｌ时，抛光效果降低；继续增加氟化氢铵含量　

到１６　ｇ／Ｌ抛光５．５　ｍｉｎ后甚至出现基体过腐蚀现象。　

综合考虑，决定取氟化氢铵浓度为１３　ｇ／Ｌ为适宜值。　

（２）硝酸　

硝酸具有强氧化性，在抛光液中作为氧化剂，决　

定金属表面氧化膜的生成速率。按照化学抛光工艺　

收稿日期：２０１３—０９—０６　作者简介：沈林新（１９７９一），男，广西柳州人，助理工程师，本科学历，主要从事涂装及表面处理工作。　

１８５　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．１２，２０１３　

参数，以不同浓度的硝酸做抛光试验，得出硝酸含量　

对抛光质量的影响，如表２和图２所示。　

表２硝酸对抛光质量的影响　

ｐＨＮＯｄ（ｍＵＬ）　抛光表面质量　抛光时间（ｍｉｎ）　

２０　灰白色氧化膜，无光亮度　２０　

４０　白色氧化膜，无光亮度　２０　

６Ｏ　光亮度较好，能看出轮廓　１５　

８０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　１０　

１Ｏ０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　８　

ｌ２Ｏ　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７．５　

ｌ４０　白亮，但表面出现过腐蚀现象　４　

５　

图２　Ｉ－ＩＮＯ。浓度对抛光质量的影响　

由表２和图２可以看出，当硝酸含量过低时，氧　

化性不够，抛光时间大于２０分钟仍然得不到满意的　

抛光效果；当含量大于１２０　ｍＩＪ／Ｌ时，抛光效果下降；继　

续增加硝酸含量到１４０　ｍＬ／Ｌ，抛光速度较快，但是抛　

光４　ｍｉｎ后基体出现过腐蚀现象。综合考虑抛光时间、　

经济成本及抛光液寿命，决定取硝酸浓度为９Ｏ　ｍＬ，Ｌ　

时为适宜值。　

（３）磷酸　

磷酸是一种中强酸，主要起整平和光亮作用。按　

照化学抛光工艺参数，以不同浓度的磷酸做抛光试　

验，得出磷酸含量对抛光质量的影响，如表３和图３　

所示。　

表３磷酸对抛光质量的影响　

ｐＨ￣ＰＯ４＇（ｍＵＬ）　抛光表面质量　抛光时间（ｒａｉｎ）　

８０　白色氧化膜，无光亮度　ｌ５　

９０　白色氧化膜，光亮度提高　１５　

１００　略有光亮，看不清轮廓　１ｌ　

ｌ１０　光亮度较好，能看出轮廓　１０　

１２Ｏ　表面光亮，较清晰的看出轮廓　９　

１３０　表面光亮减弱，较清晰的看出轮廓　８　

１４０　表面出现过腐蚀现象　６　

ｉ　

ｐＨ３ＰＯＪ（ｍＬ／Ｌ）　

图３　Ｈ。ＰＯ　浓度对抛光质量的影响　

由表３和图３可以看出，当磷酸含量过低时，光　

亮作用不大，抛光时间大于１５分钟仍然得不到满意的　

抛光效果；当含量大于１２０　ｍＩ几时，抛光效果下降；继　

续增加磷酸含量到１４０　ｍＬ／Ｌ，抛光６　ｍｉｎ后基体出现　

过腐蚀现象。因此，决定取磷酸浓度为１２０　ｍＩＪ／Ｌ时为　

１８６　适宜值。　

（４）盐酸　

盐酸主要起溶解作用，其具有选择性的溶解铁　

而让基体显出富铬层，抛光液中没有盐酸，则铁将不　

能充分溶解，从而导致零件灰白，无光泽性表面，浓　

度过高，会使溶解腐蚀过程加剧，抛光性能降低。　

按照化学抛光工艺参数，以不同浓度的盐酸做　

抛光试验，得出盐酸含量对抛光质量的影响，如表４　

和图４所示。　

表４盐酸对抛光质量的影响　

ｐＨＣＩ／（ｍ【儿）　抛光表面质量　抛光时间（ｍｉｎ）　

ｌｏｏ　灰白色氧化膜，无光亮度　１２　

ｌｌＯ　白色氧化膜，无光亮度　１２　

１２Ｏ　略有光亮，看不清轮廓　１２　

ｌ３０　光亮度较好，能看出轮廓　９　

１４０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７　

１５０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　５　

１６０　表面出现轻微腐蚀现象　４．５　

ｉ　

表５氯化钠对抛光质量的影响　

ｐＮａＣｌ／（ｇ／Ｌ）　抛光表面质量　抛光时间（ｒａｉｎ）　

５　略有光亮，看不清轮廓　ｌＯ　

１０　光亮度较好，能看出轮廓　１０　

１５　表面光亮，较清晰的看出轮廓　６　

２０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　６　

２５　表面光亮，较清晰的看出轮廓　６　

３０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　６　

３５　表面光亮，较清晰的看出轮廓　

６　《装备制造技术））２０１３年第１２期　

舞ｉ　

ｐ　ＮａＣｌ／（ｇ，Ｌ）　图５　ＮａＣＩ浓度对抛光质量的影响　

从表５和图５可以看出：当氯化钠的浓度为　

（１５—３５）ｇ／Ｌ时，氧化膜的生成与溶解形成动态平衡，　

此时能得到满意的抛光效果；继续增加氯化钠的浓　

度光亮度也不再变化。当浓度为５　ｇ／Ｌ时，抛光时间　

大于１０分钟后抛光效果不变，当浓度大于２０　ｇ／Ｌ　

时，达到光亮表面所需要的时间不会继续减少，考虑　

抛光成本，决定取氯化钠浓度２０　ｇ／Ｌ为适合值。　

（６）双氧水　

双氧水是强氧化性的弱酸，在水中可以游离出　

Ｈ＋，双氧水与氟化氢铵共同作用的结果是使抛光效　

果变好。按照化学抛光工艺参数，以不同浓度的双氧　

水做抛光试验，得出双氧水含量对抛光质量的影响，　

如表６和图６所示。　

表６　双氧水对抛光质量的影响　

ｐＨ２ＯＪ（ｍｌＪＬ）　抛光表面质量　抛光时间（ｍｉｎ）　

１０　表面略呈灰色　１５　

２０　白色膜层，无光亮度　１５　

４０　略有光亮，看不清轮廓　１２　

６０　光亮度较好，能看出轮廓　１０　

８０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７　

１０ｏ　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７　

１２０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　６　

ｉ　

１０　２０　４０　６ｕ　８０　ｌＯ０　１２０　ｐＨ２ＯＪ（ｍｌｆＬ）　

图６　Ｈ２０　浓度对抛光质量的影响　

从表６和图６可以看出：当双氧水含量过低时，　

抛光液对基体中的碳组分溶解不充分，使零件发黑；　

随着双氧水含量的增加，当大于８０　ｍ叽时，抛光效　

果较好，但考虑到成本和时间，决定取双氧水浓度为　

８５　ｍＬ／Ｌ为适宜值。　

１．２复合添加剂　

不锈钢化学抛光速度的高低和抛光效果与使用　

不同的表面活性剂有着密切的关系。表面活性剂不　

但可以在工件表面产生吸附粘膜，增强工件与溶液　

的浸润效果，而且还起到缓蚀、增光和消泡等作用，　

可以使反应平稳地进行。　

本试验的复合添加剂由六次甲基四胺（ＡＰ）４　ｇ／Ｌ、　

聚乙二醇（ＡＰ）１０　ｇ／Ｌ、尿素（ＡＰ）１０　ｇ／Ｌ、磺基水杨酸　

（ＡＰ）５　ｇ，Ｌ、０Ｐ乳化剂（ＡＰ）４　ｇ／Ｌ组成。该五种物质组　成的添加剂起到增粘、缓蚀、光亮和消泡的活性剂作　

用，其含量的影响，如表７和图７所示。　

表７　复合添加剂对抛光质量的影响　

ｐＨ２０２／（ｍＬ／Ｌ）　抛光表面质量　抛光时间（ｍｉｎ）　

５　略有光亮，看不清轮廓　１２　

１０　略有光亮，看不清轮廓　ｌＯ　

ｌ５　光亮度较好，能看出轮廓　９　

２０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　８　

２５　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７．５　

３０　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７．５　

３５　表面光亮，较清晰的看出轮廓　７．５　

ｉ　

２　工艺条件对抛光质量的影响　

２．１温度　

抛光温度对抛光整平速率和光亮度有明显影　

响。温度升高，电抛光溶液的粘度降低，有利于基体　

表面滞留气泡的脱附，抛光整平速度提高，但是过高　

的温度会使双氧水分解，影响抛光质量效果。温度对　

抛光质量的影响，如表８和图８所示。　

ｉ　表８　温度对抛光质量的影响　

抛光表面质量　温度（℃）　

略有光亮，看不清轮廓　２５　

光亮度较好，能看出轮廓　３０　

光亮度较好，能看出轮廓　３５　

表面光亮，较清晰的看出轮廓　４０　

表面光亮，较清晰的看出轮廓　４５　

表面光亮，较清晰的看出轮廓　５０　

表面光亮，较清晰的看出轮廓　５５　

光亮度较好，能看出轮廓　６０　

２５　３０　３５　４０　４５　５０　５５　６０　温度（℃）　

图８温度对抛光质量的影响　

２．２时间　

当ｔ＜５　ｍｉｎ时，抛光效果不明显；当ｔ≥１４　ｍｉｎ　

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