ステンレス鋼鏡面研磨：プロセス、方法、および要件
1.研磨 ステンレス鋼溶接部の研磨の主な目的は、 溶接痕をなくし、光沢浸漬の準備として、 被加工物の表面粗さをR10umにすることであ る。
ステンレス・スチールがどのようにして鏡のような完璧な仕上げになるのか、不思議に思ったことはありませんか？電解研磨がその秘密です。このプロセスは、電気化学浴を使用して表面物質を除去し、平滑性と耐食性を向上させます。この記事では、電解研磨の背後にある科学、このプロセスに最適な条件、そして細心の注意を払って維持する方法について説明します。酸の濃度と電流密度を正確に調整することで、どのように完璧な結果が得られるかを学びます。ステンレスの輝く外観と長持ちする耐久性を保証する複雑な詳細を理解する準備をしましょう。
1.電解は、研磨加工物を陽極、不溶性金属を陰極として利用する。両者を電気化学浴に浸し、直流電流を流すと、選択的陽極溶解が起こり、ステンレス鋼の表面に非常に滑らかで光沢のある外観が得られる。
2.電解作用により、ステンレスの内側と外側の色が一定になり、きれいで明るく、光沢が持続します。表面に粘性のある薄膜を形成し、耐食性を高めます。
ステンレスの表面にリン酸塩の保護膜を形成し、過度の腐食を防ぎます。最適濃度は約750mL/L。
(1)濃度が高すぎると、浴の電気抵抗が大きくなり、粘度が上昇して必要電圧が高くなり、レベリングが遅くなる。
(2) 濃度が低すぎると、活性化傾向が高く不動態化傾向が低いため、ステンレス鋼表面に不均一な腐食が生じる。
活性剤として、溶液の導電性を向上させ、抵抗を減少させるため、浴電圧を下げ、エネルギーを節約し、分散容量とアノード電流効率を向上させる。最適濃度は180~210mL/Lである。
(1) 濃度が高すぎると、表面が過度に腐食され、均一で緻密な孔食が発生することがある。
(2)濃度が低すぎると、激しい不均一腐食につながる。
強力な酸化剤であり、表面に不動態化皮膜を形成して腐食を防止し、より滑らかな表面の形成に寄与する。最適濃度は50~60g/L。
(1)無水クロム酸の濃度が低すぎると、明るい表面を得るのが難しくなる。
(2)濃度が高すぎると、高電流下で沈降が起こり、電流効率が低下し、研磨面に孔食などの過腐食が発生する可能性がある。
腐食抑制に重要な役割を果たす。リン酸と反応して錯体や金属誘導体を形成し、研磨面を非常に明るく繊細にする。また、グリセロールは電解液中でのステンレス鋼の化学腐食を防止します。
(1)濃度が低すぎると、研磨面が明るいにもかかわらず、腐食によってザラザラしてしまう。
(2)濃度が高いほど、粗さを克服することができ、明るく繊細な研磨面が得られる。
(3)濃度が高すぎると、過剰な泡が発生し、作業への影響や材料の無駄が生じる可能性がある。
(1)サッカリンは、カソードプロセスに関与すると、金属表面に吸着し、研磨表面の輝きと光沢に寄与することができる。
(2) 陽極プロセスでは、サッカリンは陽極表面に吸着皮膜を形成し、無電流時には電解液の浸食からステンレス鋼表面を保護する。通電すると、電線はまず盛り上がった部分の隔離膜を破って溶解を開始し、凹んだ部分は効果的に保護され、その結果、滑らかで光沢のある表面が選択的に溶解される。
(1) 低電流密度では、金属は活性化状態にあり、研磨面は浸食される。陽極溶解生成物はごくわずかで、電気化学的溶解よりも化学的溶解が支配的となり、平滑性が悪くなる。
(2) 電流密度が適切な値を超えると、激しい酸素発生が起こり、金属表面の過熱と過腐食を引き起こし、不規則な溶解と電気エネルギー消費の増加につながる。
適度な温度上昇は、レベリングプロセスを加速し、電流効率を向上させ、表面の平滑性と輝度を高めることができる。
(1) 温度が低すぎると電解液の粘度が高くなり、アノード溶解生成物が金属表面から電解液に拡散してアノードに補充されにくくなる。
(2)温度が高すぎると溶解金属量が増加し、タンク内で蒸気やガスが発生して電解液が金属表面から置換され、逆説的に金属溶解速度が遅くなる。電解液付近の粘度が低下すると、溶解生成物の拡散が促進され、溶解速度が加速され、表面の平滑性に影響を与える。
溶液は、体積含量[%(V)]またはmL/Lと質量含量[%(wt)]またはg/Lの式に従って調製する必要があり、投与量の計算が異なる。
タンクの液量を1000Lとすると、投与量の計算と調製手順は以下のようになる。
a.リン酸の投与量：XmL/L×1000L=XL.測定し、タンクにリン酸XLを加える。
b.硫酸の投与量：XmL/L×1000L=XL。硫酸XLを計量し、攪拌しながらリン酸に徐々に加える。
c.水の投与量：XmL/L×1000L=XL。別の容器に入れる。
d.無水クロム酸の投与量：XmL/L×1000L=XL。秤量した無水クロム酸を水に加え、クロム酸溶液になるまで撹拌する。
e.均一になるまで攪拌しながら、リン酸-硫酸溶液にクロム酸溶液を徐々に加える。溶液は黄色になる。
f.(1) ゼラチンの投与量Xg/L×1000L=Xkg とする。秤量したゼラチンを湯の中で均一になるまで撹拌し、リン酸-硫酸溶液に少しずつゆっくり加える。すると強い還元反応が始まり、電解液が黄緑色に変化する。
(2) 撹拌しながら、計算された量のグリセリンを徐々にタンクに加える。これも強い還元反応が始まり、余分な泡が発生する。泡で溶液が溢れないよう、グリセリンを加えるときは特に注意する。また、溶液は黄緑色に変色する。そのまま冷ます。
a.リン酸密度d1=1.7g/mL、硫酸密度d2=1.8g/mLと仮定して、使用するリン酸と硫酸の比重を測定する。
b.次に、各酸の相対密度の化学データ表から、酸溶液100g中のリン酸含有量P1=86.25g、硫酸含有量P2=88gであることがわかる。
c.リン酸V1と硫酸V2の必要量を計算する。
V=xdo×1000/pd (L)
ここで、xは式中の酸の質量百分率、doは溶液密度、平均値=1.65g/mLとする。
d.水量＝1000-V1-V2
e.無水クロム酸の投与量。
無水クロムは固体酸なので、必要な質量はxd0×1000/100（Kg）の式で計算される。
f.計算した量の無水クロム酸を必要な水に加え、溶けるまで撹拌する。
g.計算量のリン酸を無水クロム酸溶液に加え、均一になるまで撹拌する。
h.攪拌しながら、ステップgの溶液に計算量の硫酸を徐々に加える。
調製した溶液が室温まで冷めたら、比重計で相対密度を測定する。
1.相対密度が1.7を超える場合は、電解液に適量の水を加え、相対密度が1.6～1.7の範囲になるまで希釈する。
2.相対密度が1.6～1.7以内であっても電解液の量が不足している場合は、不足量に応じてリン酸、硫酸、無水クロム酸を必要量補充する。
3.相対密度が1.6未満で、体積がすでに十分かわずかに超えている場合は、電解液を80℃に加熱し、相対密度が1.6～1.7の範囲になるまで水分を蒸発させる。
4.電解処理：陰極に鉛板、陽極にステンレス板を吊るす。 鋼板 を陽極に塗布する。温度70～80℃で、電流密度60～80A/dm²を40Ah/Lで計算した時間流す。
その後、試作を開始する。ワークの表面に孔食が発生したり、表面の光沢が十分でない場合は、無水クロム酸、ゼラチン、グリセリンなどを添加すると、電解液中の六価クロムや三価クロムの含有量を必要なレベルまで速やかに高めることができる。
電解処理によって電解液がわずかに緑色になることがあるが、これは電解液中にニッケルイオンとクロムイオンが一定量溶け込んだことを示すもので、試作に成功した。
1.ステンレス鋼は、油による浴の汚染を防ぐため、電解前に十分に脱脂しなければならない。
2.溶液の相対密度は、使用中に定期的に測定し、速やかに調整しなければならない。
3.鉄、クロム、ニッケル金属 ステンレス製エレメント 電解の過程で電解液中に溶解する。ある程度まで蓄積すると、溶液の粘度や抵抗が増し、ステンレス鋼の表面に光沢がなくなる。
2つの方法から選ぶことができる：
4.陰極リード板の洗浄：電解中、カソードリードプレート表面には鉄やニッケルなどの不純物が厚く堆積し、カソード表面の導電性を妨げ、電流を減少させる。これは陽極の電流密度を妨げ、電解の質に深刻な影響を与える。回路の流動性を維持するためには、これらの堆積物を適時に除去することが極めて重要である。
5.陰極と陽極の面積比：3価クロムの増加を抑制するため、陰極面積を陽極面積の1/2～1/3.5に維持する。過剰な3価クロムは陽極表面で6価クロムに酸化される。3価クロムが過剰になると電解液の老化につながる。
6.電極間隔：
7.タンク出入時の電源切断：ワークをタンクに入れたり、タンクから出したりするときは、電源を切ること。電気火花が発生し、電気分解を起こし、タンク表面に集合した水素と酸素の混合ガスに引火する可能性があるため、電気を使用した冶具の搬入・搬出は行わないこと。
8.適切な陽極電流密度の制御：アノード電流密度は金属の溶解に比例する。適切なアノード電流密度を選択し、一定のアノード電位範囲内で制御することは、良好な電解品質を得るために不可欠である。
9.バス温度のコントロール：
10.六価クロムと三価クロムの最適比率：製造工程中、溶液は黄緑色を維持すること。
(1) 化学的活性化法を用いて、電解前にステンレス鋼をマイルドにエッチングし、不動態皮膜を除去して金属表面を活性化する。
マイルド・エッチング後は、空気中に長時間放置せず、直ちに洗浄、乾燥し、電解に移す。
マイルドエッチングプロセス：硫酸3%～5% 温度：室温 時間0.5～1分
(2) 電解液の成分と使用条件
主な原因は、電流密度の不均一な分布である。この不均一な分布には、以下のようないくつかの要因がある：
1.治具構造に起因する電流密度の不均一。ワークピースとのバランスのとれた均一な接触を確保するために、フィクスチャーの構造を修正することが有効です。理想的には、治具の品質を確保しつつ、治具と被加工物の接触面積を増やすことである。
2.電解研磨液の比重が低下したり、最大値を超えたりする。必要な比重範囲を超えると、ワーク表面にポックマークが発生しやすくなります。電解液の最適比重は1.72です。
3.高温は電解液の導電性を高め、被加工物の表面光沢を向上させることができる。しかし、電流密度分布が不均一になり、ポックマークが発生することもある。
4.再加工された部品は、2回目の電解研磨中にポックマークが発生する傾向があります。これを防ぐには、2回目の研磨の時間と電流を減らす必要があります。
5.ガス抜けが不十分なのは、主にワークに対する固定具の角度が不適切なためである。ワークの穴の方向を上向きにし、電解研磨中にガスが逃げやすいように固定具の角度を調整する必要がある。
6.電解研磨の時間が長くなると、過腐食によるポックマークが発生することがあります。電解研磨は微細なレベリング工程です。被研磨物の表面が顕微鏡レベルの輝度と平滑度に達すると、部品表面の酸化は止まります。電解が続くと過腐食が起こり、ポックマークが発生します。
7.高電流は腐食斑の原因となります。電解研磨時の通電電流が大きすぎると、部品表面の溶解速度が酸化速度を上回り、過度の腐食や腐食斑が発生します。
この欠陥はいくつかの要因によって引き起こされる：
1.電解琢磨の前に部品が固定具の中で適切に位置決めされていないと、工程中に部品が緩んでぐらつくことがあります。この緩みは、固定具との接触不良や固定具の陰極との直接接触につながり、短絡やその後の火傷を引き起こす可能性があります。
2.部品を取り付けた後、作業者が治具の短絡テストを行わず、直接電解研磨に進むと、短絡が発生する可能性があります。テストを行わないと、取り付けられた部品が陰極に接触しているかどうか不明です。接触が起これば、部品が燃える可能性があります。
3.フィクスチャーの問題は、特にフィクスチャーが直接パーツに接触する場所で、長期間の使用後に発生する可能性があります。治具の接触点が不均一になると、帯電中に部品の接触面が負担する電流密度が変化し、電流密度の高い部分で火傷を起こす可能性があります。
1.表面の美白： 部品表面の白化の主な原因は、その後の作業、特にオーブンでの焼成工程にある。オーブン内の温度が高すぎて、空気中や部品表面に付着した水分を効果的に排出できない場合に発生する。これを緩和するためには、オーブンの温度を80±2℃程度にコントロールし、ガス循環の良いオーブンを使用するのがベストである。
2.表面の黒ずみ： この好ましくない現象は、主に部品が固定具と接触する場所で発生し、主に固定具自体に起因する。前の部品が電解研磨を終えたら、その部品を10%希硝酸中で固定具から取り外す必要がある。部品を取り外した後、次の部品に移る前に、固定具を水で完全に洗浄しなければなりません。
3.表面の黄変： この問題は、主に部品が治具と接触する部分に現れます。部品と固定具の陽極の接触面積が比較的小さい場合、電解研磨中に接触点が高温と熱を発生する可能性があります。接触部は冷却のために電解液と接触していないため、わずかな火傷が発生し、黄変が生じることがあります。この問題を解決するには、主に固定具の接触点を合理的に改善するか、電解研磨パラメーターを調整する必要があります。
このような跡がつくのは、電解加工に必要な電流が大きく、ハンガーが通せる最大電流を超えるためである。解決策は以下の通り：
1.ハンガーの導電性の良い素材を選ぶこと：
一般的に、銅の導電率は銅の導電率の20倍以上である。 チタン銅製ハンガーはチタン製ハンガーよりも導電性が強く、跡がつきにくい。リン青銅は弾力性と硬度に優れているため、使用することができる。ただし、ハンガーの寿命や、チタンが得意とする耐腐食性も考慮する必要があります。
2.ハンガーポイントの数を増やす：
まず、電解後のハンガーポイントの状態を判断する。現在の条件下で軽微な跡がつくだけであれば、ハンガーポイントの数を増やせば問題が解決するかもしれない。
3.電圧を適切に下げる：
電圧が高いと発光プロセスが速くなるため、電解時間が短縮され、生産効率が向上する。そのため、工場では通常よりやや高めの電圧で操業するのが一般的だ。しかし、調整した電圧が高すぎると、ハンガーワイヤーの最大負荷を超え、跡がつく恐れがある。
4.電解液の温度を下げるか制御する：
電解液の温度が高くなると、ハンガーの導電性が著しく低下し、被加工物が必要とする電流が急激に増加する。そのため、ハンガーに過負荷がかかり、痕がつくことがある。この場合、電解液の温度を下げれば問題は解決する。温度が80度を超えてマークができる場合は、電解槽の周囲に冷却トラフを作り、循環水で電解液を連続的に冷却することができる。
| 研磨不良 | 理由 | 解決策 |
| 表面にシミや小さな斑点がある。 | 表面にオイルマークや錆がある。 | 油と錆を取り除くために徹底的に洗浄する。 |
| ワークのエッジや先端の過腐食 | 過電流、高温、または長時間の使用 | 対応するパラメーターを調整する。 |
| ワーク表面に白い筋 | 高濃度電解質溶液 | 密度が1.72になるように水で希釈する。 |
| 同一スロットからのワークの品質が可変 | ワークが多すぎるか、相互干渉がある | ワークピースの数を減らすか、フィクスチャーを修正する。 |
| 電解液の表面に泡が多い。 | 不潔なワークピース | ワークピースが完全に洗浄されていることを確認する。 |
| 白い斑点のあるくすんだ表面 | 高無水クロム酸含有 | 環境に優しい電解液の使用を検討する |
| 法外な電気代 | 高電流密度 | 環境に優しい電解液の使用を検討する |
| 電解中に観察されるスパーク | フィクスチャーとワークの接触不良 | フィクスチャーを変更し、コンタクトポイントを増やす。 |
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