스테인리스 스틸 전해 연마: 설명

I. 작동 원리

1. 전기분해는 연마 공작물을 양극으로, 불용성 금속을 음극으로 사용합니다. 둘을 전기 화학 용액에 담그고 직류 전류를 가하면 선택적 양극 용해가 일어나 스테인리스 스틸 표면이 매우 매끄럽고 광택이 나게 됩니다.

2. 전해 작용으로 스테인리스 스틸은 내부와 외부의 색상이 일정하고 깨끗하고 밝으며 광택이 오래 지속됩니다. 표면에 점성이 있는 박막을 형성하여 내식성을 향상시킵니다.

II. 전해액의 구성 및 공정 조건

1. 인산:

스테인리스 스틸 표면을 녹이고 인산염 보호막을 형성하여 과도한 부식을 방지합니다. 최적의 농도는 약 750mL/L입니다.

(1) 농도가 너무 높으면 수조의 전기 저항이 증가하고 점도가 상승하여 필요한 전압이 높아지고 레벨링이 느려집니다.

(2) 농도가 너무 낮으면 활성화가 높아지고 부동태화 경향이 낮아져 스테인리스 스틸 표면에 고르지 않은 부식이 발생합니다.

2. 황산:

활성제로서 용액의 전도도를 향상시키고 저항을 감소시켜 수조 전압을 낮추고 에너지를 절약하며 분산 용량과 양극 전류 효율을 향상시킵니다. 최적의 농도는 180~210mL/L입니다.

(1) 농도가 너무 높으면 표면이 과도하게 부식되어 균일하고 촘촘한 구멍이 생길 수 있습니다.

(2) 농도가 너무 낮으면 부식이 심하게 고르지 않게 됩니다.

3. 무수 크로믹:

강력한 산화제로 표면에 패시베이션 막을 형성하여 부식을 방지하고 표면을 더 매끄럽게 만듭니다. 최적의 농도는 50~60g/L입니다.

(1) 무수크롬화크롬 농도가 너무 낮으면 밝은 표면을 구현하기가 어렵습니다.

(2) 농도가 너무 높으면 고전류에서 침전물이 발생하여 전류 효율이 떨어지고 연마 표면에 피팅 및 기타 형태의 과부식이 발생할 수 있습니다.

4. 글리세롤(글리세린):

부식 억제에 중요한 역할을 합니다. 인산과 반응하여 복합체 및 금속 유도체를 형성하여 연마된 표면을 매우 밝고 섬세하게 만듭니다. 글리세롤은 또한 전해질에서 스테인리스 스틸의 화학적 부식을 방지합니다.

(1) 농도가 너무 낮으면 표면이 밝게 연마되어도 부식으로 인해 표면이 거칠어질 수 있습니다.

(2) 농도가 높을수록 거칠기를 극복하여 밝고 섬세한 광택 표면을 만들 수 있습니다.

(3) 농도가 너무 높으면 거품이 과도하게 생성되어 작업에 영향을 미치고 재료가 낭비될 수 있습니다.

5. 사카린: 밝기를 향상시킵니다.

(1) 사카린은 음극 공정에 관여할 때 금속 표면에 흡착되어 연마 표면의 밝기와 광택에 기여할 수 있습니다.

(2) 양극 공정에서 사카린은 양극 표면에 흡착 필름을 형성하여 전류가 없을 때 전해질 침식으로부터 스테인리스 스틸 표면을 보호합니다. 전원이 인가되면 전기선이 먼저 돌출된 부분의 절연막을 뚫고 용해를 시작하고, 오목한 부분은 효과적으로 보호되어 선택적으로 용해되어 표면이 매끄럽고 광택이 나게 됩니다.

6. 전류 밀도:

(1) 낮은 전류 밀도에서는 금속이 활성화된 상태에 있으며 연마된 표면이 침식됩니다. 양극 용해 생성물이 최소화되고 전기 화학적 용해보다 화학적 용해가 우세하여 매끄러움이 떨어집니다.

(2) 전류 밀도가 적정 값을 초과하면 강렬한 산소 발생이 발생하여 금속 표면에 과열 및 과부식이 발생하여 불규칙한 용해 및 전기 에너지 소비 증가로 이어집니다.

7. 온도:

온도가 적당히 상승하면 레벨링 프로세스가 가속화되고 전류 효율이 향상되어 표면의 매끄러움과 밝기가 향상될 수 있습니다.

(1) 온도가 너무 낮으면 전해질의 점도가 높아져 양극 용해 생성물이 금속 표면에서 전해질로 확산되어 양극을 보충하는 것이 더 어려워집니다.

(2) 온도가 너무 높으면 용해된 금속의 양이 증가하여 금속 표면에서 전해질을 대체하는 증기와 가스가 탱크에 생성되어 역설적으로 금속 용해 속도가 느려집니다. 전해질 근처의 점도가 낮아지면 용해 생성물의 확산이 가속화되어 용해 속도가 빨라지고 표면 매끄러움에 영향을 미칩니다.

III. 전해질 용액 준비

용액은 공식의 부피 함량 [%(V)] 또는 mL/L 및 질량 함량 [%(wt)] 또는 g/L에 따라 준비해야 하며, 이는 용량 계산에 따라 달라질 수 있습니다.

1. 볼륨 콘텐츠

 탱크 액체 용량이 1000L라고 가정할 때, 용량 계산 및 준비 단계는 다음과 같습니다.

a. 인산 복용량: XmL/L×1000L=XL. 인산 XL을 측정하여 탱크에 추가합니다.

b. 황산 복용량: XmL/L×1000L=XL. 인산에 황산 XL을 측정하고 저으면서 서서히 첨가합니다.

c. 물 복용량: XmL/L×1000L=XL. 별도의 용기에 넣으세요.

d. 무수 크로믹 복용량: XmL/L×1000L=XL. 계량한 무수크롬화크롬을 물에 넣고 크롬산 용액에 녹을 때까지 저어줍니다.

e. 균일해질 때까지 저으면서 인산-황산 용액에 크롬산 용액을 서서히 첨가합니다. 용액이 노란색으로 나타납니다.

f. (1) 젤라틴 복용량: Xg/L×1000L=Xkg. 계량한 젤라틴을 뜨거운 물에서 균일해질 때까지 저은 다음 인산-황산 용액에 조금씩 천천히 첨가합니다. 이렇게 하면 강력한 환원 반응이 시작되고 전해질이 황록색으로 변합니다.

(2) 계산된 양의 글리세린을 탱크에 서서히 첨가하면서 저어줍니다. 이렇게 하면 강력한 환원 반응이 시작되고 과도한 거품이 생성됩니다. 거품으로 인해 용액이 넘치지 않도록 글리세린을 추가할 때 특히 주의하세요. 용액도 황록색으로 변합니다. 방해받지 않고 식히세요.

2. 대량 콘텐츠

a. 측정된 인산 밀도 d1=1.7g/mL, 황산 밀도 d2=1.8g/mL로 가정하여 사용된 인산과 황산의 비중을 측정합니다.

b. 그런 다음 각 산의 상대 밀도에 대한 화학 데이터 표에서 산 용액 100g에서 인산 함량 P1 = 86.25g, 황산 함량 P2 = 88g을 알 수 있습니다.

c. 필요한 인산 V1과 황산 V2의 양을 계산합니다.

V=xdo×1000/pd(L)

여기서 x는 공식에서 산의 질량 백분율이고, do는 용액 밀도이며, 평균값=1.65g/mL를 사용합니다.

d. 물량=1000-V1-V2

e. 무수 크로믹 복용량.

무수크롬산은 고체 산이므로 필요한 질량은 xd0×1000/100(Kg) 공식으로 계산합니다.

f. 계산된 양의 무수크롬화 크롬을 필요한 물에 넣고 녹을 때까지 저어줍니다.

g. 계산된 양의 인산을 무수크롬산 용액에 넣고 균일해질 때까지 저어줍니다.

h. 계산된 황산의 양을 g단계에서 용액에 서서히 첨가하면서 저어줍니다.

3. 용액의 상대 밀도를 측정합니다:

준비된 용액을 실온으로 식힌 후 비중계를 사용하여 상대 밀도를 측정합니다.

1. 상대 밀도가 1.7을 초과하는 경우 전해질에 적절한 양의 물을 추가하여 상대 밀도가 1.6~1.7 범위가 될 때까지 희석합니다.

2. 상대 밀도가 1.6~1.7 이내이지만 전해질의 부피가 부족한 경우 부족한 부피에 따라 필요한 양의 인산, 황산, 무수크롬산을 보충합니다.

3. 상대 밀도가 1.6 미만이고 부피가 이미 충분하거나 약간 초과한 경우 전해질을 80°C로 가열하고 상대 밀도가 1.6~1.7 범위에 도달할 때까지 수분을 증발시킵니다.

4. 전해 처리: 음극에 납 판을 걸고 스테인리스 강판 를 양극에 놓습니다. 70~80°C의 온도에서 40Ah/L로 계산된 기간 동안 60~80A/dm²의 전류 밀도를 적용합니다.

그런 다음 시험 생산을 시작합니다. 공작물 표면에 움푹 파인 부식이 나타나거나 표면 광택이 만족스럽지 않은 경우 무수크롬산, 젤라틴 및 글리세린을 추가하면 전해액의 6가 크롬 및 3가 크롬 함량을 필요한 수준으로 빠르게 높일 수 있습니다.

전해 처리를 통해 전해액이 약간 녹색으로 변하면 일정량의 니켈과 크롬 이온이 전해액에 용해되어 성공적인 시험 생산이 가능함을 나타냅니다.

4. 전해질의 유지 관리 및 프로세스 요구 사항:

1. 스테인리스 스틸은 전기분해 전에 기름으로 인한 수조 오염을 방지하기 위해 완전히 탈지해야 합니다.

2. 용액의 상대 밀도는 사용 중에 정기적으로 측정하고 즉시 조정해야 합니다.

3. 철, 크롬 및 니켈 금속 스테인리스 스틸 소재의 요소 전기 분해 과정에서 전해질에 용해됩니다. 어느 정도 축적되면 용액의 점도와 저항이 증가하여 스테인리스 스틸의 표면이 광택이 없어집니다.

두 가지 방법 중에서 선택할 수 있습니다:

• 용액을 적절한 양의 물로 희석하여 산도를 낮춥니다. 철, 크롬, 니켈과 같은 불순물은 국부적인 인산염을 형성하여 침전될 수 있습니다. 수조 바닥에서 침전물을 제거한 다음 물을 가열하고 증발시켜 원래의 상대 밀도를 회복합니다.
• 솔루션의 일부를 교체하여 기존 솔루션의 20%를 유지하고 80%의 새 솔루션으로 보완하는 것이 이상적입니다.

4. 음극 리드 플레이트 청소하기: 전기 분해 중에 음극 리드 플레이트 표면에 철 및 니켈과 같은 불순물이 두껍게 쌓여 음극 표면 전도도를 방해하고 전류를 감소시킵니다. 이는 양극 전류 밀도를 저해하고 전기 분해 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 회로의 유동성을 유지하려면 이러한 침전물을 적시에 제거하는 것이 중요합니다.

5. 음극 대 양극 면적 비율: 음극 면적은 양극 면적의 1/2~1/3.5로 유지하여 3가 크롬의 증가를 억제합니다. 과도한 3가 크롬은 양극 표면에서 6가 크롬으로 산화됩니다. 3가 크롬이 과도하게 많으면 전해질 노화로 이어질 수 있습니다.

6. 전극 간격:

• 거리가 멀면 저항과 에너지 소비가 증가하고 용액이 가열되어 전기 분해 품질에 영향을 줄 수 있습니다.
• 거리가 짧으면 제품이 단락되거나 검게 변할 수 있습니다. 음극과 양극 사이의 최적 거리는 100-300mm입니다.

7. 탱크 입출고 시 전원 공급 차단: 탱크에 공작물을 넣거나 뺄 때는 전원을 차단해야 합니다. 전기 스파크가 발생하고 전기 분해를 일으키며 탱크 표면에 응집된 수소와 산소 가스의 혼합물에 발화할 수 있으므로 전기가 흐르는 상태에서 고정 장치를 운반하거나 제거하는 것은 바람직하지 않습니다.

8. 적절한 양극 전류 밀도 제어: 양극 전류 밀도는 금속의 용해에 비례합니다. 적절한 양극 전류 밀도를 선택하고 특정 양극 전위 범위 내에서 제어하는 것은 우수한 전기 분해 품질을 위해 필수적입니다.

• 양극 전류 밀도가 너무 낮으면 공작물 표면에 아무런 영향 없이 일반적인 양극 용해가 발생합니다.
• B. 양극 전류 밀도가 너무 높으면 막에 구멍이 뚫리고 산소가 기체 형태로 빠르게 방출되고 표면 과열이 발생하고 전해질 팽창이 심화되고 막이 파손되어 더 이상 존재하지 않으며 전기 화학적 부식이 발생합니다.

9. 수조 온도 제어하기:

• 레벨링 속도를 정상으로 유지하고, 전해질 점도를 낮추고, 양극 막 두께를 줄이고, 양극 용해 생성물의 확산을 가속화하고, 용액 대류를 가속화하고, 양극에 잔류 가스 기포의 분리를 촉진하고, 얼룩이나 얼룩의 발생을 방지하기 위해 온도를 규정된 공정 범위 내에서 유지해야 합니다.
• 온도가 너무 높으면 용액이 과열되어 6가 크롬이 3가 크롬으로 빠르게 전환(Cr 6+ +3e→Cr 3+)되어 표면 부식을 일으킬 수 있습니다.
• 온도가 너무 낮으면 용액 점도와 양극 표면 막 두께를 증가시키고 양극 용해 생성물의 확산을 억제하며 레벨링 효과를 크게 감소시킬 수 있습니다.

10. 6가 크롬과 3가 크롬의 최적 비율: 용액은 생산 공정 중에 황록색을 유지해야 합니다.

• 색이 주로 노란색이면 전해액에 과도한 Cr 6+가 포함되어 있음을 나타냅니다. 적절한 양의 젤라틴 또는 글리세린을 추가하여 6가 크롬을 3가 크롬으로 부분적으로 환원하거나 전기분해를 위해 큰 음극과 작은 양극을 사용하여 3가 크롬을 생성합니다.
• 색이 짙은 녹색이면 전해질에 과도한 Cr 3+가 포함되어 있음을 나타냅니다. 물에 비례하는 양의 무수 크롬을 녹여 용액에 첨가하거나 전기 분해를 위해 큰 양극과 작은 음극을 사용하여 3가 크롬을 6가 크롬으로 부분적으로 변환하면 용액의 품질을 개선할 수도 있습니다.

5. 의료 기기 주식회사 프로세스 흐름

(1) 화학적 활성화 방법을 사용하여 전기 분해 전에 스테인리스 스틸을 가볍게 에칭하여 패시브 필름을 제거하고 금속 표면을 활성화합니다.

가벼운 에칭 후에는 공기 중에 너무 오래 두지 말고 즉시 세척하고 건조시킨 후 전기 분해로 옮겨야 합니다.

마일드 에칭 프로세스: 황산: 3%~5% 온도: 실온 지속 시간: 0.5～1분

(2) 전해질 용액의 구성 요소 및 작업 조건

• 인산(H3PO4,85%) (d=1.65) (60%~70%) (최적: 70%) (최적: 70%)
• 황산(H2SO4,98%) (d=1.84) (8%~15%) (최적: 12%)
• 무수크롬화크롬(CrO3)(5%~15%)(최적: 12%)
• 글리세롤 또는 젤라틴 - 12%(8g/L)
• 물 - 남은 수량
• 온도(°C) - (50~100) (최적: 50~70)
• 전압(V) - 10～20
• 양극 전류 밀도 A/d㎡ - (10～55) (최적: 15～30)
• 용액 상대 밀도(g/cm 3) - 1.6～1.7
• 소요 시간(분) - 30~45(공작물 크기 기준)
• 음극 대 양극 표면적의 비율 - (1～1.5):1
• 음극재 - 납

IV. 스테인리스 스틸 전해 연마의 일반적인 문제 분석

1. 공작물 표면의 포켓 마크

주요 원인은 고르지 않은 전류 밀도 분포입니다. 이 고르지 않은 분포에는 다음과 같은 몇 가지 요인이 영향을 미칩니다:

1. 고정 장치 구조로 인해 전류 밀도가 일정하지 않은 경우. 픽스처 구조를 수정하여 공작물과 균형 잡히고 균일한 접촉을 보장하면 도움이 될 수 있습니다. 이상적으로는 픽스처와 공작물 사이의 접촉 면적을 늘리면서 픽스처의 품질을 보장해야 합니다.

2. 전해 연마액의 비중이 떨어지거나 최대 값을 초과합니다. 필요한 비중 범위를 초과하면 공작물 표면에 펑크 마크가 생기기 쉽습니다. 전해액의 최적 비중은 1.72입니다.

3. 고온은 전해액의 전도성을 향상시키고 공작물 표면 밝기를 개선할 수 있습니다. 하지만 전류 밀도 분포가 고르지 않게 되어 펑크마크가 발생할 수도 있습니다.

4. 재작업된 부품은 전해 연마 2차 라운드에서 포켓 마크가 발생하는 경향이 있습니다. 이를 방지하려면 2차 연마의 지속 시간과 전류를 줄여야 합니다.

5. 부적절한 가스 배출은 주로 공작물에 대한 고정장치의 각도가 부적절하기 때문입니다. 공작물의 구멍 방향은 위쪽을 향해야 하며 전해 연마 시 가스가 쉽게 분산될 수 있도록 고정구 각도를 조정해야 합니다.

6. 전해 연마 시간이 길어지면 과부식으로 인한 펑크마크가 발생할 수 있습니다. 전해 연마는 미세한 레벨링 공정입니다. 공작물 표면이 미세한 수준의 밝기와 부드러움에 도달하면 부품 표면의 산화가 중단됩니다. 전기분해가 계속되면 과부식이 발생하여 펑크마크가 발생합니다.

7. 전류가 높으면 부식 반점이 발생할 수 있습니다. 전해 연마 시 부품을 통과하는 전류가 너무 높으면 부품 표면의 용해 속도가 산화 속도를 초과하여 과도한 부식 및 부식 반점이 발생합니다.

2. 공작물의 표면 화상

여러 가지 요인으로 인해 이 결함이 발생할 수 있습니다:

1. 전해 연마 전에 부품이 픽스처에 올바르게 배치되지 않으면 공정 중에 느슨해지고 흔들릴 수 있습니다. 이러한 느슨함은 픽스처와의 접촉 불량 또는 픽스처의 음극에 직접 접촉하여 단락 및 후속 화상을 유발할 수 있습니다.

2. 작업자가 부품을 장착한 후 픽스처에서 단락 테스트를 수행하지 않고 전해 연마를 바로 진행하면 단락이 발생할 수 있습니다. 테스트하지 않으면 장착된 부품이 음극과 접촉하는지 여부를 알 수 없습니다. 접촉이 발생하면 부품이 화상을 입을 수 있습니다.

3. 특히 픽스처가 부품과 직접 접촉하는 경우 장시간 사용 후 픽스처 문제가 발생할 수 있습니다. 픽스처의 접촉 지점이 고르지 않으면 전기가 통하는 동안 부품의 접촉 표면이 받는 전류 밀도가 달라져 전류 밀도가 높은 부위에서 화상을 입을 수 있습니다.

3. 부품 표면 미백, 어둡게 함, 황변 3.

1. 표면 미백: 부품 표면 미백의 주요 원인은 후속 작업, 특히 오븐에서 베이킹 공정 중입니다. 오븐 내부 온도가 너무 높아서 공기 중의 수분과 부품 표면의 수분을 효과적으로 배출하지 못하면 문제가 발생합니다. 이를 완화하려면 오븐 온도를 약 80±2℃로 조절해야 하며, 가스 순환 시스템이 잘 갖춰진 오븐을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

2. 표면 어두워짐: 이 바람직하지 않은 현상은 주로 부품이 픽스처와 접촉하는 곳에서 발생하며 주로 픽스처 자체로 인해 발생합니다. 이전 부품의 전해 연마가 끝나면 10% 묽은 질산으로 픽스처에서 부품을 제거해야 합니다. 부품을 제거한 후에는 다음 부품으로 이동하기 전에 픽스처를 물로 철저히 세척해야 합니다.

3. 표면 황변: 이 문제는 주로 부품이 픽스처와 접촉하는 지점에서 나타납니다. 부품과 픽스처의 양극 사이의 접촉 면적이 상대적으로 작으면 전해 연마 중에 접촉 지점에서 높은 온도와 열이 발생할 수 있습니다. 접촉 면적이 냉각을 위해 전해질과 접촉하지 않기 때문에 약간의 화상이 발생하여 황변이 발생할 수 있습니다. 이 문제에 대한 해결책은 주로 픽스처 접촉 지점을 합리적으로 개선하거나 전해 연마 매개 변수를 조정하는 것입니다.

4. 공작물의 검은색 및 탄 자국

이러한 자국이 생기는 이유는 옷걸이가 전달할 수 있는 최대 전류를 초과하는 전해 작업물에 필요한 전류가 높기 때문입니다. 해결책은 다음과 같습니다:

1. 옷걸이에 전도성이 좋은 소재 선택하기:

일반적으로 구리의 전도도는 다음의 20배 이상입니다. 티타늄구리 행거는 티타늄 행거보다 전도성이 강하고 자국이 남을 가능성이 적습니다. 인청동은 탄성과 경도가 좋기 때문에 사용할 수 있습니다. 그러나 티타늄이 뛰어난 행거의 수명과 부식에 대한 저항성도 고려해야 합니다.

2. 옷걸이 포인트 수 늘리기:

먼저 전기 분해 후 행거 포인트의 상태를 확인합니다. 현재 상태에서 미세한 자국만 생긴다면 행거 포인트 수를 늘리면 문제가 해결될 수 있습니다.

3. 3. 전압을 적절히 낮추기:

전압이 높을수록 발광 공정이 빨라져 전기 분해 시간이 단축되고 생산 효율이 높아집니다. 이러한 이유로 공장은 일반적으로 정상 전압보다 약간 높은 전압으로 작동합니다. 그러나 조정된 전압이 너무 높으면 행거 와이어의 최대 부하를 초과하여 자국이 생길 수 있습니다.

4. 전해질의 온도를 낮추거나 조절하기:

전해질의 온도가 높으면 행거의 전도도가 크게 감소하고 작업물에 필요한 전류가 급격히 증가합니다. 이로 인해 행거에 과부하가 걸리고 자국이 생길 수 있습니다. 이 경우 전해액의 온도를 낮추면 문제를 해결할 수 있습니다. 온도가 80도를 초과하여 자국이 생기면 전해질 탱크 주변에 냉각 트로프를 설치하여 순환하는 물로 전해질을 지속적으로 냉각시킬 수 있습니다.

5. 기타 연마 결함 원인 분석