Já se perguntou como é que o aço inoxidável consegue aquele acabamento impecável e espelhado? O polimento eletrolítico é o segredo. Este processo utiliza um banho eletroquímico para remover material da superfície, melhorando a suavidade e a resistência à corrosão. Neste artigo, irá descobrir a ciência por detrás do polimento eletrolítico, as condições ideais para o processo e como é meticulosamente mantido. Saiba como ajustes precisos nas concentrações de ácido e densidades de corrente conduzem a resultados perfeitos. Prepare-se para compreender os pormenores intrincados que garantem o aspeto brilhante do aço inoxidável e a sua durabilidade duradoura.
1. A eletrólise utiliza a peça a polir como ânodo e um metal insolúvel como cátodo. Quando ambos são imersos num banho eletroquímico e é aplicada corrente contínua, ocorre uma dissolução anódica selectiva, resultando num aspeto altamente liso e brilhante na superfície do aço inoxidável.
2. A ação electrolítica garante que o aço inoxidável tem uma cor consistente por dentro e por fora, limpo e brilhante com um brilho duradouro. Forma uma película fina e viscosa na superfície, aumentando a resistência à corrosão.
Dissolve e forma uma película protetora de fosfato na superfície do aço inoxidável, evitando a corrosão excessiva. A concentração óptima é de cerca de 750mL/L.
(1) Se a concentração for demasiado elevada, a resistência eléctrica do banho aumenta, a viscosidade aumenta, o que conduz a uma tensão necessária mais elevada e a um nivelamento mais lento.
(2) Se a concentração for demasiado baixa, conduz a uma corrosão irregular na superfície do aço inoxidável devido a uma maior ativação e a uma menor tendência para a passivação.
Como ativador, melhora a condutividade da solução, reduz a resistência, baixando assim a tensão do banho, poupando energia e aumentando a capacidade de dispersão e a eficiência da corrente anódica. A concentração óptima é de 180~210mL/L.
(1) Se a concentração for demasiado elevada, a superfície pode ser excessivamente corroída, resultando numa corrosão uniforme e densa.
(2) Se a concentração for demasiado baixa, provoca uma corrosão irregular grave.
Um oxidante forte, forma uma película de passivação na superfície para evitar a corrosão, contribuindo para uma superfície mais lisa. A concentração óptima é de 50~60g/L.
(1) Se a concentração de anidrido crómico for demasiado baixa, é difícil obter uma superfície brilhante.
(2) Se a concentração for demasiado elevada, pode ocorrer sedimentação sob corrente elevada, reduzindo a eficiência da corrente e conduzindo à formação de pites e outras formas de corrosão excessiva na superfície de polimento.
Desempenha um papel importante na inibição da corrosão. Reage com o ácido fosfórico para formar complexos e derivados metálicos, tornando a superfície polida extremamente brilhante e delicada. O glicerol também previne a corrosão química do aço inoxidável no eletrólito.
(1) Se a concentração for demasiado baixa, apesar de uma superfície de polimento brilhante, a corrosão pode torná-la áspera.
(2) Com uma concentração mais elevada, pode superar a rugosidade, resultando numa superfície polida brilhante e delicada.
(3) Se a concentração for demasiado elevada, pode produzir-se espuma excessiva, afectando as operações e desperdiçando material.
(1) A sacarina, quando envolvida em processos catódicos, pode ser adsorvida em superfícies metálicas, contribuindo para o brilho e a luminosidade da superfície polida.
(2) Nos processos anódicos, a sacarina forma uma película de adsorção na superfície do ânodo, que protege a superfície do aço inoxidável da erosão do eletrólito quando não há corrente. Quando a energia é aplicada, as linhas eléctricas começam por romper a película de isolamento nas partes elevadas, iniciando a dissolução, enquanto as áreas rebaixadas são eficazmente protegidas, resultando numa dissolução selectiva para uma superfície lisa e brilhante.
(1) A baixas densidades de corrente, o metal está num estado ativado, com a superfície polida a sofrer erosão. Os produtos de dissolução do ânodo são mínimos e a dissolução química predomina sobre a dissolução eletroquímica, conduzindo a uma fraca lisura.
(2) Quando a densidade de corrente excede o valor adequado, ocorre uma intensa evolução do oxigénio, causando sobreaquecimento e sobrecorrosão na superfície metálica, levando a uma dissolução irregular e a um maior consumo de energia eléctrica.
Um aumento moderado da temperatura pode acelerar o processo de nivelamento e melhorar a eficiência da corrente, melhorando assim a suavidade e o brilho da superfície.
(1) Uma temperatura demasiado baixa aumenta a viscosidade do eletrólito, tornando mais difícil a difusão dos produtos de dissolução anódica da superfície metálica para o eletrólito e a reposição do ânodo.
(2) Uma temperatura demasiado elevada aumenta a quantidade de metal dissolvido, produzindo vapor e gás no tanque que deslocam o eletrólito da superfície metálica, abrandando paradoxalmente a taxa de dissolução do metal. A diminuição da viscosidade junto ao eletrólito acelera a difusão dos produtos de dissolução, conduzindo a taxas de dissolução aceleradas e afectando a lisura da superfície.
A solução deve ser preparada de acordo com o conteúdo volúmico [% (V)] ou mL/L e o conteúdo mássico [% (wt)] ou g/L na fórmula, que serão diferentes no cálculo da dosagem.
Assumindo que o volume de líquido do tanque é de 1000L, o cálculo da dosagem e os passos de preparação são os seguintes
a. Dosagem de ácido fosfórico: XmL/L×1000L=XL. Medir e adicionar ácido fosfórico XL ao tanque.
b. Dosagem de ácido sulfúrico: XmL/L×1000L=XL. Medir e adicionar gradualmente ácido sulfúrico XL ao ácido fosfórico, agitando.
c. Dosagem de água: XmL/L×1000L=XL. Colocar num recipiente separado.
d. Dosagem de anidrido crómico: XmL/L×1000L=XL. Adicionar o anidrido crómico pesado à água e agitar até que se dissolva numa solução de ácido crómico.
e. Adicionar gradualmente a solução de ácido crómico à solução de ácido fosfórico-sulfúrico, agitando até ficar homogénea. A solução terá um aspeto amarelo.
f. (1) Dosagem de gelatina: Xg/L×1000L=Xkg. Agitar a gelatina pesada em água quente até ficar homogénea e, em seguida, adicioná-la lentamente, em pequenas quantidades, à solução de ácido fosfórico-sulfúrico. Isto dará início a uma forte reação de redução e o eletrólito ficará amarelo-esverdeado.
(2) Adicionar gradualmente a quantidade calculada de glicerina ao depósito, agitando. Isto também dará início a uma forte reação de redução e produzirá espuma em excesso. Para evitar que a solução transborde devido à espuma, ter especial cuidado ao adicionar a glicerina. A solução também se tornará amarelo-esverdeada. Deixar arrefecer sem perturbações.
a. Medir a gravidade específica dos ácidos fosfórico e sulfúrico utilizados, assumindo a densidade medida do ácido fosfórico d1=1,7g/mL, densidade do ácido sulfúrico d2=1,8g/mL.
b. Em seguida, a partir das tabelas de dados químicos da densidade relativa de cada ácido, pode verificar-se que: em 100g de solução ácida, o teor de ácido fosfórico P1=86,25g, o teor de ácido sulfúrico P2=88g.
c. Calcule o volume necessário de ácido fosfórico V1 e de ácido sulfúrico V2.
V=xdo×1000/pd (L)
Onde x é a percentagem mássica do ácido na fórmula; do é a densidade da solução, tomando o valor médio=1,65g/mL
d. Volume de água=1000-V1-V2
e. Dosagem de anidrido crómico.
Como o anidrido crómico é um ácido sólido, a massa necessária é calculada pela fórmula xd0×1000/100 (Kg).
f. Adicionar a quantidade calculada de anidrido crómico à água necessária e agitar até à dissolução.
g. Adicionar a quantidade calculada de ácido fosfórico à solução de anidrido crómico e agitar até ficar homogéneo.
h. Adicionar gradualmente a quantidade calculada de ácido sulfúrico à solução da etapa g, agitando.
Depois de a solução preparada arrefecer até à temperatura ambiente, medir a sua densidade relativa com um densímetro.
1. Se a densidade relativa for superior a 1,7, adicionar uma quantidade adequada de água ao eletrólito, diluindo-o até que a densidade relativa se situe no intervalo de 1,6 a 1,7.
2. Se a densidade relativa estiver entre 1,6 e 1,7, mas o volume do eletrólito for insuficiente, repor a quantidade necessária de ácido fosfórico, ácido sulfúrico e anidrido crómico de acordo com a falta de volume.
3. Se a densidade relativa for inferior a 1,6 e o volume já for suficiente ou ligeiramente excedido, aquecer o eletrólito a 80°C e evaporar a humidade até que a densidade relativa atinja o intervalo de 1,6 a 1,7.
4. Tratamento eletrolítico: Pendurar uma placa de chumbo no cátodo e uma placa de aço inoxidável no cátodo. chapa de aço no ânodo. A uma temperatura de 70 a 80°C, aplicar uma densidade de corrente de 60 a 80A/dm² para uma duração calculada em 40Ah/L.
Em seguida, iniciar a produção experimental. Se aparecer corrosão por pites na superfície da peça ou se o brilho da superfície não for satisfatório, a adição de anidrido crómico, gelatina e glicerina pode aumentar rapidamente o teor de crómio hexavalente e de crómio trivalente no eletrólito para os níveis necessários.
O tratamento eletrolítico pode tornar o eletrólito ligeiramente verde, indicando que uma certa quantidade de iões de níquel e crómio se dissolveu no eletrólito, permitindo uma produção experimental bem sucedida.
1. O aço inoxidável deve ser cuidadosamente desengordurado antes da eletrólise para evitar a contaminação do banho com óleo.
2. A densidade relativa da solução deve ser medida regularmente durante a utilização e ajustada atempadamente.
3. Ferro, crómio e níquel metálicos elementos em aço inoxidável dissolvem-se no eletrólito durante o processo de eletrólise. Quando se acumulam até um certo ponto, aumentam a viscosidade e a resistência da solução, resultando numa superfície sem brilho no aço inoxidável.
Pode escolher entre dois métodos:
4. Limpeza das placas catódicas: Durante a eletrólise, a superfície da placa de chumbo do cátodo acumula uma camada espessa de impurezas, tais como ferro e níquel, dificultando a condutividade da superfície do cátodo e diminuindo a corrente. Isto dificulta a densidade da corrente do ânodo e afecta gravemente a qualidade da eletrólise. É crucial remover atempadamente estes depósitos para manter a fluidez do circuito.
5. Relação entre a área catódica e a área anódica: A área catódica é mantida a 1/2 a 1/3,5 da área anódica para inibir o aumento do crómio trivalente. O crómio trivalente em excesso é oxidado em crómio hexavalente na superfície do ânodo. Uma superabundância de crómio trivalente pode levar ao envelhecimento do eletrólito.
6. Espaçamento entre eléctrodos:
7. Corte da alimentação eléctrica durante a entrada e saída do tanque: A alimentação eléctrica deve ser cortada quando as peças de trabalho são colocadas ou retiradas da cuba. Não é aconselhável transportar ou remover acessórios com eletricidade, uma vez que isso pode resultar em faíscas eléctricas, causar eletrólise e potencialmente incendiar uma mistura de hidrogénio e gás oxigénio agregados na superfície do tanque.
8. Controlar a densidade adequada da corrente anódica: A densidade da corrente anódica é proporcional à dissolução do metal. Escolher a densidade de corrente anódica correcta e controlá-la dentro de um determinado intervalo de potencial anódico é essencial para uma boa qualidade da eletrólise.
9. Controlo da temperatura do banho:
10. Proporção óptima de crómio hexavalente e crómio trivalente: A solução deve manter uma cor amarelo-esverdeada durante o processo de produção.
(1) Utilizando o método de ativação química, o aço inoxidável é ligeiramente gravado antes da eletrólise para remover a película passiva e ativar a superfície metálica.
Após uma gravação suave, não deve ser deixada ao ar durante muito tempo, deve ser imediatamente limpa, seca e transferida para a eletrólise.
Processo de gravura suave: Ácido Sulfúrico: 3%～5% Temperatura: Temperatura ambiente Duração: 0,5～1min
(2) Componentes e condições de funcionamento da solução electrolítica
A causa principal é a distribuição desigual da densidade da corrente. Existem vários factores que influenciam esta distribuição desigual, incluindo:
1. Densidade de corrente inconsistente causada pela estrutura de fixação. A modificação da estrutura do dispositivo de fixação para garantir um contacto equilibrado e uniforme com a peça de trabalho pode ajudar. Idealmente, devemos aumentar a área de contacto entre o dispositivo de fixação e a peça de trabalho, assegurando simultaneamente a qualidade do dispositivo de fixação.
2. A gravidade específica do fluido de polimento eletrolítico desce ou ultrapassa o valor máximo. Se ultrapassar o intervalo de gravidade específica exigido, a superfície da peça de trabalho é propensa a marcas de pancadas. A densidade ideal para o fluido eletrolítico é de 1,72.
3. A alta temperatura pode aumentar a condutividade do fluido eletrolítico e melhorar o brilho da superfície da peça de trabalho. No entanto, pode também conduzir a uma distribuição desigual da densidade da corrente, dando origem a marcas de pancada.
4. As peças retrabalhadas têm tendência a desenvolver marcas de pancadas durante a segunda fase do polimento eletrolítico. Para evitar que isso aconteça, a duração e a corrente da segunda ronda de polimento devem ser reduzidas.
5. A fuga inadequada de gás deve-se principalmente ao ângulo inadequado do dispositivo de fixação na peça de trabalho. A direção dos furos da peça de trabalho deve ser ascendente e o ângulo de fixação deve ser ajustado para permitir uma fácil dispersão do gás durante o polimento eletrolítico.
6. Um tempo de polimento eletrolítico prolongado pode causar marcas de pancada devido a uma corrosão excessiva. O polimento eletrolítico é um processo de nivelamento microscópico. Quando a superfície da peça de trabalho atinge um nível microscópico de brilho e suavidade, a oxidação na superfície da peça pára. Se a eletrólise continuar, ocorrerá uma corrosão excessiva, dando origem a marcas de pancada.
7. Uma corrente elevada pode resultar em pontos de corrosão. Se a corrente que passa através da peça durante o polimento eletrolítico for demasiado elevada, a taxa de dissolução da superfície da peça excede a taxa de oxidação, resultando em corrosão excessiva e pontos de corrosão.
Vários factores podem levar a este defeito:
1. Se a peça não estiver corretamente posicionada no dispositivo de fixação antes do polimento eletrolítico, pode soltar-se e oscilar durante o processo. Esta folga pode levar a um mau contacto com o dispositivo de fixação ou a um contacto direto com o cátodo do dispositivo de fixação, provocando um curto-circuito e subsequentes queimaduras.
2. Se o operador não efetuar um teste de curto-circuito no dispositivo de fixação após a montagem da peça e proceder diretamente ao polimento eletrolítico, poderá ocorrer um curto-circuito. Sem o teste, não é possível saber se a peça montada está em contacto com o cátodo. Se ocorrer contacto, a peça pode queimar.
3. Podem surgir problemas de fixação após uma utilização prolongada, particularmente quando a fixação entra em contacto direto com a peça. Se os pontos de contacto do dispositivo de fixação se tornarem irregulares, a densidade da corrente suportada pela superfície de contacto da peça durante a eletrificação pode variar, causando queimaduras nas áreas com maior densidade de corrente.
1. Branqueamento da superfície: A principal causa do branqueamento da superfície da peça são as operações subsequentes, particularmente durante o processo de cozedura num forno. Se a temperatura no interior do forno for demasiado elevada e a humidade no ar e na superfície da peça não puder ser expelida eficazmente, surge o problema. Para mitigar este problema, a temperatura do forno deve ser controlada a cerca de 80±2℃, e é melhor utilizar um forno com um bom sistema de circulação de gás.
2. Escurecimento da superfície: Este fenómeno indesejável ocorre principalmente quando a peça entra em contacto com o dispositivo de fixação, e é predominantemente devido ao próprio dispositivo de fixação. Uma vez terminado o polimento eletrolítico da peça anterior, esta deve ser retirada do dispositivo de fixação em ácido nítrico diluído 10%. Após a remoção da peça, o dispositivo de fixação deve ser cuidadosamente limpo com água antes de se passar à peça seguinte.
3. Amarelecimento da superfície: Este problema surge principalmente quando a peça entra em contacto com o dispositivo de fixação. Quando a área de contacto entre a peça e o ânodo do dispositivo de fixação é relativamente pequena, o ponto de contacto pode gerar temperaturas elevadas e calor durante o polimento eletrolítico. Como a área de contacto não está em contacto com o eletrólito para arrefecimento, podem ocorrer ligeiras queimaduras, resultando em amarelecimento. A solução para este problema passa principalmente por melhorias razoáveis nos pontos de contacto do aparelho ou pelo ajuste dos parâmetros de polimento eletrolítico.
A formação destas marcas deve-se à elevada corrente necessária para a peça electrolítica, que excede a corrente máxima que o suspensor pode suportar. As soluções incluem:
1. Escolha de um material com melhor condutividade para o cabide:
Geralmente, a condutividade do cobre é mais de 20 vezes superior à do titânioAssim, os ganchos de cobre têm uma condutividade mais forte do que os ganchos de titânio e são menos susceptíveis de formar marcas. O bronze fosforoso pode ser utilizado, uma vez que possui uma boa elasticidade e dureza. No entanto, a vida útil do cabide e a sua resistência à corrosão, onde o titânio se destaca, também devem ser consideradas.
2. Aumentar o número de pontos de suspensão:
Em primeiro lugar, determinar o estado dos pontos de suspensão após a eletrólise. Se apenas se formarem pequenas marcas sob as condições actuais, o aumento do número de pontos de suspensão poderá resolver o problema.
3. Reduzir a tensão de forma adequada:
As tensões mais elevadas aceleram o processo de emissão de luz, o que pode reduzir o tempo de eletrólise e aumentar a eficiência da produção. Por este motivo, as fábricas funcionam geralmente com tensões ligeiramente superiores às normais. No entanto, se a tensão ajustada for demasiado elevada, pode exceder a carga máxima do fio de suspensão e criar marcas.
4. Diminuir ou controlar a temperatura do eletrólito:
Quando a temperatura do eletrólito é elevada, a condutividade do suspensor diminui significativamente e a corrente exigida pela peça de trabalho aumenta drasticamente. Isto pode sobrecarregar o suspensor e criar marcas. Neste caso, a redução da temperatura do eletrólito pode resolver o problema. Se a temperatura exceder os 80 graus e se formarem marcas, pode ser construída uma calha de arrefecimento à volta do tanque eletrolítico, com água em circulação a arrefecer continuamente o eletrólito.
| Defeitos de polimento | Razões: | Solução: |
| Presença de manchas ou pequenos pontos na superfície | Presença de marcas de óleo ou ferrugem na superfície | Limpar bem para remover o óleo e a ferrugem. |
| Sobrecorrosão nos bordos e nas pontas da peça de trabalho | Corrente excessiva, temperatura elevada ou duração prolongada | Ajustar os parâmetros correspondentes. |
| Estrias brancas na superfície da peça de trabalho | Solução electrolítica densa | Diluir com água até obter uma densidade de 1,72. |
| Qualidade variável das peças provenientes da mesma ranhura | Demasiadas peças de trabalho ou interferência mútua | Reduzir o número de peças de trabalho ou modificar os dispositivos de fixação. |
| Excesso de espuma na superfície do eletrólito | Peça de trabalho não limpa | Assegurar que a peça de trabalho está bem limpa. |
| Superfície baça com manchas brancas | Elevado teor de anidrido crómico | Considere a utilização de uma solução electrolítica amiga do ambiente |
| Custos exorbitantes de eletricidade | Alta densidade de corrente | Considere a utilização de uma solução electrolítica amiga do ambiente |
| Faíscas observadas durante a eletrólise | Mau contacto entre a fixação e a peça de trabalho | Alterar os dispositivos e aumentar os pontos de contacto. |
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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