浙江至德鋼業(yè)有限公司根據(jù)目前的研究結(jié)果表明，決定電化學(xué)拋光后不銹鋼鏡面管表面質(zhì)量的主要因素為：被加工鏡面管材料、電解液與電化學(xué)工藝參數(shù)。在實(shí)際工程運(yùn)用中，被加工鏡面管材料是無法改變的，因此至德鋼業(yè)不對此多作分析與解釋。下面將從電解液與加工工藝參數(shù)角度進(jìn)行介紹與分析。

一、電解液影響

   電解液在不銹鋼鏡面管電解拋光中起到十分重要的作用，它是電化學(xué)反應(yīng)的媒介，所含的陰陽離子也是傳播電流的媒介。同時，在拋光過程中電解液還起到從陰陽兩極加工間隙中排除電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物與帶走拋光過程中產(chǎn)生的熱量的作用。為保證電解液的上述作用，所用電解液就需要滿足一些基本條件，無論是從電解液配方本身，還是從電解液的流動角度。如所選電解液中原有的陰陽離子及相互作用的各種產(chǎn)物應(yīng)具備很高的溶解度和很大程度的離解。從化學(xué)角度上來說，電解液中各種正、負(fù)離子必須可以大量共存，相互之間只存在可逆反應(yīng)。同時，在不銹鋼鏡面管拋光過程中，陽極反應(yīng)的最終產(chǎn)物，如金屬離子和電解液溶劑中的氫氧離子OH-反應(yīng)產(chǎn)生不溶物M(OH)。以便于清理與過濾。否則如果這些產(chǎn)物易溶或易離解，就會使拋光中使溶液趨于飽和，阻礙拋光的進(jìn)行。同時，電解液的流量直接影響的拋光間隙中的電解液流速，電解液流速的快慢又直接影響著陽極表面的極化特性，他主要是由拋光過程中的工藝參數(shù)決定，將在下一小節(jié)中進(jìn)行介紹。

二、工藝參數(shù)影響

    從加工工藝參數(shù)角度進(jìn)行分析，影響不銹鋼鏡面管拋光效果的主要影響因素有：電解液流速、電解液濃度、電解液溫度、電流密度、電流波形、加工間隙、加工時間、工具電極形狀等。

   1. 電解液流速 

   當(dāng)流速過慢時，陰極表面產(chǎn)生的氫氣無法迅速的排除，沉淀物以及氧氣也被滯留陽極表面上，間隙內(nèi)溫度大幅升高，兩極表面產(chǎn)生濃差極化。在確定電解液流速時需要從去除電解液產(chǎn)物與氫氣泡所需的流速、防止電解液局部溫升等角度進(jìn)行綜合分析。結(jié)合流體力學(xué)知識，電解液流動狀態(tài)可分為層流(20'C，Re<2300)與湍流(20bC，Re> 2300)。

    為更好去除的電極表面的電解產(chǎn)物與電極附近的濃差極化，并使電解液流速均勻，結(jié)合層流與湍流的流態(tài)特性，可以發(fā)現(xiàn)電解液的流動狀態(tài)為湍流狀態(tài)時，工件表面將獲得更好的拋光效果。但電解液流速也不是越高越好，如對軟鋼進(jìn)行實(shí)驗研究時，當(dāng)雷諾數(shù)Re =3100時，獲得的表面比高流速流速，Re=15500時獲得的表面要光亮。聯(lián)系實(shí)驗中得到的極化特性進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)這種結(jié)果的原因主要是由于前者存在顯著的覆膜效應(yīng)，而后者覆膜效應(yīng)效應(yīng)不明顯所導(dǎo)致的。結(jié)合目前的研究成果，當(dāng)Re> 4700以后，由于表面覆膜效應(yīng)不明顯，流速變化對表面質(zhì)量的影響不再明顯。同時，流量與電流之間應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠ヅ?，流量與電流的比值越大，對電解產(chǎn)物與局部產(chǎn)熱的去除效果也就越有效。當(dāng)流量過大時，泵的成本又將大幅提高，而且容易在拋光區(qū)域產(chǎn)生空穴現(xiàn)象，造成電解不均，使不銹鋼鏡面管表面質(zhì)量惡化。在加工過程中，電流方向與電解液流動方向是垂直的，所以電極長度與加工間隙對他們的影響是成反比的。

   2. 電解液濃度與溫度

    電解液濃度的不同，直接通過控制電解液中的離子數(shù)量影響著電解液的電導(dǎo)率。在低濃度情況下，電解液電導(dǎo)率隨濃度的增大而線性增大。當(dāng)?shù)竭_(dá)高濃度范圍時，電導(dǎo)率后期變化不再明顯。溫度對電化學(xué)加工的影響與濃度的作用相似，主要是通過影響電解液中離子運(yùn)動來作用的。根據(jù)熱力學(xué)定律，離子的活度隨著溫度的升高而升高。電解液濃度與溫度對加工過程中的電流效率都有著直接的影響，而這種影響對于線性電解液與非線性電解液的作用也是不相同的。同時，當(dāng)電解液溫度與濃度發(fā)生變化時，電解液自身粘度也會發(fā)生相應(yīng)改變，進(jìn)而影響電解液的流動特性。因此是否選擇了合適的電解液濃度與溫度將直接影響電化學(xué)拋光過程的拋光效率與加工速度。但限于電解液濃度和溫度對電化學(xué)加工效率的影響比較復(fù)雜，到目前為止，這方面的實(shí)驗研究還不夠。

   3. 電流密度

      在對不銹鋼鏡面管電化學(xué)拋光基本原理進(jìn)行介紹過程中，浙江至德鋼業(yè)有限公司介紹了陽極極化作用的幾種陽極極化曲線。當(dāng)電流密度處于不同極化區(qū)間時，材料表面的去除方式也不盡相同，為保證材料表面光潔度，盡量將材料去除方式控制在拋光區(qū)間。但結(jié)合目前研究可以發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)增加電流密度可以獲得更好的表面加工質(zhì)量。當(dāng)然，它的選取還需要結(jié)合電解液濃度及電解液流速進(jìn)行綜合性考慮與分析。

   4. 電流波形

    如果不用一般的直流電源進(jìn)行不銹鋼鏡面管電化學(xué)拋光加工，而是采用脈沖電源來改變電流波形，在加工過程中由于電解液流動不均勻而導(dǎo)致的陽極極化不均勻、工具陰極上的電化學(xué)沉淀物及工件材料等因素引起的表面光潔度降低問題會有所改善。在陽極發(fā)生極化不均勻現(xiàn)象之前，通過暫時的停止加工，等待工件表面的極化現(xiàn)象及沉淀物的消失，再重新開啟，從而提高表面光潔度。脈沖電源一般采用單相半波電流或矩形波電流，使用變換極性電源則效果更為明顯。采用變換極性電流時，可使工具陰極在一瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)殛枠O，去除上述沉淀度，從而提高不銹鋼鏡面管表面光潔度。

    5. 加工間隙

     加工間隙是電化學(xué)反應(yīng)的主要進(jìn)行場所，在加工間隙不同的情況下，內(nèi)部的電化學(xué)變化也是十分復(fù)雜的。加工間隙內(nèi)的電解液流動方式及間隙內(nèi)各點(diǎn)的流速與壓力分布直接影響著間隙內(nèi)的溫度、氫氣泡及沉淀物的分布，進(jìn)而影響各位置處的電導(dǎo)率情況，直接影響著最終獲得的表面加工質(zhì)量。對于普通工件表面的電化學(xué)拋光，陰極距陽極最佳距離一般保持在100～300mm。

   6. 加工時間

    如圖所示，不銹鋼鏡面管電化學(xué)拋光對材料表面去除是具有時變性的，隨著加工時間的增長，表面加工質(zhì)量逐漸變好。當(dāng)加工過程中，工件表面輪廓尖端效應(yīng)變?nèi)趸蛳r，加工時間對表面光潔度的影響也就隨之減弱?？紤]加工效率等因素，合適的電流密度與加工時間是需要配比考慮的。

   7. 工具電極微觀幾何形狀

     之前至德鋼業(yè)介紹了普通不銹鋼鏡面管電化學(xué)拋光的加工間隙一般被設(shè)置為100～300mm，但由于本文面向的小口徑不銹鋼管內(nèi)徑的尺寸限制，這明顯是不可能實(shí)現(xiàn)的。對于這種小間隙加工，工具電極表面粗糙度不同，被加工后工件表面上各點(diǎn)與工具電極之間的加工間隙也會隨之發(fā)生改變。加工間隙將直接影響對應(yīng)位置的電流密度大小，間隙較大的地方電流密度相對較低，材料去除速率低，而加工間隙小的地方電流密度相對較大，材料去除速率高。因此，工具電極表面微觀幾何形狀在拋光后工件表面上就會形成不同程度的復(fù)印。

    上述加工參數(shù)對表面加工質(zhì)量的影響其實(shí)是相互交織的，如實(shí)際檢測得到的電解液溫度是電解液的平均溫度，而對于加工間隙內(nèi)的電解液溫度是不均衡的，存在溫度梯度，該溫度梯度直接與加工間隙、電解液流速等直接相關(guān)。結(jié)合上述特性分析，可以發(fā)現(xiàn)電化學(xué)拋光是對小口徑不銹鋼管道內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理的有效手段，但由于其管道內(nèi)徑較小且長徑比較大，這為實(shí)際拋光提出了一些新的加工難題，如電解液更新、加工間隙保證等，采用普通電化學(xué)拋光裝置與工藝是難以完成狹小空間內(nèi)的拋光處理的，需設(shè)計一種專門面向小口徑不銹鋼管道內(nèi)表面電化學(xué)拋光的處理裝置與方法。

    浙江至德鋼業(yè)有限公司從不銹鋼鏡面管電化學(xué)拋光基本原理出發(fā)，分析在不同電流密度下的陽極極化特性，結(jié)合電化學(xué)拋光后表面粗糙度的形成機(jī)理，確定將電化學(xué)拋光工作區(qū)間設(shè)定在不完全鈍化區(qū)實(shí)現(xiàn)表面材料的拋光去除。并對電化學(xué)拋光工藝特點(diǎn)，分析電解液成分、電解液濃度、電解液溫度、電流密度、電流波形、加工間隙、加工時間、工具電極形狀等工藝參數(shù)對拋光質(zhì)量的影響，并為小口徑不銹鋼管道內(nèi)表面電化學(xué)拋光提出要求。