小直径薄壁不锈钢管内壁的脉冲电化学抛光

    摘要：介绍了对小直径薄壁不锈钢细长管内表面进行脉冲电化学抛光的基本方法，初步分析了脉冲参数、工件移动速度等对抛光质量的影响，与直流电作用下的电化学抛光相比，获得了较好的加工效果。

    关键词：不锈钢   薄壁小孔  脉冲电化学抛光
    中图分类号：TG175   文献标识码：B   文章编号：1000-4998（2002）07-0038-02
    以制作心血管扩张支架的冷拉薄壁不锈钢管材（1Cr18Ni9），内径Φ2mm，壁厚0.1mm，长度60-80mm）为对象，采用常规的H₃PO₄电解抛光液对小直径细长薄壁不锈钢管内壁进行了脉冲电化学抛光实验研究，取得了较好的效果。
    1  实验过程
    电化学抛光加工通常是在静止或一定搅拌状态下的电解抛光液中进行的，工件阳极和工具阴极相对静止，两极间施加直流电，极间距较大，一般在100mm左右，阴极面积等于或大于阳极被抛光区域面积，被加工面多为外表面。对细长孔内表面进行电化学抛光实验时，工件外表面非加工部位用塑料带缠绕绝缘，阴极为Φ1mm的铅丝，从孔中穿过，并与内孔对中。与大多数外表面抛光相比，阴极面积明显小于被加工区域面积，极间距也小得多，仅为0.5mm，且孔内环形空间小，所能容纳的电解抛光液也很少。为了减少或消除极间电解液的浓差极化，有利于电解热和气体等电解产物及时排出，维持抛光过程稳定，保持抛光质量，同时，为了简化装置，实验采用矩形波脉冲电流进行电化学抛光加工，工件阳极在低速电机带动下，通过丝杠螺母机构驱动，相对阴极以一定速度左右往复移动。基本工艺参数如下：
    工件往复平移速度v=10mm/s
    极间距δ=0.5mm
    极间电压V=3-12V
    脉冲电流波形为矩形波
    脉冲峰值电流密度i_D=0.5-0.9A/cm²
    脉冲间隔t_o=2-50ms
    脉冲宽度t_i=2、6、10ms
    占空比为1-1/5
    电解抛光液温度T=30-60℃
    电解抛光液成分为（45%-55%）H₃PO₄+(15%-25%)H₂PO₄+H₂O+3%添加剂A+2%添加剂B抛光时间为10-15min
    2  实验结果与分析
    在上述工艺参数范围内，实验采用同一种电化学抛光液，并在相同的温度和电流密度下，分别在如下4种条件下进行电化学抛光的对比实验：
   （1）直流电作用；
   （2）直流电作用，同时工件相对阴极以一定速度往复移动；
   （3）脉冲电流作用；
   （4）脉冲电流作用，工件同时相对阴极以一定速度往复移动。
    从实验结果来看，在条件（1）下进行抛光后，工件内孔表面呈灰色，局部呈光滑色泽，抛光表面存在浸蚀和点状破坏，基本上达不到抛光作用。其原因主要是孔内空间狭窄，极间距过小，产生的气体、热量、盐类等电解产物不能及时被排出，造成电解抛光液局部浓差极化（盐类局部过饱和），气泡富集，管腔内抛光区温度明显离于外部电解抛光液的正常温度。
    在条件（2）下进行抛光后，工件表面抛光质量有了一定的改进，抛光区小部分呈灰色，大部分呈一定光泽，但光泽不强，整平程度不高，仍达不到加工要求。其原因是由于工件相对阴极移动，起到电解抛光液流动或搅拌作用，在一定程序上减弱了实验条件（1）中的弊端。
    在条件（3）下获得的实验结果较好，工件表面呈明亮光泽，且光泽均匀，平整程度较好，基本上达到了抛光要求。这主要是由于脉冲电流有规律间歇供电，能有效地影响阳极表面微观凸起处的溶解过程；在脉冲间歇时间内，间隙通道中的盐类电解产物、析气、析热得以排出，电解抛光液在很大程度上得以更新，同时，加工间隙中产生同步的析气压力波，可促进电解抛光液的扰动，有利于获得稳定、理想化的加工过程，从而在较大程度上消除了实验条件（1）中的弊端。
    在实验条件（4）下获得的结果最好，达到了同等条件下常规外表面电化学抛光的程度；其原因是工件的移动宏观的进一步改善了抛光条件，与脉冲电流作用相结合，基本上消除了实验条件（1）中的弊端。
    在实验条件（4）的基础上，分别采用不同的脉冲电流密度幅值、脉冲宽度及脉冲占空比进行了进一步实验，结果表明，脉冲宽度及电流密度幅值越大，脉冲占空比越小，所需抛光时间则越短，抛光效率提高，但抛光效果有所降低；反之，脉冲宽度及电流密度幅值越小，脉冲占空比越大，所需抛光时间则越长，抛光效率随之下降，而抛光效果则有所改善，但改善程度不明显。兼顾质量与效率、脉冲宽度及电流密度幅值应取大些，而脉冲占空比小一些为宜。
    3  结论
   （1）在电解抛光液状况一定的条件下，选择合适的脉冲参数，采用脉冲电流作用与工件(以一定速度相对阴极)往复移动方式相结合进行小直径内孔电化学抛光,可获得与普通外表面电化学抛光加工相同的效果.
   （2）采用脉冲电流抛光，电流效率有所提高，一般经过12min左右，即可获得光亮如镜（R_a0.1μm左右）的抛光表面。但由于脉冲间隔的存在，与常规直流作用下的电化学抛光相比，总的抛光加工时间有所增长。
   （3）常规的电化学抛光所使用的电解抛光液中含有80%-85%的酸及氧化剂，而该工艺所用电解抛光液酸度的所降低，酸及氧化剂含量占70%，其余为水及少量添加剂，原料易得，成本比一般抛光液降低10%左右，抛光液比较稳定，可长期使用。