鋼鐵表面電化學毛化工藝及機理研究.pdf

1、隨著汽車、家電等行業(yè)的快速發(fā)展，優(yōu)質冷軋帶鋼的需求量逐年提高。成型性能和涂裝性能是衡量冷軋板使用性能的重要指標，這均與帶鋼表面形貌的特征參量有密切關系。其中均勻分布的粗糙度和隨機分布的微觀凸起形貌，可以減少光學干涉條紋、避免橘皮效應，有利于改善帶鋼的涂漆光學特性。
　　軋輥在鋼鐵生產中起著舉足輕重的作用，任何一種板材和型材都是由軋輥完成其成形過程而生產出來的。其使用狀況不僅影響鋼鐵生產消耗和生產成本，而且直接影響生產穩(wěn)定和產品質量

2、。對軋輥表面進行毛化處理是提高其使用性能的最重要方法之一。
　　鋼鐵材料毛化工藝主要有噴丸毛化工藝、電火花毛化工藝及激光毛化工藝三種。這三種毛化工藝都是使輥面材料脫落或燒損形成尖銳的內凹毛化形貌，生產出來的毛化輥受冷軋輥材質的影響，粗糙度衰減過快，使用壽命低，以及毛化冷軋輥表面形貌中凹坑多于凸起，因而不利于帶鋼對其表面粗糙度的拷貝。
　　本論文在控制電沉積鉻的同時引入表面處理、過渡層和添加劑來強化鍍鉻毛化過程，籍可控電化學工

3、藝和表面處理來實現(xiàn)表面構型，獲得可控的表面形貌、粗糙度和硬度;提高毛化層間的結合強度，降低層脫落風險性;通過添加所含超細顆粒的復合共沉積實現(xiàn)毛化層的強韌化，進一步提高毛化層的耐磨性。
　　結合國內外工藝現(xiàn)狀，本論文設計了一種在金屬表面進行顆粒復合電化學鉻毛化以及脈沖電沉積毛化的實驗。實驗電源采用脈沖電源以及直流電源，以最終鉻毛化層的表面粗糙度Ra為考察對象，采用在金屬表面先直流電沉積鎳以及顆粒為中間層，再直流電沉積鉻，或采用不同參

4、數(shù)設置的脈沖電化學毛化。實驗得到了具有一定粗糙度且結晶狀態(tài)為半球狀的鉻毛化層，同時凸起遠多于凹坑，這將有利于實際生產中帶鋼對于冷軋輥形貌的拷貝，為生產更優(yōu)質的冷軋產品提供了可能。
　　復合電化學毛化試驗結果表明:復合顆粒電化學毛化工藝中，電解液溫度對試驗的結果影響最大，電解液的pH值對試驗結果的影響次之，電流密度對試驗結果的影響最小。電流密度為4A/dm2、電解液溫度為60℃、電解液的pH值為4.8時，粗糙度結果都比較大，為試驗所

5、得的最佳工藝條件。中間層粗糙度主要集中在4～6μm之間，電化學毛化分布均勻，結合力合格。電沉積鉻以后表面硬度在1031.8HV，粗糙度主要集中在2～4μm之間，試樣在沉積鉻后表面具有較好的硬度和比較理想的粗糙度。
　　合適的脈沖工藝實驗對粗糙度值Ra有很顯著的影響，粗糙度值Ra在0.996～3.788μm內變化，其中脈沖電流密度Jp、關斷時間toff及總時間t對于粗糙度值的影響顯著。由于占空比γ對粗糙度影響顯著，導通時間ton和關

6、斷時間toff共同決定占空比γ，因而導通時間ton對粗糙度值的影響也顯著;隨著總電鍍時間t的增長，粗糙度值Ra有一定的增長，但當t大于100min時，Ra變化不大;合適的電鍍液溫度為50℃。
　　經對脈沖電化學毛化后的試樣測試，毛化層與基體間的結合力都合格，鎳沉積層作為金屬基體和鉻沉積層的中間層，起到了很好的過渡作用。不僅使得增加了層之間的結合力，而且降低了鉻層的內應力，有效的減少了鉻層的表面裂紋。從成分分析可以得出，具有粗糙表面

7、的鍍層主要成分是金屬鉻。這使得毛化層具有很好的硬度和耐磨性。
　　研究證明，在一定的工藝條件下，通過復合顆粒電化學毛化以及脈沖電化學毛化來實現(xiàn)材料表面毛化效果是可行的，該工藝得到的毛化層具有半球狀凸起的表面形貌及高的峰值密度。
　　通過脈沖電化學毛化擴散雙電層模型的建立，解釋電極附近的脈沖擴散層的金屬離子的濃度隨著脈沖電流的通斷而呈現(xiàn)不斷地波動，金屬離子的運動速度與電流強度相關性大。采用脈沖電化學毛化時，由于脈沖電流具有較高