核电设备用镍基合金材料电解抛光工艺研究
摘要：本文介紹了一种用于大型设备上的涂刷式电解抛光技术，大型核电设备使用传统的电解抛光无法完成，运用涂刷式电解抛光技术可解决这个问题，同时运用该技术对核电用镍基合金材料的电解抛光工艺进行了试验研究。
关键词：涂刷式电解抛光；镍基合金；核电设备
电解抛光作为一种重要的电化学表面处理技术，即以被抛光工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极以电解液连接，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果[1]。传统的电解抛光采用电解槽的方式进行，适用于小型工件的电解抛光，但不适用于大型设备的局部电解抛光。
本文介绍了一种用于大型核电设备上的涂刷式电解抛光技术，该技术设计采用涂刷式阴极，设备待抛光表面作为阳极，通过涂刷式阴极在待抛光表面往复移动，并通过阴极专用设计口实现电解液的阴阳极连接并可自动循环使用，最终实现电解抛光[2]。同时介绍了此种技术在镍基合金上应用的工艺参数。
1 涂刷式电解抛光技术
该技术使用涂刷式电解抛光设备，此设备根据核电设备的结构特点研制，可进入设备内部操作。涂刷式电解抛光设备主要包括直流稳压电源、电解液贮槽、电磁隔膜计量泵、耐酸液体泵、抛光刷[3]。
1）直流稳压电源：能调节电流和电压并能实现电流或电压的恒定，带有自动计时功能，能够自动控制电解抛光时间。
2）电解液贮槽：带有电加热器，能够将电解液加热到设定温度。
3）电磁隔膜计量泵：耐酸，通过调节冲程频率来控制电解液的流量。
4）耐酸液体泵：可将电解废液抽回到电解液贮槽中，实现电解液的循环使用。
5）抛光刷：由绝缘把手、刷体和刷毛组成。刷体上有小孔便于电解液流出，每个孔插有刷毛。抛光刷有平面刷和立面刷，便于涂刷不同位置时使用。
2 电解抛光工艺参数研究
对核电用SB168 UNS N06690镍基合金试板进行工艺研究，摸索电解液温度、电解抛光时间、电流密度等工艺参数。 电解抛光液使用80%磷酸和20%硫酸的混合液[4]。
2.1 电解液温度的选定
电解液温度是影响表面质量的重要因素[5]。图1 电解液温度与表面粗糙度差值之间的关系分别在40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃温度下进行电解抛光试验，抛光时间为160s，电流为72A（电流密度为60A/dm2）。在不同的温度下进行电解抛光试验，抛光后用粗糙度仪检测表面粗糙度，计算出每个电解液温度下抛光前后粗糙度的差值，电解液温度与表面粗糙度差值之间的关系见图1。
从图1中可以看出，电解液温度对表面粗糙度的影响不大，在45～55℃之间粗糙度差值均较大，抛光效果较好，电解液温度再继续升高，粗糙度差值有降低趋势，但幅度很小，逐渐趋于平稳。在电解液温度为50℃时对抛光后的表面选取有代表性的2点进行复膜检验。500倍显微镜下观察结果，抛光后的表面无毛刺和凸起，无晶间腐蚀和枝晶间腐蚀裂纹。所以690镍基合金电解液最佳温度为50±5℃。
2.2 电流密度的选定
将电解液加热到50℃，抛光时间为160s，分别在68A、70A、72A、74A、76A、78A、80A、82A、84 A不同的电流值下进行电解抛光试验。抛光后用粗糙度仪检测表面粗糙度，计算出每个电流条件下抛光前后粗糙度的差值，电流值与表面粗糙度差值之间的关系见图2。
从图2看出，电流值对镍基合金材料表面质量影响较大，当电流为70～74A时粗糙度差值最大，粗糙度值降低最多，电流大于74A粗糙度差值显著降低，即抛光后粗糙度值降低幅度减小。这是因为电流增大导致镍基合金试板表面局部产生过腐蚀，使表面粗糙度增大。在电流为72A时对抛光后表面选取有代表性的2点进行复膜检验。500倍显微镜下观察抛光后的表面无毛刺和凸起，无晶间腐蚀和枝晶间腐蚀裂纹。所以690镍基合金最佳电流为72±2A（电流密度为60±2A/dm2）。
2.3 电解抛光时间的选定
将电解液加热到50℃，电流为72A，在120s、140s、160s、180s、200s、220s、240s不同的抛光时间下进行电解抛光试验。抛光后用粗糙度仪检测表面粗糙度，计算出每个抛光时间下抛光前后粗糙度的差值，抛光时间与表面粗糙度差值之间的关系见图3。
从图3中可以看出，抛光时间在140～180s时粗糙度差值最大，抛光效果最好，大于180s后，随着抛光时间的增加，粗糙度差值明显降低，抛光时间越长，效果越差，因为时间过长，表面出现腐蚀痕，导致表面粗糙度增加。在160s时，对抛光后的表面选取有代表性的2点进行复膜检验。
500倍显微镜下观察抛光后表面无毛刺和凸起，无晶间腐蚀和枝晶间腐蚀裂纹。所以镍基合金690的最佳抛光时间为160±20s。
3 结论
涂刷式电解抛光技术可应用于大型设备的电解抛光，尤其是核电设备内表面的电解抛光。通过试验研究得出核电镍基合金材料SB168 UNS N06690电解抛光工艺参数：电解液温度50±5℃，电解抛光时间160±20 s，电流密度60±2 A/dm2。
参考文献：
[1]唐昌松，徐恳.电解抛光在不锈钢表面处理中的工程应用[J].机械制造，2008，46（531）：57.
[2]侯文惠，李福援，李林森，刘晓芳.往复电解机械复合抛光工艺的试验研究[J].学术交流，2008，2：72.
[3]陈玉全，董申，邱峰，杨大宇.电解机械磁力便携式抛光机的研制[J].机电产品开发与创新，2005，18 （2）：40.
[4]童建华，李曼萍.银铜合金的电解抛光工艺探索[J].上海工程技术大学学报，2003，17（1）：57.
