鋼鐵表面電化學(xué)毛化工藝及機(jī)理研究.pdf

1、隨著汽車、家電等行業(yè)的快速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)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(biāo)，這均與帶鋼表面形貌的特征參量有密切關(guān)系。其中均勻分布的粗糙度和隨機(jī)分布的微觀凸起形貌，可以減少光學(xué)干涉條紋、避免橘皮效應(yīng)，有利于改善帶鋼的涂漆光學(xué)特性。
　　軋輥在鋼鐵生產(chǎn)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(guò)程而生產(chǎn)出來(lái)的。其使用狀況不僅影響鋼鐵生產(chǎn)消耗和生產(chǎn)成本，而且直接影響生產(chǎn)穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量

2、。對(duì)軋輥表面進(jìn)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(nèi)凹毛化形貌，生產(chǎn)出來(lái)的毛化輥受冷軋輥材質(zhì)的影響，粗糙度衰減過(guò)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(duì)其表面粗糙度的拷貝。
　　本論文在控制電沉積鉻的同時(shí)引入表面處理、過(guò)渡層和添加劑來(lái)強(qiáng)化鍍鉻毛化過(guò)程，籍可控電化學(xué)工

3、藝和表面處理來(lái)實(shí)現(xiàn)表面構(gòu)型，獲得可控的表面形貌、粗糙度和硬度;提高毛化層間的結(jié)合強(qiáng)度，降低層脫落風(fēng)險(xiǎn)性;通過(guò)添加所含超細(xì)顆粒的復(fù)合共沉積實(shí)現(xiàn)毛化層的強(qiáng)韌化，進(jìn)一步提高毛化層的耐磨性。
　　結(jié)合國(guó)內(nèi)外工藝現(xiàn)狀，本論文設(shè)計(jì)了一種在金屬表面進(jìn)行顆粒復(fù)合電化學(xué)鉻毛化以及脈沖電沉積毛化的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shè)置的脈沖電化學(xué)毛化。實(shí)驗(yàn)得到了具有一定粗糙度且結(jié)晶狀態(tài)為半球狀的鉻毛化層，同時(shí)凸起遠(yuǎn)多于凹坑，這將有利于實(shí)際生產(chǎn)中帶鋼對(duì)于冷軋輥形貌的拷貝，為生產(chǎn)更優(yōu)質(zhì)的冷軋產(chǎn)品提供了可能。
　　復(fù)合電化學(xué)毛化試驗(yàn)結(jié)果表明:復(fù)合顆粒電化學(xué)毛化工藝中，電解液溫度對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果影響最大，電解液的pH值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響次之，電流密度對(duì)試驗(yàn)結(jié)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(shí)，粗糙度結(jié)果都比較大，為試驗(yàn)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(xué)毛化分布均勻，結(jié)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(shí)驗(yàn)對(duì)粗糙度值Ra有很顯著的影響，粗糙度值Ra在0.996～3.788μm內(nèi)變化，其中脈沖電流密度Jp、關(guān)斷時(shí)間toff及總時(shí)間t對(duì)于粗糙度值的影響顯著。由于占空比γ對(duì)粗糙度影響顯著，導(dǎo)通時(shí)間ton和關(guān)

6、斷時(shí)間toff共同決定占空比γ，因而導(dǎo)通時(shí)間ton對(duì)粗糙度值的影響也顯著;隨著總電鍍時(shí)間t的增長(zhǎng)，粗糙度值Ra有一定的增長(zhǎng)，但當(dāng)t大于100min時(shí)，Ra變化不大;合適的電鍍液溫度為50℃。
　　經(jīng)對(duì)脈沖電化學(xué)毛化后的試樣測(cè)試，毛化層與基體間的結(jié)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(guò)渡作用。不僅使得增加了層之間的結(jié)合力，而且降低了鉻層的內(nèi)應(yīng)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(guò)復(fù)合顆粒電化學(xué)毛化以及脈沖電化學(xué)毛化來(lái)實(shí)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(guò)脈沖電化學(xué)毛化擴(kuò)散雙電層模型的建立，解釋電極附近的脈沖擴(kuò)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(dòng)，金屬離子的運(yùn)動(dòng)速度與電流強(qiáng)度相關(guān)性大。采用脈沖電化學(xué)毛化時(shí)，由于脈沖電流具有較高