CN106245107A - 一种铍材料的表面抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料抛光技术领域，具体公开了一种铍材料的表面抛光方法：将所述铍材料置于提供有电解液的电解池中进行电解抛光。所述电解液包括以下重量百分比的成分：磷酸20‑40％、丙三醇5‑15％、明胶5‑15％、二乙基铍5‑10％、无水乙醇10‑20％和硫酸10‑20％。本发明采用电解抛光的方法对铍材料表面进行抛光，电解液在通电状态下溶解铍材料表面的凸起部分，减少铍材料表面的高度差，降低铍材料表面的粗糙度，削弱其对光线的漫反射，提高镜面反射的效率，从而提高铍材料表面的光泽度；同时不改变铍材料的尺寸，且不影响铍材料的力学性能、弹性等性能。该方法加工效率高、能耗低、精度高，单位时间成品率大大提高。

Description

一种铍材料的表面抛光方法
技术领域
本发明涉及金属材料抛光技术领域，具体涉及一种铍材料的表面抛光方法，主要针对用于核反应堆焊接用铍材料。
背景技术
铍具有独特的力学与物理性能，因此，在核反应堆、X射线、航空航天及消费性装置领域得到了愈来愈多的应用，而很多领域对铍表面光洁度有特殊的要求。目前主要采用机械抛光、机械超声震动抛光和研磨抛光的技术对铍材料进行表面光洁处理，但是这些表面处理技术均存在加工效率低下、成品率低、能耗高、精度低的缺点。机械加工后，铍表面存在一定应力，并且表面粗糙度差，不均匀，传统机械加工表面处理方法达不到光洁度要求，而机械超声震动虽然可以去应力，但其效率低下制约了此方法只适合在实验室使用，不能工业级生产。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铍材料的表面抛光方法，具有加工效率高、能耗低、精度高的特点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种铍材料的表面抛光方法，其特征在于，将所述铍材料置于提供有电解液的电解池中进行电解抛光。
优选地，所述电解液中溶解有二乙基铍。
优选地，所述电解液中还溶解有丙三醇。
优选地，所述电解液包括以下重量百分比的成分：磷酸20-40％、丙三醇5-15％、明胶5-15％、二乙基铍5-10％、无水乙醇10-20％和硫酸10-20％。
电解抛光，是利用阳极在电解池中所产生的电化学溶解现象，使阳极上的微观凸起部分发生选择性溶解以形成平滑表面的方法。
铍表面电解抛光方法的电解液选择要兼顾到抛光效果、分散能力、操作环境和废液排放等多方面因素，本发明的电解液各成分中：
磷酸是中等强度的三元无机酸，对大部分金属的化学腐蚀性弱，且易与金属生成钝化膜。且磷酸粘度大，在电解抛光中容易使阳极金属离子聚集形成作用，对改善金属表面粗糙度有一定的作用。同时，残留在金属表面的少量溶液能转变为不溶性的磷酸盐保护膜，这层保护膜也是氧化膜的一部分，也有助于提高材料表面的光泽度。
硫酸是强氧化剂，同时也是强酸，能完全电离，因此有很强的导电性。硫酸的分散性好，能使整个材料表面均匀抛光。在加热情况下，浓硫酸能溶解很多金属，有助于形成氧化层。适当的使用硫酸，有助于提高材料的整平能力；但浓硫酸过多时，会出现纯化学浸蚀作用，这种作用会对抛光效果产生不良的影响。
无水乙醇主要是为了加快电解池中离子的运动速度，从而提高电解液的均匀性。
丙三醇和明胶主要是为了提高电解液的粘度，使得氧化膜容易形成，有助于改善材料表面的粗糙度，同时，丙三醇还可以起到缓蚀的作用。
二乙基铍可促进电解反应向正方向进行。
优选地，所述电解液按照以下步骤进行配制：向磷酸中依次加入丙三醇、明胶、二乙基铍、无水乙醇和硫酸，混合均匀。
在对铍材料表面进行电解抛光过程中，使整个铍材料表面上获得均匀一致的光泽效果是非常重要的。决定抛光效果均匀一致的因素主要有电流密度的分布和H+浓度的均匀性(分散能力)，由于被抛光铍材料的形状往往比较复杂，表面凹凸起伏，使得阳极表面上的电流密度分布很不均匀，然而抛光效果往往与电流密度密切相关。
作为优选地，所述电解池中的阴极为环形。
作为优选地，所述电解池中的阴极为钼。
作为优选地，所述电解抛光的电流密度为35-50A/dm3。
作为优选地，所述电解抛光中电解液温度为50-80℃。
作为优选地，所述电解抛光的时间为4-8分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用电解抛光的方法对铍材料表面进行抛光，电解液在通电状态下放电，溶解铍材料表面的凸起部分，减少铍材料表面的高度差，降低铍材料表面的粗糙度，削弱其对光线的漫反射，提高镜面反射的效率，从而提高铍材料表面的光泽度；同时不改变铍材料的尺寸，且不影响铍材料的力学性能、弹性等性能。该方法加工效率高、能耗低、精度高，单位时间成品率大大提高。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
电解液的成分为：磷酸、明胶、无水乙醇和硫酸，其中，磷酸、明胶、无水乙醇和硫酸的质量比为2.3:1:1:1；将铍材料放入提供上述电解液的电解池中，电解池中阳极为铍、阴极为钼，且阴极为环形。电解条件为电解液温度60℃，电流密度为35-50A/dm3，抛光电解8分钟。
在本实施例的电解液中，主要有Be、Mo、H+、SO4 2-、PO4 3-等粒子，通电后阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，按照得电子能力顺序排列，H+得到电子生成H2，使溶液中H+数量减小；阴离子向阳极移动，按照失电子能力顺序排列，Mo失去电子形成Mo6+；与此同时，阴极的H+和Be表面凸起的位置发生反应，缩小凹凸不平的程度，生成H2和Be2+，溶液中的H+数量也随着化学反应和电化学反应的进行而减小，当溶液中的H+数量减小到一定程度时，便不能达到电解抛光的目的，此时需要添加或者替换电解液，继续进行电解抛光。
由本实施例的电解抛光效果可知，当电流密度较低，抛光时间小于4分钟时，抛光表面还存在1/10—1/100μm的微凸起，加剧了对光的漫反射，致使铍表面的光泽度不好。当电流密度为35-50A/dm3时，作用8分钟，铍表面的微凸起几乎就被完全整平，非常平滑的氧化膜表面强化了光的镜面反射，提高了铍材料表面的光泽度。
实施例2
电解液的成分为：磷酸30％、丙三醇15％、明胶10％、二乙基铍5％、无水乙醇20％和硫酸20％；将铍材料工件放入提供上述电解液的电解池中，电解池中阳极为铍、阴极为钼，且阴极为环形。电解条件为温度80℃，电流密度为40-45A/dm3，抛光电解4-5分钟。
在本实施例的电解液中，主要有Be、Mo、H+、SO4 2-、PO4 3-等粒子，通电后阳离子向阴极移动，在阴极得到电子，按照得电子能力顺序排列，H+得到电子生成H2，使溶液中H+数量减小；阴离子向阳极移动，按照失电子能力顺序排列，Mo失去电子形成Mo6+；与此同时，阴极的H+和Be表面凸起的位置发生反应，缩小凹凸不平的程度，生成H2和Be2+。本实施例电解液中的丙三醇主要起缓蚀作用，以减缓被抛光铍材料表面的腐蚀，也有助于铍材料工件表面氧化膜的生成，同时，二乙基铍为催化剂，可促进反应向正方向进行，与实施例1相比，进一步提高了铍材料工件表面的抛光效果，本实施例电解抛光后的铍材料工件表面平整，工件尺寸未发生变化，且具有较高的光泽度。
将本实施例的表面抛光后的铍材料工件与表面抛光前的铍材料工件进行焊接，其焊接后的抗拉强度为：表面抛光前的铍材料工件的抗拉强度为465MPa，经过本实施例的电解抛光后的铍材料工件的抗拉强度为492MPa。由此可知，经过本发明的电解抛光方法对铍材料工件进行抛光后，铍材料工件表面的凹凸程度均匀，这对铍材料应用于核反应堆焊接行业具有重要意义。
实施例3
本实施例的电解液成分和电解条件与实施例2相同，不同之处仅在于本实施例中的阴极为条状电极，将本实施例抛光后的铍工件置于酒精中超声震动、清洗并吹干后，其表面呈现电流状弯曲条纹，与实施例2抛光后的工件相比，凹凸程度明显不均匀。由此表明，本发明采用环形电极，可以有效提升电流密度分布的均匀度，进而提升电解抛光后铍材料表面的平整均一度。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种铍材料的表面抛光方法，其特征在于，将所述铍材料置于提供有电解液的电解池中进行电解抛光。
2.根据权利要求1所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解液中溶解有二乙基铍。
3.根据权利要求2所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解液中还溶解有丙三醇。
4.根据权利要求1所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解液包括以下重量百分比的成分：磷酸20-40％、丙三醇5-15％、明胶5-15％、二乙基铍5-10％、无水乙醇10-20％和硫酸10-20％。
5.根据权利要求4所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解液按照以下步骤进行配制：向磷酸中依次加入丙三醇、明胶、二乙基铍、无水乙醇和硫酸，混合均匀。
6.根据权利要求1所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解池中的阴极为环形。
7.根据权利要求1所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解池中的阴极为钼。
8.根据权利要求1所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解抛光的电流密度为35-50A/dm3。
9.根据权利要求1所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解抛光中电解液温度为50-80℃。
10.根据权利要求1所述的铍材料的表面抛光方法，其特征在于，所述电解抛光的时间为4-8分钟。
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