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【技术讲堂】金刚石砂轮电解修整磨削液的防锈性能研究

http://www.momo35.com   来源:磨削系统解决方案  日期:2017/01/05

摘 要 分析几种防锈添加剂对金属结合剂金刚石砂轮电解修整磨削液防锈性能的影M向,通过试验确定了几种防锈添加剂的合理含量,以及不同氯化钠电解液浓度所对应的各类添加剂含量。论文确定了金刚石砂轮电解修整磨削液的基本组成,并进行了电解修整磨削液的电解性能试验。


  关键词 电解 磨削液 金刚石砂轮 修整


  金属结合剂(铸铁基、青铜基)金刚石成形砂轮,具有结合强度高、耐磨性好、磨削比大等特点,广泛应用于硬脆材料的成形磨削和精密、超精密磨削,可以实现上述硬脆难加工材料在实际生产中的高效、量产化加工。然而,金属结合剂砂轮的修整较难,一直是磨削领域的研究热点之一。电解修整法将金属结合剂金刚石砂轮作为电解阳极,与修整工具阳极形成电解间隙,其间通过电解修整磨削液,与修整电源构成回路。根据电化学理论,金刚石砂轮表面的金属结合剂发生阳极溶解反应而被去除,电解修整法可以实现金属结合剂成形金刚石砂轮的整形与修锐,实现成形磨削加工中的在线电解修整,保持砂轮表面的金刚石磨粒始终处于锋利磨削状态的露出高度。


  电解修整磨削液是金刚石砂轮在线电解磨削过程中的基本组成之一,应同时具备电解液和磨削液的性能。具有较好的电解、钝化、防锈、润滑、冷却、清洗性能以及无毒无害等要求。电解液一般以氯化钠、氯酸钠等强电解质为主要成分,腐蚀性较强,这就要求作为磨削液的砂轮修整电解液要有良好的防锈性能,保护机床设备不受腐蚀,本文通过试验研究,分析几种主要添加剂对电解磨削液防锈性能的影响。


  1 实验方法


  以NaCl为电解修整磨削液主盐,选择三乙醇胺、丙三醇、磷酸钠、苯甲酸钠、六次甲基四胺、磷酸氢二铵等六种化学添加剂,用蒸馏水配制电解修整磨削液。变化NaCl浓度与各添加剂的含量,将35号低碳钢圆柱销打磨干净直至无锈,放入配置的各种浓度电解修整磨削液中,在室温条件下观察圆柱销的生锈情况。选择防锈性能较好的电解磨削液进行电解性能试验。稳压直流电源的正极接背面涂刷绝缘漆的铸铁片(阳极),负极按紫铜片(阴极),设定电解间隙2.5mm,电压10V.将铸铁片和铜片用绝缘胶带固定好放置盛有电解液的玻璃容器中,观察电解过程并记录电流随时间的变化。


  2 结果与讨论


  2.1 每种添加剂的防锈效果


  对于浓度0.1%NaCl无其它添加剂的电解磨削液,观察圆柱销放入溶液24小时后的情况,圆柱销产生大量的锈。对于0.1%NaCl,丙三醇添加含量为10mL~50mL/L的电解磨削液,圆柱销放入溶液24小时后仍产生大量的锈迹。由上述结果,单纯的氯化钠电解质溶液和添加润滑剂丙三醇的电解磨削液都不具备防锈能力。电解磨削液要求具备较好的润滑性能,丙三醇属于一种油性添加剂,可增加电解修整磨削液的油性和渗透力,保证边界润滑膜的强度。


  在0.1%NaCl溶液中分别加入三乙醇胺和磷酸钠,观察圆柱销放入溶液24小时后的防锈情况,从而并确定每种添加剂的最低含量。三乙醇胺是一种水溶性有机缓蚀剂,防锈作用机理是主要吸附在金属表面上,阻止金属溶解,起到缓蚀防锈作用:磷酸钠易溶于水属于无机缓蚀剂,使金属表面形成不溶性钝化膜层或反应膜层,防止金属腐蚀。如表1所示,三乙醇胺的含量逐渐增加,当三乙醇胺含量为5mL/L时,圆柱销的外圆面和端部有大量锈蚀。当三乙醇胺含量为15mL/L时,仅在圆柱销的端部有少量锈蚀。当三乙醇胺含量为20mL/L时,金属外圆面和端部无任何锈迹。


  同样,当磷酸钠含量为1g/L时,圆柱销的外圆面和端部有大量锈蚀,溶液中有淡绿色沉淀物。逐渐增加磷酸钠的含量,当磷酸钠含量为4g/L时,仅在圆柱销的端部有少量锈蚀。当磷酸钠含量为5g/L时,金属外圆面和端部无任何锈迹。因此,对于0.1%NaCl溶液,保证金属不生锈,需要添加三乙醇胺的最低含量为20mL/L,或加入磷酸钠的最低含量为5g/L.


  在0.1%NaCl溶液中,分别加入苯甲酸钠和六次甲基四胺,观察圆柱销放入溶液24小时后的防锈情况。苯甲酸钠可溶于水,无毒性,安全性好,能降低溶液的氧化电位。六次甲基四胺溶于水,属于水溶性防锈添加剂。两种添加剂的防锈作用机理是可使金属表面形成不溶性钝化膜层或反应膜层,阻止金属腐蚀当苯甲酸钠含量为1g/L时,圆柱销的外圆面和端部有大量诱蚀。当苯甲酸钠含量为6g/L时,圆柱销金的外圆面和端部均无任何锈迹。同样,当六次甲基四胺含量为1g/L时,圆柱销的外圆面和端部有大量锈蚀。逐渐增加六次甲基四胺的含量为6g/L时,圆柱销金属的外圆面和端部均无任何锈迹。


  2.2 几种添加剂的协同防锈效果


  通过上述实验可以确定,当NaCl浓度为0.1%时,电解液具备防锈性能所需的各种防锈添加剂的含量分别为,磷酸钠5g/L,六次甲基四胺6g/L,苯甲酸钠6g/L,三乙醇胺20mL/L.配制0.1%NaCI溶液,并加入上述含量的添加剂,该混和溶液经防锈试验观察,7天圆柱销不生锈:加入防霉剂磷酸氢二胺5g/L,可以保证上述防锈电解磨削液在14天内不变质,不发霉。磷酸氢二胺属于防霉添加剂中的一种,可以防止溶液中的细菌繁殖。


  考虑到多种防锈添加剂的协同作用比单一添加剂的效果显着,通过防锈实验确定不同的NaCl浓度所需要的各种添加剂含量。分别配制NaCl浓度为0.1%,0.5%,1.0%,5.0%,10.0%的电解磨削液,


  其中为了获得电解磨削液的防霉作用,磷酸氢二胺含量为5g/L;为了保证电解磨削液的润滑性能,丙三醇含为50mL/L.改变三乙醇胺、丙三醇、磷酸钠、苯甲酸钠四种防锈添加剂的含量,确定出防锈性能良好的电解磨削液溶液,表2示出五种NaCI浓度电解磨削液,具备防锈作用时的四种主要防锈添加剂的含量。


  随着氯化钠浓度的提高,各添加剂的含量相应增加。但添加剂的质量并不与氯化钠的质量成正比例关系,如图1所示磷酸钠与氯化钠的质量比曲线,可以看出随着溶液中氯化钠浓度的增加,磷酸钠与氯化钠的相对质量比逐渐减小。同样,随着溶液中氯化钠浓度的增加,三乙醇胺、丙三醇和苯甲酸钠与氯化钠的质量比也逐渐减小。


  2.3 电解性能


  通常电解液中氯化钠的浓度范围为10%~18%,选择表2中防锈性能较好的氯化钠浓度为10%的电解磨削液进行电解性能试验,各种防锈添加剂的含量见表2,磷酸氢二胺含量为5g/L,丙三醇含量为50mL/L,结果如图2所示。电解过程中,铸铁片的电解速度较快,有气泡均匀产生。随着电解过程的进行,在铸铁表面逐渐形成一层较坚固的红褐色钝化膜,该膜为非导体薄膜,其厚度对电解过程的导电率有直接影响,使电解电流快速降低,阻止电解过程继续进行。电流密度在短时间内达到平稳状态,当电解时间为7min时,电流密度为2.59A/cm2.


  在金刚石砂轮磨削过程中,结合剂表面的钝化膜逐渐被工件磨除而变薄,使电阻减少到一定值,此时电解反应再度进行,又可以对金刚石砂轮的铸铁表面结合剂进行修整。这样,便可以保持一个动态平衡的过程,即砂轮表面电解生成钝化膜和钝化膜逐渐变薄又生成的过程。


  3 结束语


  氯化钠电解修整磨削液中,磷酸钠,六次甲基四胺,苯甲酸钠和三乙醇胺四种防锈添加剂的含量达到一定数值时,可以使电解修整磨削液具备一定的防锈作用。四种防锈添加剂的共同作用优于一种防锈剂的防锈效果。对于不同浓度的氯化钠电解修整磨削液,各种防锈添加剂的含量相应改变,随着溶液中氯化钠浓度的增加,各种防锈添加剂与氯化钠的相对质量比逐渐减小。

 
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