3.2　抛光对不锈钢的组织和性能的影响

3.2.1　表层微观组织形貌

（1）机械抛光的影响。对奥氏体镍铬不锈钢，如1Cr18Ni9Ti的机械抛光，仅靠磨料在很大的定向压力作用下整平表面，因此，表面存在一定量的塑性变形组织特征——纤维组织，即拜耳培层。

（2）电化学抛光的影响。马胜利等研究了1Cr18Ni9Ti不锈钢在磷酸/硫酸体系电解液中的电化学抛光后［1］，表层组织由典型的纤维状组织转变为均匀致密的颗粒状晶粒组织形貌。这显然与抛光过程的机理有关。

通常当电流通过电解液时，不锈钢在阳极上，金属表面微观突凸处发生着优先溶解现象，且晶粒中不同晶面微观溶解速率也不相同，从而导致晶粒边缘的出现。但在不同电化学抛光条件下，表面的显微组织形貌有很大的差异。如在65％（质量分数）磷酸、25％（质量分数）硫酸、10％（质量分数）水的电解液中，当阳极电流密度为30A/dm2、T为70℃下抛光15min时，可获得较好的表面抛光效果。当阳极电流密度（DA）过低（DA<20A/dm2）或过大（DA>40A/dm2），或温度过高（>90℃）或过低（<50℃），或抛光时间过长（>25min）或过短（<10min），均不利于表面抛光质量的提高。如在DA=20A/dm2时，表面被腐蚀。

1Cr18Ni9Ti不锈钢电化学抛光时测得的阳极电位-电流密度极化曲线见图3-1。从曲线可见，在AB区间，曲线呈直线状，阳极表面金属只能溶解，不会形成钝化膜，因而被腐蚀，显露出结晶组织。从曲线B、C、D三点上看，阳极表面析出大量的氧气附着在表面上，导致DA=40A/dm2时表面出现腐蚀条纹。

图3-1　实验测得的1Cr18Ni9Ti电化学抛光时的阳极电位-电流密度曲线

3.2.2　表面粗糙度和光亮度

（1）机械抛光表面粗糙度和光亮度。机械抛光表面粗糙度测量值Ra=0.51μm，而光亮度仅为10％，对此实验结果可能的解释是机械抛光表面上会出现很多不规则的晶面，向各个方向均有反射光线。

（2）电化学抛光表面粗糙度和光亮度。图3-2（a）表示固定硫酸与水的比值为2.5，DA=30A/dm2，T=70℃，t=15min的情况下，研究磷酸含量对抛光效果的影响。磷酸含量为65％（质量分数）时，粗糙度（Ra）接近于0.3μm，而光亮度达到80％。马胜利等人指出，在磷酸含量最理想的条件下，抛光有强烈的阳极极化现象。这表明阳极表面有钝化膜生成。因此，电化学抛光时，电解液组成、浓度的选择应使金属表面处于局部钝化和局部活化的中间状态，以达到整平表面、增加光泽的效果。为了达到粗糙度（Ra）值最小，既要达到整平表面，又要增加光亮度，选择最佳的电流密度（DA）、电解液温度T和抛光时间t，使电解抛光处于阳极腐蚀和阳极氧化的中间状态。

图3-2　各因素对表面粗糙度和光亮度的影响

从图3-2（b）～（d）来看，工艺操作参量对抛光效果的影响均显示为抛物线极值关系。只使金属阳极溶解，不能生成阳极钝化膜，阳极金属处于腐蚀状态，虽可整平表面，但金属无光泽，相反，会导致阳极钝化膜的溶解加速，阳极氧化程度增加，严重时出现过腐蚀。只有阳极钝化膜的生长速率和溶解速率大致相同时，才能达到较好的抛光效果。即阳极金属局部钝化-局部活化状态是获得高光亮度、低粗糙度的抛光效果的关键。电化学抛光的表面上不存在有破碎晶粒的变形层，表面钝化膜更具规则的结构和均匀性，因而大大增加金属的光泽性。

3.2.3　表面显微硬度

（1）机械抛光随着时间的延长，表面显微硬度基本上无明显变化，见图3-3抛光时间对表面显微硬度（HV）的影响，并高于电化学抛光显微硬度（HV）。

图3-3　抛光时间对表面显微硬度（HV）的影响

（2）电化学抛光随着抛光时间的延长，表面显微硬度开始时明显下降，15min后下降趋势变得平缓，这主要是因为电化学抛光时冷作硬化层被逐渐溶解，使表面硬度下降而后趋于平缓。

3.2.4　表面耐蚀性

腐蚀实验采用失重法，即在50g/L三氯化铁和1.83g/L盐酸介质在温度50℃中进行。每隔1h取出试样观察其表面腐蚀状态，并在光电分析天平上称量其失重值（mg）。

（1）机械抛光表面耐蚀性。从图3-4抛光条件对不锈钢1Cr18Ni9Ti表面耐蚀性影响的曲线看出，机械抛光的耐蚀性明显低于电化学抛光，这主要是机械抛光表面的冷作硬化变形层的腐蚀速率较高，加之在机械研磨过程中，不可避免地有磨料微粒嵌入变形层中，加大了变形层的腐蚀速率。

图3-4　抛光条件对1Cr18Ni9Ti表面耐蚀性的影响

（2）电化学抛光使金属表面冷作硬化层溶解，表面活性降低，更重要的是，表面有一连续的钝化膜形成，显著提高其耐蚀性。