01电抛光过程机理 金属的电抛光是一种特殊的阳极加工过程，它不同于普通的阳极加工过程，它能使阳极表面平整，达到高度平滑和光亮。而一般的阳极加工过程往往使金属表面变得更粗糙，不会出现光泽。 一般认为，在电化学抛光时，金属制品表面同时处于两种状态之下：微观凸起处的金属表面处于活化状态，该处的溶解速度大;微观凹处表面处于钝化状态，该处的金属溶解速度小，这样，经电化学抛光处理一段时间后，制品表面的微凸起处便被整平，出现光亮的外观。 关于电解抛光的机理，虽然经过多年的生产实践和科学研究，提出了多种理论解释，但至今仍未得到统一的见解，尚待深入研究。以下简单介绍电化学抛光过程的黏膜理论和氧化膜理论。 (1)黏膜理论 在电抛光过程中，在一定条件下，金属阳极的溶解速度大于阳极溶解产物离开阳极表面向电解液深处扩散的速度，于是溶解产物就在阳极表面附近积累，使阳极附近金属盐浓度不断增加，形成一层电阻比较大的黏膜，并且此黏膜可以溶解在电解液中。 在金属凹凸不平的表面上，此黏膜分布是不均匀的，在表面微凸处薄一些，而在表面微凹处厚一些。由于凸起处的黏膜薄，电阻小，因此电流密度大，氧气析出多，故该处溶液的搅动程度大，液体易于更新，因此凸起处的黏膜溶解较快。 而凹处的黏膜厚，电流密度也小，故对黏膜的溶解不利，因此处在黏膜的保护之下，溶解速度很慢。结果随着电抛光时间的延续，阳极表面上的凸起处逐渐被削平，整个表面变得平滑光洁。 (2)氧化膜理论 一般认为上述黏膜还有另外一个作用，即阻碍阳极的溶解，使阳极的极化作用加强。在电抛光过程中，在阳极溶解的同时，当阳极电位达到氧的析出电位时，由于新生态氧的作用，金属阳极表面上形成一层氧化膜，它有一定的稳定性，从而使金属阳极的表面由活化状态转入了钝态。 但这层氧化膜在电解液中是可以溶解的，所以此时建立的钝态并不是完全稳定的。由于阳极表面微凸处电流密度高，形成的氧化膜比较疏松，而且该处析出的氧气较多，对溶液的搅拌作用大，溶液易于更新，有利于阳极溶解产物向溶液中扩散，故该处氧化膜的化学溶解速度较快。 相比之下，阳极表面的微凹处则处于相对稳定的钝态，氧化膜的溶解和生成速度均较表面微凸处慢。在整个电抛光过程中，氧化膜的形成和溶解反复进行，而且凸处比凹处进行得快，结果，凸处就优先被整平，从而达到了抛光的效果。 02 电抛光溶液及工艺规范 (1)电抛光溶液 电抛光溶液对于抛光的质量有重要影响，其组成视待抛光金属材料的不同而异，无统一配方。对电抛光溶液都有如下要求： ①电抛光溶液中应当含有一定量的氧化剂，这对金属表面形成氧化膜和黏膜是有利的，而不能有破坏氧化膜和黏膜的活性离子，如Cl一等存在; ②在不通电情况下，电抛光溶液不应对抛光金属有明显的腐蚀作用; ③无论通电与否，电抛光溶液都必须足够稳定; ④电抛光溶液应当有较宽的工作范围(如温度、电流密度等)和通用性，允许的电流密度下限应较小; ⑤抛光能力强、电能消耗小、低廉和无毒; ⑥对阳极产物的溶解度大，并且容易将其清除。 由于金属和合金的物理化学性质相差很大，所以很难找到一种通用的电抛光溶液。工业上采用的电抛光溶液大致分为两类。 第一类是电阻较低的电抛光液。 此类电抛光液可以采用较低的电压(<25V)，其主要成分是磷酸，有时也添加一定比例的硫酸。由于磷酸具有黏度大，对金属的化学溶解性小，易于形成薄膜、抛光极限电流密度较小等优点，因此大多数情况下都采用磷酸作为电抛光溶液的主要成分。抛光液中加入一定量的硫酸，可以提高抛光速度、增加光亮度，但含量不宜过高，以避免引起腐蚀。铬酸是氧化剂，有利于表面形成氧化膜，所以也常添加适量的铬酐，以提高抛光效果，获得光亮表面，此外还可防止被抛光金属的腐蚀。还可加入少量金属盐和有机添加剂以改善表面质量。在生产中也可采用硫酸与柠檬酸混合型电抛光液，有的抛光液中还加入少量的甘油、甲基纤维素等缓蚀剂。 第二类是高电阻的电抛光液。 用此类电抛光液电解时，需要直流电压为50～200V，这类抛光液应用较少，其主要成分是高氯酸，有时也加入些醋酸、酒精等有机物。虽然此类电抛光液所抛金属的光洁程度很高，但生产成本高且不安全，抛光液分解时可能发生爆炸，它主要用于制备金相磨片。 (2)电抛光工艺规范 影响电抛光质量的主要因素除了电抛光溶液之外，还包括电流密度、温度、抛光时间、搅拌条件、阴极材料等。只有将这些条件与抛光液的组成很好配合起来，才能得到满意的抛光效果。 1)电流密度 电解抛光时，多数情况下，阳极电流密度与被溶解金属的量几乎成线性关系。对于任何一种金属电抛光液系统，都存在着最适宜的电流密度。 一般而言，电流密度过低，电极处于活化状态，由于金属的阳极溶解，表面将产生浸蚀，表面较粗糙;电流密度过高时，氧气将大量析出，使阳极局部表面被覆盖而导电不良。另外，可能引起阳极表面局部过热，造成金属表面过腐蚀，表面光洁程度变坏，同时电能消耗也增大。 2)温度 当抛光电流密度一定时，随着抛光液温度升高可以提高电抛光的速度。 因为温度升高，溶液黏度降低，对流作用加强，扩散速度加快，阳极附近溶液迅速更新，从而有利于阳极溶解。 但从获得高的金属表面光亮度考虑，不宜采用过高的温度。因为温度过高时，阳极表面抛光液容易过热，产生的气体和蒸汽可能将抛光液从金属表面挤开，从而降低了抛光的效果： 3)时间 电解抛光过程的持续时间决定于下列因素：金属制品原始的表面状态、所用的电流密度和温度、电解液的组成以及金属的性质等。 在电抛光开始的一段时间内，阳极表面的整平速度最大，以后就越来越小，甚至到某一时间后，再延长抛光时间，不仅不能使表面粗糙度降低，反而会使之增加。因此，抛光时间应综合考虑以上因素。 一般情况下，随着电流密度的增加和温度的提高，抛光时间应缩短。当制品原始表面质量好且要求高时，抛光时间应缩短。为了提高表面光亮度，达到良好的抛光效果，在实践中常采用反复多次抛光的方法，而每次的抛光时间均应控制在许可的范围之内。 4)搅拌条件 电解抛光时搅拌电解液常常可以提高抛光质量，因为它能使阳极表面附近的抛光液更新，抛光液的温度更加均匀，防止金属表面局部过热，加快黏膜的溶解速度，从而提高抛光速度。 同时，搅拌还可赶走滞留在金属表面的气泡，以消除麻点或条纹。但是搅拌的速度不宜过大，否则会使黏膜溶解速度过快而影响抛光的效果。实际生产中常采用移动阳极(往复式或上下式)的方法来搅拌溶液，移动速度为1～2m/min。 5)阴极材料 电解抛光的阴极一般选择铅板。从电流效率的观点分析，增大阴极面积是有利的，但是增大阴极面积会使Cr6+还原成Cr3+的速度加快，一般采用(1～1.5)：1的阴极、阳极面积比。 03 不同基体材料的电抛光工艺 1)钢铁材料的电抛光工艺 由于钢铁材料种类很多，成分相差很大，不同钢材应通过试验选择抛光液配方和操作条件，以获得最佳效果。生产中广泛采用的是以磷酸、硫酸为主要成分的抛光液，再添加少量铬酐可以用来抛光大多数的碳钢及合金钢。 电抛光液中各个组分的变化，对电解抛光质量产生一定程度的影响。当电解液中硫酸含量高时，溶液电导增加，分散能力增强，抛光面的光泽好。但硫酸不宜过多，否则将使Cr03以Cr03·S03的形式部分沉淀出来，从而降低表面光泽，缩短抛光液的使用寿命。抛光液中水量应保持一定，水量不足时，可能导致Cr03析出。但水的最高含量不超过30%，否则抛光面的光泽将下降。 由于电抛光时，钢铁件发生阳极溶解，而且溶解下来的铁留在溶液中，所以溶液中不断积累铁离子。当铁含量以Fe203计达到7%～8%时，溶液失去抛光能力，需部分或全部更换，或者除去溶液中积累的铁。除铁的方法有两个：一是使铁在阴极上电沉积;二是使铁以难溶盐的形式沉淀。 含铬酐的抛光液在新配制后需要通电处理，因为溶液中Cr3+过高，以Cr203计超过2%时，抛光表面光亮度下降，通电处理使Cr3+氧化成Cr6+。 钢的常用电抛光工艺规范，列于表1中，其阴极材料均采用铅板。其中配方1通用性好，应用较广泛;配方2适用于各种类型钢材;配方3适合lCrl8Ni9Ti等奥氏体不锈钢;配方4适用于不锈钢，抛光质量较好，溶液寿命长，常用于精密零件。 表1钢铁电抛光工艺规范
2)铝及其合金的电抛光工艺 铝及其合金的电抛光多采用以磷酸为主的抛光液。此类抛光液的特点是对铝基体的溶解速度快，整平性能好，电抛光后金属表面会生成一层抗腐蚀能力很强的氧化膜层，一般制品不需再进行阳极化处理。电抛光溶液中磷酸主要用于溶解铝及其氧化物，添加硫酸可以降低抛光液的电阻，从而降低操作电压，促进电解过程稳定。 铝的纯度对电抛光的质量有明显的影响。例如，在三酸(H3P04、H2SO4、H2Cr207)混合抛光液中，抛光含铝为99.6%的制品时，其反射能力可以提高75%～90%;而对于含铝为99.2%的制品，只能提高68%～80%，并且纯度越低越容易出现斑点状浸蚀。故欲获取高反射能力的铝制品，应当选用高纯度的铝材为原料。 抛光液中的氯离子是有害杂质，当氯离子的含量超过1%时，铝制品的表面易出现点状腐蚀，含量超过5%时，应该部分或全部更换抛光液。此外，抛光液应定期补加水及酸，使抛光液的相对密度维持在1.67～1.70。 抛光结束后，应迅速将零件从抛光液中取出，并立即进行充分洗涤，否则抛光面上容易产生斑点。抛光后若需除去制品表面的氧化膜，可用10%的NaOH溶液，于50℃左右浸数秒即可。 目前常用的铝及其合金的电抛光工艺规范列于表2，其阴极材料均为铅或不锈钢。其中配方l适用于纯铝及铝铜合金;配方2适用于纯铝、铝镁和铝锰合金;配方3适用于纯铝、铝镁和铝镁硅合金，溶液需要搅拌;配方4的抛光质量好，但成本较高。 表2铝及其合金的电抛光工艺规范
3)铜及其合金的电抛光工艺 铜及其合金电抛光常用的工艺规范见表3。其中配方1适用于铜及黄铜件的电抛光;配方2和配方4适用于黄铜及青铜的电抛光;配方3适用于黄铜及其他铜合金。新配制的抛光液应进行通电处理，通电量为5～8A·h/L。 表3铜及其合金的电抛光工艺规范
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