电化学抛光

第二节　电化学抛光

电化学抛光又称电解抛光，它是将金属工件置于一定溶液中进行阳极处理，以获得光亮表面的过程。电解抛光可用于金属部件镀前的表面准备，也可用于镀层的精加工，还可以作为独立的金属加工方法。电解抛光时，金属工件接阳极，阴极材料大多使用不溶性金属铅及不锈钢等。通电后金属表面形成电阻率高的黏膜，表面凸起处电流密度较大，金属溶解快;凹处电流密度小，金属溶解速度慢。从而使表面凸起处溶解快，凹进处溶解慢，金属表面达到整平的目的。

电抛光可用于提高表面的反光系数，用于金属部件的精饰加工，用于消除表面的毛刺，还可用于制造金相试片等。电化学抛光适于结构钢、工具钢、低合金钢、镍铬不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金、镍及镍合金和铝镁合金等。

一、钢铁电化学抛光

碳钢和低合金钢一般采用磷酸—铬酐类抛光液，阴极用铅板，电源电压12V。而不锈钢的电抛光通常使用磷酸—硫酸类电解液。

新配制的电解抛光液，需先在阴极面积大于阳极面积几倍的情况下进行电解处理，使溶液中的一部分六价铬还原为三价铬离子。所用的阳极电流密度为30～40A/dm²，通电量为5～6A·h/ L。通电处理后，就可以进行电化学抛光。

在电解过程中，由于阳极溶解不断有铁离子积累，使金属部件抛光的光亮度逐渐下降，当铁质量分数(Fe₂O₃计)达到7%～8%时，允许更换溶液。如溶液中三价铬离子浓度超过2%(Cr₂O₃计)，抛光质量将下降。可采用大阳极面积进行电解处理，阳极用石墨，阴极最好用素烧陶瓷隔离。通电处理后，除去阴极室内三价铬化合物。碳钢、合金钢和不锈钢电解抛光液组成及工艺条件见表4－9。

表4－9　碳钢、合金钢和不锈钢电解抛光液组成及工艺条件

二、铜及铜合金电化学抛光

铜及铜合金电化学抛光通常采用以磷酸为主的抛光液，新配制的溶液要进行适当的通电处理，使溶液中含有少量的铜离子，可提高抛光效果。铜及铜合金抛光后，为了提高其耐蚀性，最好用质量分数为10%的重铬酸钾溶液在室温下浸泡1min，或用2.5%的苯丙三氮唑在60℃下浸泡5min，进行钝化处理。

铜及铜合金电解抛光液组成及工艺条件见表4－10。

表4－10　铜及铜合金电解抛光液组成及工艺条件

注:配方3中加入少量苯并三氮唑，对铜及铜合金有钝化作用，因而可防止抛光后零件表面变暗。

新配制的溶液进行适当的通电处理，使溶液中含有少量铜离子，能改善抛光效果。电解抛光时，阴极板最好用耐酸布套包住，并经常刷去阴极上的铜粉，以防其污染溶液。

三、铝及铝合金电化学抛光

铝及铝合金电化学抛光通常使用酸性溶液，但纯铝(L1、L2、L3等)和铝镁合金(LT66)等必须用碱性溶液抛光。酸性溶液对金属基体的溶解速度快，抛光效果好，电化学抛光后表面生成一层有较弱抗蚀能力的氧化膜。酸性溶液在使用过程中，三价铬含量逐渐升高，可通过阳极处理将三价铬氧化为六价铬。当溶液中铝的质量分数超过5%时，需部分或全部更换溶液。溶液中尽量不含有氯离子或含量低于80mg/L，否则易出现点蚀。

碱性抛光溶液使用的电流密度低，溶液对基体的溶解速度小，主要用于进一步提高经机械抛光后的铝件的光亮度。抛光后表面容易生成一层半透明的氧化膜，因此，在抛光后必须将铝件浸入到磷酸和铬酸溶液中除膜，除膜液成分为:CrO₃10g/L+ H₃PO₄30mL/L。

铝及铝合金电化学抛光液组成及工艺条件见表4－11。

表4－11　铝及铝合金电化学抛光液组成及工艺条件

续表

碱性抛光液工艺如下:

磷酸三钠(Na₃PO₄·12H₂O)　　　　　　130～150g/L

碳酸钠(Na₂CO₃)　　　　　　　　　　　　　　　　 350～380g/L

氢氧化钠(NaOH)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3～5g/L

pH值　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 11～12

电压　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 12～25V

阳极电流密度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 8～12A/dm²

温度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　95～98℃

时间　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　6～10min

阴极材料　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　不锈钢板

溶液需搅拌和阳极移动。

四、镍及镍合金电化学抛光

镍及镍合金电化学抛光常用磷酸和硫酸为主的混合酸，溶液组成及工艺条件见表4－12。

表4－12　镍及镍合金电化学抛光液组成及工艺条件

注:工艺2中添加少量的盐酸，可使溶解下来的镍沉积在阴极上，而不会形成硫酸盐溶解在溶液中。工艺5中添加少量的柠檬酸，可改善抛光质量，降低对镍的侵蚀。但配制好的溶液要先进行8～10A/dm²的通电处理，使用时每经500Ah/L后补加柠檬酸，一般补加量为2g/L。

五、银的电抛光

银的电抛光大多用氰化溶液，有时还可在一般氰化镀银溶液中进行，可以减少银的损耗。抛光液组成及工艺条件见表4－13。

表4－13　银的电抛光液组成及工艺条件

银的电抛光溶液中，钾盐不能用钠盐代替，否则抛光质量变坏。溶液要不断搅拌。在采用镀银溶液时，宜选用间断电流，通电时间和断电时间均为1～2s，电流密度较镀银的电流密度高3～4倍，时间为2～3min。

六、其他金属的电抛光

其他金属的电抛光在工业中应用不多，表4－14和表4－17中，抛光液的组成及工艺条件仅供参考。

表4－14　镁、钛、锌、镉电抛光液组成及工艺条件

表4－15　钨、钼、铌、钽电抛光工艺

表4－16　锡、铅、铬、钻电抛光液组成及工艺条件

表4－17　金、锢、轴、碳化钨电抛光液组成及工艺条件

七、通用电解液

不同金属的电抛光需要不同成分的电解液，显然很不方便，所以采用通用电解液。但抛光质量不如单一电解液。具体抛光液组成及工艺条件见表4－18。

表4－18　通用电解抛光液组成及工艺条件

八、以高氯酸为基础的电解液

这类电解液具有良好的抛光性能，通用性强。但高氯酸为强氧化剂，易引起爆炸和燃烧，使用过程中要尽量控制其浓度不要太高。另外，高氯酸在使用过程中易分解失效，抛光时要经常补加。主要用于金相试样的电抛光与侵蚀。具体抛光液组成及工艺条件见表4－19。

表4－19　低浓度高氯酸电解抛光液组成及工艺条件

注:配方1适于铝及铝合金、铸铁、钢、铅及铅合金、镍合金、锡、锌及锌合金的抛光。使用时要搅拌。配方2适于铬及铬合金、纯铁及奥氏体钢、钛、锆、铀、钒、铪的抛光。

溶液配制时，应将高氯酸在不断搅拌下缓慢滴加到乙醇或冰醋酸中，并注意要随时冷却。