電解拋光工藝是一種表面處理技術(shù)，其原理是通過(guò)電流在特定的電解質(zhì)溶液中對(duì)金屬表面進(jìn)行拋光處理。該工藝?yán)秒娊庠?，在金屬表面形成一層微小的凸起和凹陷，通過(guò)控制電流和電解液的性質(zhì)，使金屬表面達(dá)到平滑、光亮的效果。

        01電拋光過(guò)程機(jī)理

金屬的電拋光是一種特殊的陽(yáng)極加工過(guò)程，它不同于普通的陽(yáng)極加工過(guò)程，它能使陽(yáng)極表面平整，達(dá)到高度平滑和光亮。而一般的陽(yáng)極加工過(guò)程往往使金屬表面變得更粗糙，不會(huì)出現(xiàn)光澤。

一般認(rèn)為，在電化學(xué)拋光時(shí)，金屬制品表面同時(shí)處于兩種狀態(tài)之下：微觀凸起處的金屬表面處于活化狀態(tài)，該處的溶解速度大；微觀凹處表面處于鈍化狀態(tài)，該處的金屬溶解速度小，這樣，經(jīng)電化學(xué)拋光處理一段時(shí)間后，制品表面的微凸起處便被整平，出現(xiàn)光亮的外觀。

關(guān)于電解拋光的機(jī)理，雖然經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究，提出了多種理論解釋?zhuān)两袢晕吹玫浇y(tǒng)一的見(jiàn)解，尚待深入研究。以下簡(jiǎn)單介紹電化學(xué)拋光過(guò)程的黏膜理論和氧化膜理論。

(1)黏膜理論

在電拋光過(guò)程中，在一定條件下，金屬陽(yáng)極的溶解速度大于陽(yáng)極溶解產(chǎn)物離開(kāi)陽(yáng)極表面向電解液深處擴(kuò)散的速度，于是溶解產(chǎn)物就在陽(yáng)極表面附近積累，使陽(yáng)極附近金屬鹽濃度不斷增加，形成一層電阻比較大的黏膜，并且此黏膜可以溶解在電解液中。

在金屬凹凸不平的表面上，此黏膜分布是不均勻的，在表面微凸處薄一些，而在表面微凹處厚一些。由于凸起處的黏膜薄，電阻小，因此電流密度大，氧氣析出多，故該處溶液的攪動(dòng)程度大，液體易于更新，因此凸起處的黏膜溶解較快。

而凹處的黏膜厚，電流密度也小，故對(duì)黏膜的溶解不利，因此處在黏膜的保護(hù)之下，溶解速度很慢。結(jié)果隨著電拋光時(shí)間的延續(xù)，陽(yáng)極表面上的凸起處逐漸被削平，整個(gè)表面變得平滑光潔。

(2)氧化膜理論

一般認(rèn)為上述黏膜還有另外一個(gè)作用，即阻礙陽(yáng)極的溶解，使陽(yáng)極的極化作用加強(qiáng)。在電拋光過(guò)程中，在陽(yáng)極溶解的同時(shí)，當(dāng)陽(yáng)極電位達(dá)到氧的析出電位時(shí)，由于新生態(tài)氧的作用，金屬陽(yáng)極表面上形成一層氧化膜，它有一定的穩(wěn)定性，從而使金屬陽(yáng)極的表面由活化狀態(tài)轉(zhuǎn)入了鈍態(tài)。

但這層氧化膜在電解液中是可以溶解的，所以此時(shí)建立的鈍態(tài)并不是完全穩(wěn)定的。由于陽(yáng)極表面微凸處電流密度高，形成的氧化膜比較疏松，而且該處析出的氧氣較多，對(duì)溶液的攪拌作用大，溶液易于更新，有利于陽(yáng)極溶解產(chǎn)物向溶液中擴(kuò)散，故該處氧化膜的化學(xué)溶解速度較快。

相比之下，陽(yáng)極表面的微凹處則處于相對(duì)穩(wěn)定的鈍態(tài)，氧化膜的溶解和生成速度均較表面微凸處慢。在整個(gè)電拋光過(guò)程中，氧化膜的形成和溶解反復(fù)進(jìn)行，而且凸處比凹處進(jìn)行得快，結(jié)果，凸處就優(yōu)先被整平，從而達(dá)到了拋光的效果。

02 電拋光溶液及工藝規(guī)范

(1)電拋光溶液

電拋光溶液對(duì)于拋光的質(zhì)量有重要影響，其組成視待拋光金屬材料的不同而異，無(wú)統(tǒng)一配方。對(duì)電拋光溶液都有如下要求：

①電拋光溶液中應(yīng)當(dāng)含有一定量的氧化劑，這對(duì)金屬表面形成氧化膜和黏膜是有利的，而不能有破壞氧化膜和黏膜的活性離子，如Cl一等存在；

②在不通電情況下，電拋光溶液不應(yīng)對(duì)拋光金屬有明顯的腐蝕作用；

③無(wú)論通電與否，電拋光溶液都必須足夠穩(wěn)定；

④電拋光溶液應(yīng)當(dāng)有較寬的工作范圍(如溫度、電流密度等)和通用性，允許的電流密度下限應(yīng)較??；

⑤拋光能力強(qiáng)、電能消耗小、低廉和無(wú)毒；

⑥對(duì)陽(yáng)極產(chǎn)物的溶解度大，并且容易將其清除。

由于金屬和合金的物理化學(xué)性質(zhì)相差很大，所以很難找到一種通用的電拋光溶液。工業(yè)上采用的電拋光溶液大致分為兩類(lèi)。

[敏感詞]類(lèi)是電阻較低的電拋光液。

此類(lèi)電拋光液可以采用較低的電壓(<25V)，其主要成分是磷酸，有時(shí)也添加一定比例的硫酸。由于磷酸具有黏度大，對(duì)金屬的化學(xué)溶解性小，易于形成薄膜、拋光極限電流密度較小等優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)情況下都采用磷酸作為電拋光溶液的主要成分。拋光液中加入一定量的硫酸，可以提高拋光速度、增加光亮度，但含量不宜過(guò)高，以避免引起腐蝕。鉻酸是氧化劑，有利于表面形成氧化膜，所以也常添加適量的鉻酐，以提高拋光效果，獲得光亮表面，此外還可防止被拋光金屬的腐蝕。還可加入少量金屬鹽和有機(jī)添加劑以改善表面質(zhì)量。在生產(chǎn)中也可采用硫酸與檸檬酸混合型電拋光液，有的拋光液中還加入少量的甘油、甲基纖維素等緩蝕劑。

第二類(lèi)是高電阻的電拋光液。

用此類(lèi)電拋光液電解時(shí)，需要直流電壓為50～200V，這類(lèi)拋光液應(yīng)用較少，其主要成分是高氯酸，有時(shí)也加入些醋酸、酒精等有機(jī)物。雖然此類(lèi)電拋光液所拋金屬的光潔程度很高，但生產(chǎn)成本高且不安全，拋光液分解時(shí)可能發(fā)生爆炸，它主要用于制備金相磨片。

(2)電拋光工藝規(guī)范

影響電拋光質(zhì)量的主要因素除了電拋光溶液之外，還包括電流密度、溫度、拋光時(shí)間、攪拌條件、陰極材料等。只有將這些條件與拋光液的組成很好配合起來(lái)，才能得到滿(mǎn)意的拋光效果。

1)電流密度

電解拋光時(shí)，多數(shù)情況下，陽(yáng)極電流密度與被溶解金屬的量幾乎成線(xiàn)性關(guān)系。對(duì)于任何一種金屬電拋光液系統(tǒng)，都存在著最適宜的電流密度。

一般而言，電流密度過(guò)低，電極處于活化狀態(tài)，由于金屬的陽(yáng)極溶解，表面將產(chǎn)生浸蝕，表面較粗糙；電流密度過(guò)高時(shí)，氧氣將大量析出，使陽(yáng)極局部表面被覆蓋而導(dǎo)電不良。另外，可能引起陽(yáng)極表面局部過(guò)熱，造成金屬表面過(guò)腐蝕，表面光潔程度變壞，同時(shí)電能消耗也增大。

2)溫度

當(dāng)拋光電流密度一定時(shí)，隨著拋光液溫度升高可以提高電拋光的速度。

因?yàn)闇囟壬?，溶液黏度降低，?duì)流作用加強(qiáng)，擴(kuò)散速度加快，陽(yáng)極附近溶液迅速更新，從而有利于陽(yáng)極溶解。

但從獲得高的金屬表面光亮度考慮，不宜采用過(guò)高的溫度。因?yàn)闇囟冗^(guò)高時(shí)，陽(yáng)極表面拋光液容易過(guò)熱，產(chǎn)生的氣體和蒸汽可能將拋光液從金屬表面擠開(kāi)，從而降低了拋光的效果：

3)時(shí)間

電解拋光過(guò)程的持續(xù)時(shí)間決定于下列因素：金屬制品原始的表面狀態(tài)、所用的電流密度和溫度、電解液的組成以及金屬的性質(zhì)等。

在電拋光開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，陽(yáng)極表面的整平速度[敏感詞]，以后就越來(lái)越小，甚至到某一時(shí)間后，再延長(zhǎng)拋光時(shí)間，不僅不能使表面粗糙度降低，反而會(huì)使之增加。因此，拋光時(shí)間應(yīng)綜合考慮以上因素。

一般情況下，隨著電流密度的增加和溫度的提高，拋光時(shí)間應(yīng)縮短。當(dāng)制品原始表面質(zhì)量好且要求高時(shí)，拋光時(shí)間應(yīng)縮短。為了提高表面光亮度，達(dá)到良好的拋光效果，在實(shí)踐中常采用反復(fù)多次拋光的方法，而每次的拋光時(shí)間均應(yīng)控制在許可的范圍之內(nèi)。

4)攪拌條件

電解拋光時(shí)攪拌電解液常?？梢蕴岣邟伖赓|(zhì)量，因?yàn)樗苁龟?yáng)極表面附近的拋光液更新，拋光液的溫度更加均勻，防止金屬表面局部過(guò)熱，加快黏膜的溶解速度，從而提高拋光速度。

同時(shí)，攪拌還可趕走滯留在金屬表面的氣泡，以消除麻點(diǎn)或條紋。但是攪拌的速度不宜過(guò)大，否則會(huì)使黏膜溶解速度過(guò)快而影響拋光的效果。實(shí)際生產(chǎn)中常采用移動(dòng)陽(yáng)極(往復(fù)式或上下式)的方法來(lái)攪拌溶液，移動(dòng)速度為1～2m/min。

5)陰極材料

電解拋光的陰極一般選擇鉛板。從電流效率的觀點(diǎn)分析，增大陰極面積是有利的，但是增大陰極面積會(huì)使Cr6+還原成Cr3+的速度加快，一般采用(1～1.5)：1的陰極、陽(yáng)極面積比。

03 不同基體材料的電拋光工藝

1)鋼鐵材料的電拋光工藝

由于鋼鐵材料種類(lèi)很多，成分相差很大，不同鋼材應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)選擇拋光液配方和操作條件，以獲得[敏感詞]效果。生產(chǎn)中廣泛采用的是以磷酸、硫酸為主要成分的拋光液，再添加少量鉻酐可以用來(lái)拋光大多數(shù)的碳鋼及合金鋼。

電拋光液中各個(gè)組分的變化，對(duì)電解拋光質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的影響。當(dāng)電解液中硫酸含量高時(shí)，溶液電導(dǎo)增加，分散能力增強(qiáng)，拋光面的光澤好。但硫酸不宜過(guò)多，否則將使Cr03以Cr03·S03的形式部分沉淀出來(lái)，從而降低表面光澤，縮短拋光液的使用壽命。拋光液中水量應(yīng)保持一定，水量不足時(shí)，可能導(dǎo)致Cr03析出。但水的[敏感詞]含量不超過(guò)30%，否則拋光面的光澤將下降。

由于電拋光時(shí)，鋼鐵件發(fā)生陽(yáng)極溶解，而且溶解下來(lái)的鐵留在溶液中，所以溶液中不斷積累鐵離子。當(dāng)鐵含量以Fe203計(jì)達(dá)到7%～8%時(shí)，溶液失去拋光能力，需部分或全部更換，或者除去溶液中積累的鐵。除鐵的方法有兩個(gè)：一是使鐵在陰極上電沉積；二是使鐵以難溶鹽的形式沉淀。

含鉻酐的拋光液在新配制后需要通電處理，因?yàn)槿芤褐蠧r3+過(guò)高，以Cr203計(jì)超過(guò)2%時(shí)，拋光表面光亮度下降，通電處理使Cr3+氧化成Cr6+。

鋼的常用電拋光工藝規(guī)范，列于表1中，其陰極材料均采用鉛板。其中配方1通用性好，應(yīng)用較廣泛；配方2適用于各種類(lèi)型鋼材；配方3適合lCrl8Ni9Ti等奧氏體不銹鋼；配方4適用于不銹鋼，拋光質(zhì)量較好，溶液壽命長(zhǎng)，常用于精密零件。

表1鋼鐵電拋光工藝規(guī)范

2)鋁及其合金的電拋光工藝

鋁及其合金的電拋光多采用以磷酸為主的拋光液。此類(lèi)拋光液的特點(diǎn)是對(duì)鋁基體的溶解速度快，整平性能好，電拋光后金屬表面會(huì)生成一層抗腐蝕能力很強(qiáng)的氧化膜層，一般制品不需再進(jìn)行陽(yáng)極化處理。電拋光溶液中磷酸主要用于溶解鋁及其氧化物，添加硫酸可以降低拋光液的電阻，從而降低操作電壓，促進(jìn)電解過(guò)程穩(wěn)定。

鋁的純度對(duì)電拋光的質(zhì)量有明顯的影響。例如，在三酸(H3P04、H2SO4、H2Cr207)混合拋光液中，拋光含鋁為99.6%的制品時(shí)，其反射能力可以提高75%～90%；而對(duì)于含鋁為99.2%的制品，只能提高68%～80%，并且純度越低越容易出現(xiàn)斑點(diǎn)狀浸蝕。故欲獲取高反射能力的鋁制品，應(yīng)當(dāng)選用高純度的鋁材為原料。

拋光液中的氯離子是有害雜質(zhì)，當(dāng)氯離子的含量超過(guò)1%時(shí)，鋁制品的表面易出現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕，含量超過(guò)5%時(shí)，應(yīng)該部分或全部更換拋光液。此外，拋光液應(yīng)定期補(bǔ)加水及酸，使拋光液的相對(duì)密度維持在1.67～1.70。

拋光結(jié)束后，應(yīng)迅速將零件從拋光液中取出，并立即進(jìn)行充分洗滌，否則拋光面上容易產(chǎn)生斑點(diǎn)。拋光后若需除去制品表面的氧化膜，可用10%的NaOH溶液，于50℃左右浸數(shù)秒即可。

目前常用的鋁及其合金的電拋光工藝規(guī)范列于表2，其陰極材料均為鉛或不銹鋼。其中配方l適用于純鋁及鋁銅合金；配方2適用于純鋁、鋁鎂和鋁錳合金；配方3適用于純鋁、鋁鎂和鋁鎂硅合金，溶液需要攪拌；配方4的拋光質(zhì)量好，但成本較高。

表2鋁及其合金的電拋光工藝規(guī)范

3)銅及其合金的電拋光工藝

銅及其合金電拋光常用的工藝規(guī)范見(jiàn)表3。其中配方1適用于銅及黃銅件的電拋光；配方2和配方4適用于黃銅及青銅的電拋光；配方3適用于黃銅及其他銅合金。新配制的拋光液應(yīng)進(jìn)行通電處理，通電量為5～8A·h/L。

表3銅及其合金的電拋光工藝規(guī)范

電解拋光工藝是一種重要的表面處理技術(shù)，它能夠提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量、耐腐蝕性和精度，是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的一環(huán)。

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