电解抛光原理
[next] 电化学抛光是利用电化学阳极溶解原理对金属表面进行光整加工的一种工艺方法，加工过程中，与直流电源正极相连的铝材作为阳极置于电解液中，与另外设置的阴极(与直流电源负极相连)形成一电场，型材表面上留有挤压造成的尖峰状凸起和凹谷，使微观电场分布呈现非均匀性，尖峰处电力线集中而形成较大的电流密度，电化学反应速度较快，金属溶解速度也较快，在凹谷处，电化学反应速度则相对较慢，另外在电化学反应中，阳极表面还会形成一层由溶解了的阳极金属和电解液组成的粘膜，其电导率较低，粘膜容易聚集在凹谷处，阻碍了凹谷处阳极溶解的进行，使阳极表面几何高点处金属迅速溶解，几何低点处的金属溶解缓慢，型材表面被整平。
五、电解抛光工艺
各种电解抛光方法和工艺条件见表5—5—18。
1)典型电解抛光工艺
配方：H3P04 86%～88%，Cr04 12%～l4%，用水调密度至l.72～1.74 g/cm3。
温度 75～80℃
阳极电流密度 7～12 A/dm3
槽电压 l4～30 V
时间 3～5 min
阴极材料用铅或不锈钢。
表5—5—18各种电解抛光方法和工艺条件表
方法
槽液成分/%
电流密度/A·dm－2
电压/V
温度/℃
时间/min
备注
Brvtal
无水碳酸钠 l5
磷酸三钠 5
水 余量
3～5
9～15
80～90
5～8
Alzak
氢氟酸 2
铬酸 l0
水 余量
5～5.5
16～22
50
10
Battelle
磷酸 75
铬酸 6.5
硫酸 4.7
水 余量
6～10
7～l8
70～95
2～6
磷酸
硫酸
乙二醇法
磷酸 50
硫酸 8
乙二醇 32
水 余量
10
15～35
95
18
硫酸铬酸法
硫酸 l300 g/L
铬酸 30 g/L
8～16
70～80
无铬法
磷酸 75～82
抛光剂 18～25
3～7
15～22
65～75
5～l5
空气搅拌
碱性法
NaOH 3～5g/L
Na3P04 130～150 g/L
Na2C03 350～380g/L
8～12
12～25
94～98
6～10
2)电抛光操作的注意事项
(1)操作时因接触强腐蚀性试剂，应穿带防护用具以防电解液灼伤皮肤。
(2)操作场地应有良好吸风排气设备。
(3)零件安装应正确、挂具、阳极板和导电排的接触面越大越好以保证电流能顺利到达制品，阴阳极间距应均匀适当，挂具或其他零件不应遮挡被抛零件。
(4)电抛光时应加强搅拌，促使气体更快排出液面或脱离制品表面。
(5)电抛光后或断电时，应迅速取出制件，并立即用热、冷水清洗，以防酸液的腐蚀。
(6)电抛液中，应尽可能避免水分带入，以免影响电解液的使用寿命。
(7)原则上在电解抛光并经热、冷水清洗后，应立即进行阳极氧化处理，但有时不能立即进行阳极氧化时，一定要将电抛后的制件连挂具一起浸在蒸馏水或离子水中。但时间应越短越好，否则会产生一层透明度差，有色泽十分疏松的氧化膜，使电抛光后品质受影响。
六、影响电解抛光的主要因素
1)电解液成分的作用和影响(以磷-铬酸电抛液为例) 在磷酸-铬酐电抛液中，磷酸的主要作用在于溶解及其氧化物，即起到切屑、整平作用。
2A1+6H3P04→2Al(4H3P04)3+3H2↑
A1203+6H3P04→2Al(4H3P04)3+3H20
溶解产物指[Al(4H3P04)3]和积聚，在阳极表面上形成一层糖桨状的沾性液膜。这层粘膜在电抛光过程中，对金属表面的整平起到了极大作用。电解液中加入铬酐(Cr03)的意义也是极大的，因Cr203溶于水所形成的重铬酸的强氧化性，有促进电解抛光速度作用，而且Cr+3在阴极的还原(或氧化金属铝时)所生成的Cr+3离子。在电液中断的情况下，对铝表面起到极大保护作用。这是由于Cr+3能使铝表面处于钝化状态，可免使铝表面受到酸液的腐蚀。铬酐的这种可贵性能是到目前为止是许多其他化学药物所望尘莫及的。
在磷酸一铬酸电抛液中，磷酸含量不可太低，如果小于50%，将使电抛速度大为下降。但也不宜过高，当大于94%时，将使电抛液增强腐蚀，从而影响表面的光洁光亮度。电抛液中铬酐含量不可少于6%。否则将不能有效保证在电流中断时表面不受侵蚀，但也不可太多，过多将会影响电抛光速度，增大治理三废的费用。
2)电流密度的影响 在一定的电压下，电流密度与金属的溶解速度成正比，但在此磷铬酸电抛液中，电流密度不宜太高(不大于20 A/dm2)，因为电流密度过高，将使周围的电解液温度升得太高和太快，从而引起金属的过腐蚀，影响了表面的光亮和光洁质量。但电流密度过低(指小于10 A/dm2)将使制品中心低电流密度区呈暗淡无光，有时甚至产生灰黑色的外观，这就极大地危害了制件表面装饰性品质。
3)电解液温度对电抛表面品质的影响 电抛光时电解液的温度对表面品质的影响极大，一般由于温度升高。而电解液粘度将随之下降，所以往往易产生局部的点状腐蚀和形成可见的氧化膜，从而影响了制件表面光洁光亮度。因此只有在电抛液相对密度为1.74g/cm3左右时，Cr+3离子在工艺规定的浓度范围时，一般应将温度控制在75～85℃之间。
4)电抛光时间对表面品质的影响 通常电抛光时间与温度，电流密度成反比关系，过长的抛光时间，会引起的过腐蚀现象而影响表面的光洁度，而过短的电抛光时间，又不易使表面品质得以提高。电抛光效果在开始的一分钟里是与光洁度成正比例的，但超过1.5 min后，铝件光洁度，反而下降，所以在电抛光时，一般将总的电抛光时间为2～3次(每次0.5～1 min)以分次电抛光法来进行。只有这样才能使铝件表面一次比一次更光洁，使之最后能达到镜面光洁度的要求。从实践来看，往往一次电抛光时间在2 min以上，被抛光铝件的光亮度反而下降，抛光时问改得愈短愈好，但最低次数应在2次或2次以上。只有这样才能既提高电抛光效果和生产效率，又同时延长了电解液的使用寿命。
5)搅拌和工件移动搅拌和工件移动对于提高电抛光速度和防止表面发生点状腐蚀起着重要作用。它一方面有利于阳极表面经常保持有较新鲜的电解液，从而提高电抛光速度。另一方面它也有利于扩散阳极表面的溶解产物和热量，从而大为减少发生局部腐蚀机会，对铝件表面光洁光亮度起到促进和保护作用。对电抛液搅拌，一般采用阳极的上下移动或往复移动或轻微的无油压缩空气搅拌的方法。
6)电解液粘度的影响电抛光的电解液粘度必须严加控制。新配制电解液常由于粘度不够，在电抛光过程中易产生析氧，引起较严重点腐蚀，在产生析氧同时又往往使铝件表面产生氧化膜，因而降低了电流密度，达不到电抛光的目的。因此必须将新电抛液通电处理若干小时或进行加热蒸发数小时来解决这一问题。若电抛液中绝大部分的铬酐已还原成Cr+3溶液而呈绿色时，电解液粘度也会随之下降，电抛后的铝件表面就会产生十分明显的树枝状氧化膜，使铝件表面光洁光亮度遭到极大破坏。这时必须添加铬酐或彻底更换电解液来处理。
7)氯离子的影响 电抛液即使存在少量氯离子，对电抛光品质也必将带来极大影响。如氯离子含量为0.3%时，电抛后的铝件表面可看到少量的点蚀。但由于点蚀很小，散布十分均匀，单凭肉眼很难看出，影响还不大。当氯离子含量在1%时，电抛光的表面点状腐蚀孔更大更密，肉眼也可观察到。实践告诉我们，当电抛液中氯离子含量达到或超过l%时将大大改变电流一阳极电位曲线的形状，而使铝制件表面产生大量的散布十分均匀的点蚀，从而使铝件表面品质受到极大损害。
[next] 8)影响 电解液中Al+3离子浓度增加，电解液粘度也随之增大，阳极周围离子的扩散速度大大减慢，使阳极区Al+3更快形成饱和层，促使金属表面钝化膜的生成，使允许电流密度大大降低，抛光速度也随之下降，从而使表面品质不能进一步提高。
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