电化学抛光工艺及电解液组分

电化学抛光（又称电解抛光或电抛光）是将金属工件置于一定组分的溶液中进行阳极处理，以获得光亮表面的过程。电解抛光可以用于金属工件镀前预处理和镀后的精加工，还可以独立作为金属工件表面加工的一种方法。同机械抛光相比，电解抛光具有许多优点，如表面粗糙度值低，反射能力强，操作简便，抛去厚度容易控制，能抛光形状复杂的工件，抛光速度快等。对事先经过机械抛光的表面进行电解抛光时，可以获得镜面光亮的表面。在一定条件下，电解抛光也可以用来代替繁重的机械抛光。与化学抛光相比，电解抛光需通电操作，虽然在设备和操作上有难以避免的缺点，但是由于电解抛光能把电压、电流等容易控制的参数作为控制抛光的手段，因此抛光效果优于化学抛光，在抛光条件的选择与管理上也比较方便。电解抛光的缺点是成本高，电解液使用寿命短、再生困难。

电解抛光不仅可用于提高工件表面的反光系数，还可用于工件表面的精饰加工、清除工件表面的毛刺，以及制备金相磨片等。电解抛光适用于下列金属材料：结构钢、工具钢及低合金钢、镍铬不锈钢、铜及铜合金、镍及镍合金、铝及铝合金等。目前，电解抛光也成为对半导体材料进行抛光的一种方法。另外，对经过电解抛光后的工件进行电镀，可以提高镀层和基体金属的结合力。因此，电解抛光具有广阔的应用前景。

电抛光的机理比较复杂。曾经提出了多种电解抛光理论，其中黏膜理论和氧化膜理论能较好地解释电解抛光过程。

1）黏膜理论认为：电抛光过程中，在阳极表面形成了一种具有高电阻率的黏性薄膜。这种黏膜在微观凸起处的厚度比凹洼处的厚度小，导致凸处的电阻也较小，电流密度较高，溶解较快；而凹洼处的电流密度较低，溶解速度较慢。这样经过一段时间的处理，凸凹位置不断变换，逐渐达到整个表面平整光亮的目的。

2）氧化膜理论认为：在电解抛光过程中，当阳极电势达到一定值时，由于氧气析出而在金属表面形成一层氧化膜，使阳极表面发生很大变化，同时电势向正方向跃变，电流密度有所下降，金属表面由活性状态转为钝化状态，但是由于氧化物在电解液中是可以溶解的，所以这种钝态并不是完全稳定的。阳极表面微凸起处电流密度较高，形成的氧化膜比较疏松，且氧气析出的较多，对溶液的搅动作用大，使该处的溶液更容易更新，阳极溶解产物较易向溶液深处扩散，这些因素都促使微凸处比微凹处的氧化膜溶解快，结果使阳极表面的微凹处处在相对稳定的钝态，而微凸处则处在不稳定的钝态，当微凸处的氧化膜完全溶解或接近完全溶解时，该处的电流密度又重新增加，氧化膜又重新生成。在电解抛光过程中，氧化膜的形成和溶解反复地进行着，而且微凸处比微凹处进行的速度快，结果微凸处的金属就优先被溶解，金属表面的微凸起部分就逐渐地被整平，并使表面光亮。

为进行电解抛光，必须使金属表面生成液体膜或固体膜，并通过此膜按稳态扩散的方式产生金属溶解。为此，电解液必须同时具有溶解金属和形成保护膜的功能，这与化学抛光时对化学抛光液的要求完全相同。然而，在电解抛光中，这些作用通常不是完全依靠电解液成分，而是依靠电极反应造成的阳极溶解或阳极氧化的效果。因此，电解抛光液的成分不同于化学抛光液。此外，电解抛光液还要求有特别高的导电性和均匀的电流分布。电流密度分布的均匀性，是使整个表面能同样地进行抛光的关键。

为了能形成液体膜，电解液不仅要求有高的黏度，而且还必须对阳极生成物有足够的溶解能力，以便容易形成可溶性金属盐的扩散层。因此，把那些能和金属形成可溶性配合物的盐的配位剂作为辅助成分加进电解抛光液中来提高抛光效果是必要的。可作为配位剂的有CN-、F-等无机阴离子，以及醋酸、草酸、柠檬酸等有机阴离子。虽然固体膜的生成主要有赖于电极反应的电化学作用，但在某些情况下，由电解液的某些成分引起的纯氧化作用也能有助于固体膜的生长。

电解液的温度越高，其黏度越低，使黏膜层中的扩散加剧，如果扩散速度大于溶解速度，就不能进行抛光了。为了能进行抛光，就需要增加电解电流密度，其结果是引起氧气的大量产生而出现不均匀的抛光状态。另外，温度上升，可促进金属材料与电解液的化学反应，并促进液体膜的生长。(www.xing528.com)

这样一来，尽管抛光液温度与抛光效果的关系很复杂，但归根结底，对于易钝化的金属材料，需要采用60℃以上的电解液温度。

电解抛光时间的长短，与工件表面上阳极生成物的积累以及形成一定厚度的液体膜所需时间有关。如果在出现抛光效果后再延长抛光时间，反而会出现不希望出现的现象。

在一般电解处理时，电流有易于在电极周围集中的倾向，这样在处理大型平板状材料时，周围部分要比中部易于光泽化。为了抑制这种电流分布的不均匀性，就需把对电极面积做得比较大，并且还要加大电极间的距离，而电极间距离增大了，又使电能消耗的问题变得比较突出。因此，随着电解液电阻率、电解液温度、电流密度的不同，电极间距离需在10～60cm之间变化。

不同金属材料的电化学抛光液组分及工艺条件见表3-19。

表3-19 不同金属材料的电化学抛光液组分及工艺条件