电化学抛光工艺的研究及应用

电化学抛光工艺的研究及应用

孙俊胜

青海盐湖工业股份有限公司化工分公司青海格尔木816000

摘要：随着我国科学技术的不断发展，工业设备和生产技术不断趋于精密化发展，满足了人们对生产生活日益严格的要求。传统抛光技术，表面粗糙，生产速率不高，难以满足现代化生产的需求。为了达到高精度抛光的要求，降低被抛物体表面的粗糙度，国内外相关研究人员不断致力于此，目前比较先进的抛光技术有机械抛光、化学抛光、电化学抛光等处理技术。

关键词：电化学抛光；抛光工艺；研究应用

市场经济的飞速发展带来的不仅仅是人们物质生活水平的提升，还带来了产品竞争的日益激烈和产品加工质量越来越高的要求。抛光技术作为零部件加工质量的关键工序之一，传统抛光技术已经不能够满足越来越精密的各类生产设施和配套设备，如何保障零部件的表面加工质量，提高抛光技术，成为相关工作者不得不面对的问题。本文结合本人多年的抛光工作经验以及国内外先进的抛光技术，简要探讨电化学抛光工艺的应用问题：

1、电化学抛光简述

1.1定义

电化学抛光又称为电化学抛光，配方一般为磷酸+硫酸+铬酸+甘油或明胶，是指在一定浓度的电解液中金属工件的阳极溶解，从而使它的表面粗糙度下降、光亮度提高的过程，并且产生出一定金属光泽的表面光整技术。它能够实现在不改变工件本体性能的前提下改良金属表面的理化性质。电化学抛光中被抛工件为阳极，难溶金属为阴极，阴阳两极同时浸入抛光液，通以直流电而使被抛金属可控制、有选择的被溶解腐蚀，而变得更加光洁、平整、耐腐蚀性更强。与化学抛光、机械抛光相对照，电化学抛光优点是，能够得到高的抛光精度，高的表面光泽度，生产效率高、能量消耗相对较少，尤其是可以加工任何形状和尺寸的复杂工件，电化学抛光速度与金属的机械-物理性能无关，能改善金属零件表面的物理-机械性质、理化学性质和操作易于掌握，应用范围广泛。

1.2原理

电化学抛光原理现在世界各界人士争论很多，被大家公认的主要为黏膜理论。该理论主要为：工件上脱离的金属离子与抛光液中的磷酸形成一层磷酸盐膜吸附在工件表面，这种黏膜在凸起处较薄，凹处较厚，因凸起处电流密度高而溶解快，随黏膜流动，凹凸不断变化，粗糙表面逐渐被整平的过程。

1.3影响因素

电化学抛光的表面质量是受多因素多变量综合影响的结果。主要因素有以下几个方面：电解液（抛光液）酸碱性、电流密度大小、抛光时间长短、极间距大小。

1.4抛光大致过程

抛光的大致工作流程分为：打底、粗磨、焊道和板材表面缺陷处理、细磨、抛光等六大环节。

1.5电化学抛光工艺的优点

1.5.1被抛试件内外色泽一致，光泽持久，机械抛光无法抛到的凹处也可整平；

1.5.2生产效率高，成本低廉，数分钟内可抛光至镜面光亮，且抛光深度强，抛光后光泽保持长久不变；

1.5.3通过合理的电化学反应，达到增加工件表面抗腐蚀性的作用；

1.5.4抛光液磷酸含量低，成本降低，较一般使用的传统抛光液低30%以上；

1.5.5抛光液性质稳定，容易维护和管理。

2、电化学抛光工艺在我国的应用现状

就目前来说，电化学抛光主要针对不锈钢工件的表面光亮处理。而不锈钢工件又分为200系列，300系列，400系列材质，各系列材质有必须用针对性电化学抛光液。比如不锈钢200系列材质的不锈钢，必须用200系列的配方，此种配方无法适应300系列或400系列的不锈钢材质。这一直是国内一大难题，因为有些厂家的材质是组合工件，既有200系列不锈钢材质，又有300或400系列不锈钢材质。在2007年12月，威海云清化工开发院王铃树高级工程师研制出一种不锈钢通用电解液。这种电解液适合所有不锈钢材质。他结合了原有电解液所有优点，比重为电解液最佳比重，为1.70，光亮度为镜面亮度。同时还研发出新的优点，此电解液提高了原有的亮度，降低了一半的电流密度。在生产操作中，可节省50%的电费。使用寿命提高了40%，这种电解液一直在国内处于领先技术。

3、电化学抛光实验步骤

3.1阳/阴极试件的获得。

先用切割机切割1060纯铝板/紫铜板获得34mm×55mm×3mm尺寸，打磨试件四周以去除毛刺，撕去双面的塑料保护膜，然后用丙酮溶液擦拭试件表面，用以去除表面附着的油污，竖直放置自然晾干后，然后放在超声波清洗仪中处理480s，用以去除表面难以去除的尘粒及粘连物，用特制的平整的亚克力板夹具夹紧24h，以使试件平整，然后在300℃的恒温箱中放置3h（消除试件的内应力），在超声波清洗仪中处理480s，待其自然冷却晾干后，分别标号，用电子天平称重，统一用密封袋存于阴凉处，这样就得到去除了内应力的平整试件。

3.2电化学实验抛光液的准备。

按照配方比例配置，用磁力搅拌器搅拌均匀；根据不同的抛光温度，采用水浴加热法进行加热。

3.3稳流稳压电源的调整。

针对不同的实验设置仪器参数。

3.4进行电化学抛光实验。

让电源的正极与阳极试件相连，负极与阴极试件相连，固定完毕后，待温度达到理想的实验温度时，开动磁力搅拌器，搅拌平稳后，让阴阳极与夹具完全浸入电解液，同时秒表及时开始。抛光结束后，先切断电源开关，后快速移出试件夹具，浸入实现准备好的清水中，去除表面残留的电解液，之后在超声波清洗仪中处理480s，放入恒温干燥箱中干燥处理。

3.5后期工作。

电子天平称量反应后的试件质量，并且用电子天平初步观察表面微观结构，纪录数据。

3.6实验结论

通过对铝电化学抛光工艺和抛光液配方进行研究，试验出了抛光效果好、抛光效率高、无污染的铝电化学抛光液配方和抛光工艺参数，系统分析了电化学抛光后各工艺参数对抛光效果的影响，以及电化学抛光后试件的表面微观形貌、光泽度的变化等，研究出在“磷酸+硫酸+添加物”的体系下进行铝电化学抛光实验的最佳工艺为：温度85℃、磷酸与硫酸基液浓度体积比为7：3、电流密度30、极间距离1mm、0Vol%的水体积比、时间3min、添加剂乙二醇16.7Vol%、外加机械搅拌转速600r/min。

结语：

综上所述，电化学抛光技术是比传统抛光技术具有更多优势的新型抛光技术，通过实验得出的抛光工艺参数与抛光液的配合比，能够保障电化学抛光的效果和效率，也会影响其试件表层微观形貌，光泽度等表征。电化学抛光工艺，简述为“磷酸+硫酸+添加物”的工艺体系，能够实现成本的降低，材料的适应性高，抛光液易清除，抛光质量好等多重优点，是值得推广的新型抛光工艺。

参考文献：

[1]聂云聪.Ni-Ti形状记忆合金电化学抛光试验及其抛光性能研究[D].山东理工大学,2018.

[2]杨宇.采用旋转电极的电解复合抛光加工工艺研究[D].浙江理工大学,2018.

[3]张超,王飞.第二代高温超导基带表面抛光工艺的研究现状[J].热加工工艺,2017,46(18):43-46.

[4]高晓.NiTi合金左心耳封堵器表面改性及组织与性能表征[D].湘潭大学,2017.

[5]王盼.第二代高温涂层导体用金属基带织构和表面光洁度的研究[D].北京工业大学,2016.