五、鋁的電解拋光

鋁的電解拋光經(jīng)過機械拋光，化學(xué)除油后的鋁制品，雖然已取得光亮的表面，如經(jīng)過陽極氧化后將失去原有光澤度，只能獲得光滑的氧化膜，而不能取得反光系數(shù)較高光亮的氧化膜層，所以對于鋁制品在機械拋光后必須進行電解拋光，除去晶體變形層，從而獲得反光系數(shù)良好的優(yōu)質(zhì)膜層。從另一較低來說電拋光鋁的反射系數(shù)在很大程度上決定于鋁的純度，鋁的純度愈高，其反光系數(shù)便愈大。F面供參考有關(guān)在使用各種不同表面加工方法，所獲得各種不同反光系數(shù)。表6鋁的反光系數(shù)與表面加工方法的關(guān)系表面加工方法反光系數(shù)%鎢燈（t=2000°）A=2697°A軋制5353機械拋光7256電拋光8784電拋光并陽極處理8569所以對鋁及鎂合金來說，電解拋光的作用，將大大的提高反光系數(shù)。電解拋光在裝飾性氧化工藝中具有重大的意義。1. 1.電拋光原理其中原理是借著粗糙表面突出點較之凹深處易于溶解的原理，在操作上似陽極氧化。電拋光時，在鋁材表面上產(chǎn)生溶解現(xiàn)象，形成一層厚度不均的薄膜，它具有較高的電阻，導(dǎo)電率很低，使金屬表面的凸起部分所形成的薄膜。由于向電解液中的擴散作用較為劇烈，因而比在凹陷處要薄，這種現(xiàn)象更使得電力線集中在凸起部分，所以凸出處的電流密度比凹陷處要大，因而使得凸起處溶解的較快，因此在金屬表面引起高低部分不均勻的溶解，并結(jié)果致使表面光滑平亮。我們根據(jù)鋁在酸性電拋光液中電流與陽極電位之間關(guān)系，經(jīng)過四個階段對電拋光的機理認識。如圖（2）當(dāng)鋁件進行電拋時，在A與B之間的電流增加，與電位升高成正比，當(dāng)電流從A到B時再陽極上放出氧氣，鋁表面生成高的電阻氧化鋁膜，阻止電流繼續(xù)上升，曲線AB階段僅僅是陽極溶解反應(yīng)：AlAI3++3e在B與C之間電流不穩(wěn)定，發(fā)生了波動現(xiàn)象，因氧化膜的形成，陽極電位有所增加，而電流略有下降，在BC段電極表面主要產(chǎn)生焦耳熱，氧化膜個別質(zhì)點被化學(xué)溶解。自C至D電位繼續(xù)升高，電流基本無變化，C點為拋光作用開始，由于陽極鋁與電解液組成不導(dǎo)電粘膜，鋁表面凸起部位粘膜薄而電流較大，故尖端部位粘膜較凸起部位為厚，電流也相應(yīng)比凸起部位小，凹陷部位呈鈍化狀態(tài)而趨穩(wěn)定，這與昂反復(fù)活化，鈍化狀態(tài)。使鋁不斷整平，拋光。D點以上電位再度升高，使電流增加，伴隨著氣體析出，這是陽極電位達到D點，電流突然上升，陽極表面大量析氧，使陽極出現(xiàn)點蝕。由上所知，電解拋光時陽極周圍狀況如圖三所示，所以電解拋光的必要條件是介面保護性鹽膜，如果其膜層粘附能不強，很易擴散，那么電拋光一定成為類似一般的陽極溶解或只能取得粗糙而光亮的表面，因此，在電流與電位線上必須有一個起始極限電流密度B，以及平坦的曲線CD段，而最滿意的電解拋光條件是接近C點。至于電拋光質(zhì)量的好壞，除了上述必備條件外，還涉及到其它許多因素，如鋁合金材質(zhì)，電解液組成與工藝條件影響等等。晏T 電幅拋建的亀舞菠廉工藝揺范133溶*昭張矍169\40X|X?in{CrOi>U91*1■-塞(HtOjn1TM*唱解酒也廈CT)MF15—4(5—1512*15第76u1|Z1,2號電解液用來拋光鋁合金，3號電解液用來拋純度鋁材，例：在三酸(H3PO4,H2SO4,CrO3)混合電解液中，拋光含鋁99.6%時，其反射能力可以提高到75~90%，而對于含鋁為99%時，則只能提高到70~80%，而且易產(chǎn)生斑點狀浸蝕，因此必須選擇高純鋁，當(dāng)然也不是說其它的鋁合金就不能電解拋光了、只不過光潔度要差一些。電解液中的磷酸主要用于溶解鋁及其氧化物，其反應(yīng)式：AI2O3+6H2SO4=2AI(H2PO4)+3H2O

2AI+6H2SO4=2AI(H2PO4)3+3H2溶解產(chǎn)物的集聚，在陽極上形成糖漿狀粘性液膜，這層粘膜在電解拋光過程中對金屬表面的整平起了很大作用。電解液中的硫酸能促進穩(wěn)定電解過程，它可以降低電解液的電阻而降低操作電壓，節(jié)約電能，而且可提高了鋁離子在電解液允許含量，因而使電流密度能夠保持在足夠水平，這對強化生產(chǎn)是有利的。電解溶液中的鉻酸是強氧化劑，對金屬的出光能力強，其還原產(chǎn)物三價鉻(Cr3+)在電解拋光中起著重要作用。新配電解液，由于沒有Cr3+的存在，使得電拋時聲稱粘膜層的強度差很易擴散，造成制件點腐蝕。當(dāng)Cr3存在過多時，溶液粘度大，使得鹽膜層不易擴散，從而降低了電流密度，光亮度。即使增大電流密度提高溶液溫度，也達不到最好的搖滾。反而由于Cr3的存在，增加了電阻而使槽液升溫加快影響繼續(xù)操作，為此電解液中最好使用CrO2：Cr2O2=4:1~5:1°3電解拋光操作條件的影響電流密度的影響：電解拋光時，在大多數(shù)情況下，陽極電流密度與被溶解金屬量的關(guān)系幾乎是線性的，如圖(4)所示。對于鋁電解拋光電流密度要適宜，才能獲得均勻光亮，低電流密度，電極處于活化狀態(tài)，是金屬的一般陽極溶解，電流效率近與100%，陽極極化小，所以電極表面發(fā)生浸蝕現(xiàn)象，表面光潔度低。電流密度過高時，由于陽極極化，使消耗于溶解金屬的電流見識而用于析出氧氣的電流增加，而且浪費電能。溫度的影響：電解拋光液的溫度對鋁溶解的影響，一般是隨著溫度升高被溶解的金屬量不斷增加，但是當(dāng)溫度過高時，電解液發(fā)生過熱，陽極上產(chǎn)生的其它和蒸汽可能吧電解液從電極表面上擠開，因而使金屬溶解的強烈程度有所下降，然而由于溫度升高，電解液的粘度降低，故溶液使鋁表面產(chǎn)生腐蝕點，影響光潔度，溫度過低，陽極溶解產(chǎn)物擴散不利于發(fā)生浸蝕，所以一般控制為80~90°C。

如圖(5)所示溫度對金屬溶解量的影響拋光時間的影響：電解拋光時間的長短，決定于下列因素，金屬之間原始表面狀態(tài)，所用電流密度和溫度，電解液的組成等。電解拋光時間對表面光潔度的影響如圖(6)所示，開始在0A段光潔度幾乎有所提高，在AB段光潔度迅速上升,BC段光潔度上升較慢，C點后由于點蝕光潔度反而下降。因此，在實踐中常用反復(fù)拋光的方法來提高表面光潔度。攪拌的影響:攪拌對于提高拋光速度和拋光質(zhì)量起著重要作用，因此在產(chǎn)生中采用往復(fù)式上下移動來代替攪拌，因在電拋時，陽極周圍反應(yīng)溶解下來的產(chǎn)物易于聚集在拋光制品周圍，形成了粘滯的膜層，當(dāng)擴散作用不能保證這些產(chǎn)物從制件表面轉(zhuǎn)向整個電解液，而新電解液不能及時地向陽極表面補充，結(jié)果破壞最適宜的拋光條件，另外還可以防止電解液過熱使周圍熱量擴散，攪拌，電流密度可以提高一倍，同時還可以排除停留的鋁件上的氧氣，因而可避免制件表面產(chǎn)生麻點，條紋。電解液粘度的影響：電解液的粘度對電解拋光其它條件的影響很大，所以新配電拋光液常常由于粘度不夠，在拋光過程中容易析氧而生成氧化膜，如果降低電流密度，則拋光性能不佳。因此新配電解液需電解4~6小時。氯根的影響：電拋光液中即存在少量氯根對拋光都會帶來不利，氯離子大于1%，會使制件表面產(chǎn)生大量腐蝕點。鋁離子的影響：電拋光液中鋁離子濃度增加，導(dǎo)致電解液粘度的增大，故電流密度大大下降，拋光速度迅速緩慢。為了改變這一狀態(tài)一般加大一些電壓來增大電流密度強制擴散周圍的鋁離子，以提高拋光質(zhì)量。當(dāng)AI+3含量達50克/升時電解液已失去拋光能力，需要進行調(diào)正或更換。3無鉻電解拋光磷酸（H3PO4）40%硫酸（H2SO4）50%GP-15%GP-23%甘油C3H5（OH）32%溫度80~90°C電壓18~24伏電流密度DA10~15A/dm2時間1~3分GP-1是屬于有機羥基酸，能使金屬表面在低電流密度下獲得良好的拋光效果。GP-2屬于無機鹽類化合物，可穩(wěn)定拋光液防止鋁表面過腐蝕和麻點產(chǎn)生。拋光結(jié)束后，應(yīng)迅速將零件從槽中取出，并立即加以充分洗滌，否則容易在拋光面上產(chǎn)生斑點，拋光后必須出去制件表面的氧化膜，可用5%氫氧化鈉于50度時浸數(shù)秒鐘即可。堿性電解拋光液組分及工作條件如下:磷酸三鈉（Na3PO4） 100~130克/升碳酸鈉（Na2CO3）200~350克/升氫氧化鈉（NaOH）2-5克/升PH值11~12電流密度（安培/分米2）8~12電壓（伏）12~25溫度（°C）93~98陽極不銹鋼板或鐵板時間（分）6~10堿性電解拋光液使用壽命隨鋁離子濃度的增加而縮短,必要時更換電解液。在日常生產(chǎn)中，必須要去膜，才能獲得透明度好的氧化膜。去膜配方：磷酸（H3PO4）30毫升/升鉻酐（CrO3） 10克/升溫度（C）80~90時間（秒）30~90典型無鉻電解拋光在含鉻酸的電解拋光液中，鉻酸在電解拋光液中起著重要作用，它能提高電拋光速度，使拋光面金屬晶粒細致，而且在斷電情況下，由于鉻酸的強氧化作用，使鋁表面處于鈍化狀態(tài)，防止了過分強烈的腐蝕。要從電拋液中去掉鉻酸，就需要尋找一些既能提高拋光效果，又使鋁及鋁合金免受過腐蝕的藥品代替鉻酸。鋁是一種活潑的兩性金屬，它與酸，堿都其化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)式為：2AI+6HCI=2AICI3+3H2t

2AI+2NaOH+2H2O=2NaAIO2+3H2t只有在中性(PH6-8)時，腐蝕才會減弱至消失。另一種有效措施，在不同電的情況下，能在鋁表面較快地形成一層薄而緊密的鈍化膜，有效地阻止防腐蝕發(fā)生。通過實踐草酸、酒石酸。檸檬酸能夠代替鉻酸，均能提高電拋光速度，并在不通電的情況下、也能使鋁表面形成一層鈍化膜。草酸效果為最好。如在電拋過程中加類醇類化合物對電拋和緩蝕都有十分理想的效果。電解拋光液均屬強酸性，PH值一般為1~2,氫離子較多，是鋁及其合金腐蝕的主要原因之一。為什么選用醇類做緩蝕劑，因醇類均含有羥基，有利于PH值的提咼。乙醇：緩蝕性能較理想，即使在100°C時其揮發(fā)量也很有限，并降低了電解液粘度和電流密度，從而提高了電拋工作效率。甘油又名丙三醇：緩蝕性能較好，添加量亦少，在130C也不十分揮發(fā)，缺點是粘度咼，成本咼，產(chǎn)生泡沫多。丁醇：拋光效果很好，緩蝕性能也好，缺點是易揮發(fā)，燃燒，毒性較高。應(yīng)用廣泛是甘油為了解決含鉻的污染，近來不少的氧化工作者研究和試驗無鉻電解拋光；下面介紹幾個效果比較顯著，性能比較滿意的無鉻電解拋光液配方。(一)檸檬酸C6H8O7H2O500~700克/升硫酸H2SO4150~200克/升水H2O250~300克/升溫度95~100°C電流密度DA15~20A/dm2時間2~5分鐘該配方具有較高的光亮度表面，但易氧化，要進行去膜。在無電情況下,對鋁及其合金有腐蝕作用，所以電拋后，立即用水清洗。（二）磷酸H3PO4420克/升甘油C3H8O3470克/升酒精c3h6o110克/升溫度80~90°C電流密度DA30~40A/dm2時間8~10分鐘該配方拋光效果好，但要求拋光的時間廠，電流密度高。（三） 磷酸H3PO4850~900克/升甘油C3H8O3100~150克/升溫度80~100C電流密度DA20~30A/dm2時間3-5分鐘該配方性能較佳，溫度要嚴格。（四） 硫酸H2SO4150克/升磷酸H3PO4650克/升草酸C2H2O4*2H2O10~20克/升水H2O150克/升溫度90~95C電流密度DA30~40A/dm2時間3~5分鐘該配方效果較1.2.3.好，這與草酸加入有關(guān)，但腐蝕很強，拋光后立即清洗。（五） 硫酸H2SO4400毫升磷酸H3PO4600毫升甘油c3h8o310毫升溫度70~80C電流密度DA20~30A/dm2時間3~5分鐘該配方拋光效果好，使用壽命長，而對鋁的腐蝕性較弱（六）硫酸H2SO4100毫升磷酸H3PO4250毫升甘油C3H8O3200毫升酒精c3h6o100毫升糖精C7H5O3NS0.001克/升溫度60~80°C電流密度DA20~25A/dm2時間3~5分鐘該配方拋光性能極好，對鋁及其合金的腐蝕性很小，糖精是很好的光亮劑，能提高拋光亮度，但成份太復(fù)雜。以上各配方操作與磷鉻酸拋光要求