常见几种金属的电化学抛光

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1、万方数据·52·Nov．2013Electroplating&PollutionControlVOI．33NO．6常见几种金属的电化学抛光王文忠(洛阳立微电子公司，河南洛阳471003)中图分类号：TG175文献标识码：B文章编号：1000—4742(2013)06—0052—030前言电化学抛光(简称电抛光)是金属工件表面进行精整加工的重要方法之一。它是以工件作为电解槽的阳极，用耐电解液腐蚀的金属材料铅或不锈钢作阴极，在直流电作用下，使工件表面粗糙度降低并产生光泽外观的一种特殊的阳极过程。电抛光可以作为金属镀前的准备工序，也可作为对金属件独立加工的工艺。例如：模具型腔电抛光后可以增加

2、硬度，降低粗糙度，减小摩擦因数；电子高频器件电抛光后可以降低高频损耗。对于难以用机械抛光达到要求及形状复杂的金属制品，电抛光更是显得重要。目前电抛光还存在着成本高、使用寿命短，以及对不同的金属很难找到一个通用的电抛光溶液等不足，这在很大程度上制约了其应用的广泛性。1电抛光的基本原理电抛光过程中，工件表面发生如下反应：(I)阳极金属发生电离，以离子状态转移到溶液中；(2)工件表面生成氧化膜；(3)气态氧气析出；(4)溶液中的其他物质被氧化，生成某种气体物质及其盐类。从阳极反应中可以看出：电抛光时工件表面有氧化膜生成而使其表面钝化，但钝态的氧化膜在电解液中不断溶解。也就是说，在整个抛光过程

3、中氧化膜不间断地进行着两个过程——生成和溶解。从微观上来看，工件表面凹凸很不均匀，而且凸起处的金属表面较凹洼处的活泼。再加上两处电流存在差异，凸起处的电流大，表面溶液更新快。所有这些都促使凸起处的金属溶解，最终使工件表面趋于平整并产生光泽。这种氧化膜理论认为，抛光是氧化膜的不间断生成和溶解完成的。目前对于钢铁件、不锈钢件、铜及铜合金、铝及铝合金等金属的电化学抛光，大都采用以磷酸为主的抛光液。其机制有人认为是阳极电化学过程和金属表面形成的磷酸盐膜共同作用的结果，即黏膜理论。阳极溶解所产生的金属离子与抛光液中的磷酸形成溶解度小、黏度大、流动慢的磷酸盐，在阳极附近积累和吸附形成黏膜。这层黏膜

4、的导电性差，在阳极(工件)表面分布不均匀，微观凸起处的黏膜较薄，而微观凹洼处的黏膜较厚。凸起处的电流密度大，阳极溶解快；凹洼处的电流密度小，阳极溶解慢。随着抛光过程的进行，金属表面变得平整而光亮。黏膜形成并附着在阳极表面，从而实现电抛光的过程就是黏膜理论的主要内容。2电抛光溶液的成分及工艺条件的影响2．1电抛光溶液的影响目前在生产中应用最广泛的是H。PO。一H。SO。一CrO。体系的电抛光溶液，其次还有以高氯酸为主的电解液。后者由于电压高、易燃、升温快，因而应用较少。根据电抛光的原理推知：磷酸可与金属离子形成黏度大、扩散系数小的物质，有利于阳极表面薄膜的形成。磷酸对金属的化学溶解较小，

5、抛光的电流密度下限较低。硫酸的加入有利于提高电解液的导电能力，改善分散能力和提高电流效率，加快整平作用。对铝及其合金还有利于减少表面的化学腐蚀。但对于钢铁件，硫酸的质量分数高对工件表面有较强的腐蚀性，并与CrO。形成CrO。·SO。沉淀而降低钢铁表面的光泽。铬酐的加入有利于钢铁表面氧化膜的形成，使工件表面钝化，减少金属的化学浸蚀，有利于金属表面光亮度的提高。由于CrO。沉淀析出会使金属表面光泽降低，有时在抛光液中加入甘油及甲基纤维素、明胶、糊精，以阻滞阳极溶解及化学腐蚀，有利于提高工件表面的光亮度，对不锈钢有积极的作用。CrO。的质量分数过高会影响气体的顺利排出，从而影响操作安全。2．

6、2电流密度的影响对于每一种金属材料的电抛光，都有一个确定的电解液成分及相应的电流密度范围，在此范围内有一个最佳的阳极极化效果。电流密度低、阳极极化小，此时工件是一般的阳极溶解，不起整平作用。在工艺要求的电流密度范围内，消耗于金属溶解的万方数据2013年11月电镀与环保第33卷第6期(总第194期)·53·电流较小，在金属溶解的同时有水或其他含氧离子放电，有氧气析出，此时有较好的抛光效果。当然电流密度过高、阳极析出大量氧气，造成工件表面过热，产生电化学过腐蚀，也得不到良好的抛光效果。2．3温度的影响在一定的电流密度下，升高温度可提高抛光速率。但温度过高，溶液的黏度下降，对流作用加强，扩散

7、速率加快，阳极溶解快，引起化学腐蚀严重，降低抛光效果。温度低，导电性差，抛光速率慢。2．4时间的影响时间要根据材质、工件表面的原始状态、电流密度、温度和电解液的成分等来确定。一般电流密度大、温度高，抛光时间可短一些。若反复抛光数次，每次都在规定时间范围内可得到较高的光亮度。2．5搅拌的影响搅拌可使工件表面的镀液不断更新，使温度均匀，消除滞留在工件表面的气泡，防止产生麻点和条纹。搅拌可采用阳极移动，有平行往返式和上下移动式两种。装挂一化学除油一热