文章编号：1001-227X（2001）03-0024-07
谢关荣1，张京钦2，梁国柱3，袁国伟3，李宁1
（1.哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001；2.中国腐蚀与防护学会；
3.广州二轻工业科学技术研究所，广东广州510170）
摘要：介绍了钢铁材料槽式电解抛光和槽外刷涂式电解抛光技术，概述了电解抛光技术的原理、工艺、设备、配方以及影响抛光质量的因素。
关键词：钢铁；不锈钢；电解抛光；电解液
中图分类号：TG175文献标识码：A
Electropolishing technigue for iron and steel XIE Guan-rong1，ZHANG Jing-gin2，LIANG Guo-zhu3，YUAN Guo-wei3，LI Ning1（1.Harbin Univ.of Technol.，Harbin150001，China；2.China Association of Corrosion and Protection；
3.Guangzhou Etsing Plating Research Inst.，Guangzhou510170，China）
工装管理系统Abstract：The mechanism，process，eguipment，formula and factors on polishing guality of electropolishing were summarized with16references.
Keywords：iron and steel；stainless steel；electropolishing；electrolyte
1前言
随着科学技术的发展，精密仪器的表面处理越来越多地采用了电解抛光工艺。电解抛光技术广泛应用于金属加工领域［13］，其特点是经过处理的金属表面不存在擦痕、变形、金属屑或磨料嵌入金属表面等问题，能够赋予金属表面良好的平整度、光亮度［14］和防腐性，这是机械抛光所无法达到的。特别是对硬度高、细小精密的机器元件，电解抛光比机械抛光要优越得多。近年来，人们对这方面的研究十分关注，在原理［2］、工艺参数［8，9，10，11］、设备［3］、配方［1，2，7，10］以及影响因素［1，3，7］等方面进行较系统的研究，其中，摩擦式电解抛光技术也越来越受到重视［3］。 收稿日期：2001-02-202原理及机理
阳极电位与阳极电流密度变化规律与电化学抛光质量有密切的关系。随着阳极电流密度的变化，可分几个区域，如图1［14］。
（1）电化学抛光初期，阳极电位急速上升到V
1
，此时阳极金属表面不能形成粘性薄膜，相当于阳极的正常溶解，不起电化学抛光作用。 （2）阳极电位从V
1
升高到V
2
。在此区域内阳极金属表面的粘性薄膜仍未生成，由于离子扩散速度还稍大于金属溶解速度，因此没有产生电化学抛光作用。
（3）阳极电位从V
2
升高到V
3
，阳极电流密度下降。此区间系不稳定区，阳极表面略
有溶解。由于电流密度既小又不稳定，粘性薄膜形成缓慢，氧气析出困难，不能实现电化学抛光目的。
（4）
阳极电位从V 3升高到V 4，虽然从理论上讲，属于良好的电化学抛光区域。但在此区域内，氧气不能大量的析出，氧气泡会粘附在零件表面，使该处阳极金属表面绝缘，破坏了电化学抛光的正常进行，导致加工面上有斑点，
光洁度低。
图1阳极电位与电流密度关系曲线示意图
（5）阳极电位从V 4升高到V 5，氧气析出
量有所增加，但大量气泡仍然粘附在零件表面，造成表面斑点，故仍然不能进行良好的抛光。
（6）阳极电位从V 5升高到V 6时，阳极电流密度直线上升，此时氧气泡大量激烈地析出，迅速脱离金属阳极表面，使抛光表面不再生成斑疵，电化学抛光质量很好。因此金属表面既能被整平，又达到了光亮度的要求。
（7）如果阳极电位与电流密度继续提高，则电化学反应甚为激烈，在阴极上沉积物生成较快。当沉积物不能及时脱离阴极时，零件表面（即阳极金属表面）有斑点，严重的有烧伤现象。
一般来说，合金钢、不锈钢等金属的电化学抛光，阳极电位大于V 4才能得到的，所以V 4、V 5、V 6区域是最好的加工区域。阳极电位-阳极电流密度曲线的形状虽有不同形式，但抛光规律大体上是相同的。为了进行良好的抛光，应通过实践获得不同金属材料在不同电解液里进行加工的合适区域。
2.2电解抛光机理
为了解释电解抛光的机理，人们提出了
各种各样的理论，其中最重要的是粘膜理论和氧化膜理论。同时也有人认为是粘膜理
论和氧化膜共同起作用［1，2］
。2.2.1粘膜理论
电解抛光在一定的条件下，金属阳极的溶解速度大于溶解产物离开阳极表面向电解液中扩散的速度，于是溶解产物就在电极表面积累，形成一层粘性膜，这层粘性膜的电阻比电解液的大，而且可以溶解在电解液中，它沿阳极表面的分布是不均匀的，如图2
所示。
图2电解抛光时粘膜形成示意图
在表面的微凸处的微粘膜厚度比凹处小，导致凸处的电阻也较小，从而造成电流集中。与微凹处相比，微凸处电流密度较大，电位升高，从而使氧气容易析出，有利于粘膜溶解扩散，加快了微凸部位金属的溶解。随着电解抛光时间的延续，阳极表面上的微凸处被逐渐削平，使整个表面变得平滑、光亮。
2.2.2氧化膜理论
在电解抛光过程中，由于析出氧的作用在金属表面形成一层氧化膜，阳极表面呈钝态。但是，这层氧化膜在电解液中是可以溶解的，所以钝态并不是完全稳定的。由于在阳极表面微凸处电流密度较高，形成的氧化膜比较疏松，而且该处析出的氧气也多，有利于阳极溶解产物向溶液中扩散，促使该处的氧化膜解加快。在整个抛光过程中，氧化膜的生成溶解不断进行。而且微凸处进行的速度比微凹处快，其结果，微凸处金属被优先溶
解削去，使阳极表面达到平滑、
光亮。
图3电化学抛光时，钢表面与抛光溶液界面状况示意图
电解反应式
阳极Me =Me 2++2e
Me +H 20=Me0+2H ++2e
2H 20=02!+4H ++4e
阴极2H ++2e =H 2!（其中：Me 为Fe 、Cr 、Ni 、Cu 等金属原子）
3设备
电解抛光设备一般可分为槽式和摩擦式两类。3.1
槽式
电解抛光示意图
摆动抛光槽
1-工件2-槽
3-电解液4-
阴极
流动抛光槽
真空过滤装置1-工件2-槽
3-电解液
喷气式汽车4-阴极
防爆鼠标5-
绝缘板
管体槽
1-电解液出口2-电流接通到管子处3-槽4-管子5-阴极6-槽的衬层7-
支承圈
套装槽
3.2
摩擦式
电化学-机械修磨抛光示意图
［13］
1-夹头2-
工具阴极
射流扫描式电解抛光装置
复合抛光装置示意图
旋转抛光盘式电解抛光装置
电化学刷涂式抛光设备装置
［13］
1-专用电源2-工件3-电解
4-输液软管5-管夹6-电解液容器
4
配方及工艺
4.1
电解抛光液基本成分
不锈钢、碳素钢抛光液一般由磷酸、硫酸为主要成分，占溶液总量的50%（质量分
数）以上，适量的铬酐，少于10%
（质量分数），可添加适量的络合剂、粘度调节剂、缓蚀剂、光亮剂。4.2酸的作用
H 2SO 4、H 3PO 4均有溶解作用，H 2SO 4价廉且溶解力强，而H 3PO 4形成金属的磷酸二氢盐、磷酸盐，这些物质粘度大，导电性低，胶状液体形成粘膜主要成分。H 2SO 4能提高抛光液的导电性和降低槽压，同时能促进电解抛光中电流密度分布的均匀性。4.3络合剂
C -、F -的无机阴离子以及醋酸、
草酸、柠檬酸等阴离子具有络合作用，能促进金属的溶解，加强抛光作用。4.4添加剂
!粘度调节剂，
如纤维素醚和聚乙二醇的混合物。
"光亮剂，
采用氯烷基吡啶、卤素化合物和磺基水杨酸
#缓蚀剂，
采用若丁和有机胺4.5配方及工艺条件：
序号电解液成分%（质量分数）电流密度A /dm 2电解液温度（C ）抛光时间（min ）加工材料阴极材料
参考文献1
H 2SO 415甘油12H 2O 3H 3PO 4
65
CrO 35
25~50
70~80
1~5
不锈钢
铅
［2］
2
H 2SO 415~205~5043~545~10不锈钢铅［14］
H 3PO 463~67H 2O
13~223H 3PO 460~7020~3060~701~5不锈钢铅［10］
H 2SO 415~20CrO 3
5~10
续表
序号电解液成分
%（质量分数）
消谐柜
电流密度
A/dm2
电解液
温度（C）
抛光时间
（分）
加工材料阴极材料参考文献
4H2SO41660~10080~9010~122Cr13、铅［14］H3PO413
C3H8O3564Cr13铜
H2O15
5H2SO415~4020~10050~702~8不锈钢、铅、H3PO450~10碳素钢铜
C3H8O312~45
6H3PO440~4540~7050~805~10不锈钢、铅H2SO440~35碳素钢
CrO33
H2O17
7H3PO44620~8030~403~5碳素钢铅H2SO440
C6H12O64
H2O10
8H3PO467.5308010碳素钢铅、［1］CrO327.5铜
H2O5
9H3PO450~7020~10050~800.2~5碳素钢铅、［7］H2SO415~30铜
H2O余量
10H3PO46530~40208~10碳钢铅、H2SO415不锈钢
（COOH）
2
1~2
H2O18~19
11H2SO44830~8040~6010~15不锈钢铜HBF414
（COOH）
2
1
H2O37
12H3PO4560m/L20~5055~654~5手表等铝［12］H2SO4400m/L密仪器
CrO350m/L
明胶7~8m/L
H2O40m/L
13H3PO460~6210~25室温10~30碳钢、锰镍钢铅H2SO418~22
草酸10~15飞行棋棋盘
硫脲8~12
EDTA1
H2O0~3
豫公网安备41160202000603
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