影響電化學(xué)拋光效果的主要因素

　　電化學(xué)拋光是一個(gè)多因素的綜合過程。因此，影響電拋光效果的工藝因素較多，而且這些影響因 素是相互關(guān)聯(lián)的，有時(shí)是某種因素起主要作用，有時(shí)則幾種因素共同起重要作用。所以，要使電拋光工藝長期保持穩(wěn)定和處于較佳狀態(tài)，就必須從多方面創(chuàng)造和掌握 好各種影響拋光效果的主要因素。

　　一、電化學(xué)拋光電解液

　　毋庸置疑，電解液選用的合理與否是直接影響電化學(xué)拋光效果的最基本因素之一。根據(jù)上述的電化學(xué)拋光機(jī)理，組成電解液的金屬的“接受體”(或配體)應(yīng)當(dāng)具有以下幾種特性：

　　(1)擴(kuò)散系數(shù)小，黏度大。

　　(2)易與溶解下來的金屬離子形成擴(kuò)散速度更小的多核聚合配合物。

　　(3)本身是一種黏稠的酸。

　　因?yàn)殡娀瘜W(xué)拋光通常是由擴(kuò)散控制的，在陽極極化曲線中有平臺(tái)出現(xiàn)，黏度大、擴(kuò)散系數(shù)小的配 體可在較低電流密度下達(dá)到擴(kuò)散控制區(qū)，即可在較低槽電壓下進(jìn)行拋光，這就是通常選用磷酸、有機(jī)膦酸和濃硫酸構(gòu)成電化學(xué)拋光電解液的原因。當(dāng)然，僅僅“接受 體”的擴(kuò)散速度小，若它不能接受溶解下來的金屬離子，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散速度更小的配離子，這種接受體也是無拋光效果的。某些接受體本身的黏度不很大，但可以 與溶解下來的金屬離子形成黏度更大、擴(kuò)散系數(shù)更小的配離子，同樣也可得到良好的拋光效果。磷酸、有機(jī)膦酸均易與銅離子形成黏度更大、擴(kuò)散系數(shù)更小的聚合多 核配合物，所以具有很好的拋光效果。黏稠的氧化性酸(如高抓酸)，不僅可以形成黏度大、擴(kuò)散系數(shù)小的黏液層，還容易在陽極表面形成更加致密的固體膜，它有 利于進(jìn)行微觀整平，也容易使表面光亮。

　　某些添加劑可以提高電化學(xué)拋光的效果。例如甘油、明膠以及具有表面活性的各種有機(jī)物(特別 是表面活性劑)，是常用的電化學(xué)拋光添加劑，有時(shí)可以獲得很好的效果。當(dāng)甘油與磷酸并同時(shí)，它可以與磷酸形成甘油磷酸酯C3H5(OH)2H2PO4，它 具有更大的黏度和更小的擴(kuò)散系數(shù)，而且更容易與金屬離子形成擴(kuò)散系數(shù)更小、更加致密的配合物，使黏液層更加致密、厚實(shí)，因而拋光效果也更好。某些醇類、多 元醇、蛋白質(zhì)和表面活性劑具有抑制陽極過腐蝕的作用，從而防止了過腐蝕凹痕的形成，其作用機(jī)理是它可與溶解的金屬離子配位后形成具有特殊物理性質(zhì)的陽極液 或陽極膜，這種陽極液具有良好的緩蝕作用。

　　一種實(shí)用的電拋光電解液，除了要具備上述的條件外，電解液對(duì)基體金屬和工夾具不得有過強(qiáng)的腐蝕作用，同時(shí)還要具備價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好、毒性低、拋光的工藝范圍寬等特點(diǎn)。

　　二、電化學(xué)拋光電流密度和電壓

　　電化學(xué)拋光的電流密度或電壓通常應(yīng)控制在極限擴(kuò)散電流控制區(qū)，即圖1-3中陽極極化曲線的 平坦區(qū)(CD段)，低于此區(qū)的電流密度時(shí)，表面會(huì)出現(xiàn)腐蝕。高于此電流密度區(qū)時(shí)，因有氧氣析出，表面易出現(xiàn)氣孔、麻點(diǎn)或條紋。這個(gè)平坦區(qū)不是固定不變的， 它會(huì)隨溫度、配位劑的濃度和添加劑的種類而變化。圖1-6是羥基乙叉二膦酸(HEDP)電拋光銅時(shí)，HEDP濃度對(duì)陽極電流密度-電壓曲線的影響情況。由 圖可見，隨著配位劑HEDP濃度的升高，平坦區(qū)對(duì)應(yīng)的陽極電流密度DA下降，槽電壓也降低，即高濃度配位劑可在較低陽極電流或電壓下形成高黏度的黏液膜。 但配位劑濃度太高時(shí)，電解液黏度過大，電阻大，電流密度很小，金屬的溶解速度過慢，此時(shí)被拋光的銅表面易出現(xiàn)麻點(diǎn)或生成藍(lán)色沉淀物，表面反而不亮。

　　圖1-15是添加劑OP-10乳化劑對(duì)HEDP電拋光銅的陽極極化曲線的影響，加入OP- 10后，平坦區(qū)對(duì)應(yīng)的電流密度明顯下降，其作用類似于提高配位劑濃度的效果。這是由于加入OP-10后，銅片表面生成了一層吸附膜，陽極表面容易鈍化，使 拋光效果提高。同時(shí)OP-10乳化劑是一種表面活性劑，具有降低表面張力的作用，使陽極析出的氧氣不會(huì)長時(shí)間停留在表面上，從而減小了試片表面的點(diǎn)狀和線 狀腐蝕，并不易生成藍(lán)色沉淀物膜。

　　三、溫度

　　隨著電解液溫度的升高，極限擴(kuò)散電流逐漸增大，當(dāng)溫度高于90℃時(shí)，表面拋光的起始電流密 度大，陽極銅片的溶解速度過快，因而銅片表面易生成點(diǎn)狀或條狀腐蝕。當(dāng)電解液溫度低于60℃時(shí)，傳質(zhì)過程慢，拋光的起始電流密度太低，陽極銅片的溶解速度 慢，溶解下來的離子不能很快地?cái)U(kuò)散開來，容易在陽極表面形成CuZ+和HEDP的多核配合物，使銅片表面出現(xiàn)藍(lán)色沉淀物膜或麻點(diǎn)。因此，對(duì)應(yīng)任何一種電化 學(xué)拋光液，均有一個(gè)最佳的拋光溫度范圍。對(duì)于 HEDP電拋光銅而言，最佳的溫度范圍是70℃一80℃。

　　四、拋光時(shí)間

　　電化學(xué)拋光應(yīng)持續(xù)的時(shí)間，要受到下列因素的影響：

　　(1)被拋光零件的材質(zhì)及其表面的預(yù)處理程度。

　　(2)陽、陰極間的距離。

　　(3)電解液的拋光性能及溫度。

　　(4)電拋光過程使用的陽極電流密度的大小及槽電壓的高低。

　　(5)工藝上對(duì)拋光表面光亮度的要求等。

　　因此，電化學(xué)拋光的持續(xù)時(shí)間，是一個(gè)可變性較大的參數(shù)。對(duì)于一個(gè)確定的電拋光體系，應(yīng)有一 個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間范圍，是獲得預(yù)期拋光效果的必要條件。應(yīng)當(dāng)指出，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間范圍內(nèi)，拋光效果與時(shí)間成正比。超過這個(gè)時(shí)間范圍時(shí)，拋光效果就會(huì)降低，甚至適 得其反，發(fā)生過腐蝕。這是由于電極表面電解液因電流長時(shí)間通過而使溫度升高的結(jié)果。

　　國內(nèi)大多人喜歡采用大陽極電流，小極間距離(數(shù)毫米)來適當(dāng)縮短電化學(xué)拋光的持續(xù)時(shí)間，以 獲得較好的拋光效果和效率。這與國外恰恰相反，國外不少人采用SA/dm2~10A/dm2的小電流，10cm~12crn的大極間距離進(jìn)行電拋光加工， 這時(shí)所需的持續(xù)時(shí)間就要長些。

　　五、陽極、陰極極間距離

　　陽極、陰極極間距離的選取應(yīng)兼顧以下幾個(gè)因素：

　　(1)便于調(diào)整電流密度到工藝規(guī)范，并盡量使拋光件表面的電流密度分布得均勻一致些。

　　(2)盡量減少不必要的能耗，因電解液濃度高、電阻大，耗電量較大。

　　(3)陰極產(chǎn)生的氣體攪拌是否已破壞了黏液層，降低了拋光效果。

　　具體極間距離的選用，應(yīng)視被拋光制件的大小和工藝要求靈活掌握。一般來說，大制件的極間距 離可大些，反之則應(yīng)小些。小型制件或中型制件的局部拋光，極間距離大多為10mm~20mm左右，大型制件拋光的極間距離應(yīng)選取80mm~100mm。用 于去毛刺作業(yè)的拋光，極間距離應(yīng)在50mm左右為宜。

　　六、拋光前制件表面狀態(tài)及金相組織

　　由上述可知，被拋光制件在拋光前的表面狀態(tài)及其金相組織，均會(huì)直接影響電拋光加工的工藝效果。

　　(1)被拋光制件表面的金相組織越均勻，越細(xì)密，例如結(jié)晶特別細(xì)密的純金屬，越有利于拋光過程的進(jìn)行，而且拋光效果也越好。

　　(2)被拋光制件的材料為合金，特別是多組分合金時(shí)，拋光工藝的控制比較麻煩。要獲得滿意的電拋光效果，就應(yīng)當(dāng)選用更嚴(yán)格的工藝規(guī)范，使組成合金的各個(gè)組分盡量能溶蝕均勻。

　　(3)當(dāng)被拋光制件的金相組織不均勻，特別是含有非金屬成分時(shí)，就會(huì)使電拋光體系呈現(xiàn)出不一致的電化學(xué)敏感性。這對(duì)電拋光工藝就提出了更加苛刻的要求。若非金屬含量太大時(shí)，電拋光將無法進(jìn)行。

　　(4)制件在拋光前表面處理得越干凈越細(xì)密，越有利于電拋光過程的進(jìn)行，越容易獲得預(yù)期的 拋光效果。反之亦然。實(shí)踐證明，電拋光前將被拋光制件表面進(jìn)行預(yù)處理，使其粗糙度達(dá)到Ra1.6~Ra0.8，是獲得明顯電拋光效果的必要條件。若能達(dá)到 Ra0.4~Ra0.2，則可獲得更加理想的電拋光效果。