2.2 拋光

拋光是指利用機械、化學或電化學的作用，使工件表面粗糙度值降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。拋光目的有兩個：一是將工件表面整平，二是使工件表面有一定的光亮度。拋光分為機械拋光、化學拋光和電解拋光三大類。

機械拋光是借助拋光機和砂輪（砂布、毛氈）在有精細磨料的情況下，以一定的壓力及旋轉速度，對制品表面進行輕微切削處理和研磨，以除去毛刺、細微的不平和損傷，使之平整光滑的處理過程。機械拋光存在如下缺點：噪聲污染非常大；拋光中產生的粉塵造成工作環境特別差；工人勞動強度大；只能用于加工規則的工件，形狀稍微復雜的工件很難進行機械拋光；工作效率低等。

化學拋光是金屬表面通過有規則的溶解達到光亮平滑。在化學拋光過程中，鋼鐵零件表面不斷形成鈍化氧化膜同時氧化膜不斷溶解，且前者要強于后者。由于零件表面微觀的不一致性，表面微觀凸起部位優先溶解，且溶解速率大于凹下部位的溶解速率；膜的溶解和膜的形成始終同時進行，只是其速率有差異，結果使鋼鐵零件的表面粗糙度值減小，從而獲得平滑光亮的表面。拋光可以填充表面毛孔、劃痕及其他表面缺陷，從而提高疲勞強度和耐蝕性。

電解拋光是將金屬件或覆蓋有金屬層的電鍍件作為陽極置于某種組成的溶液中，該金屬發生陽極極化并產生不穩定的鈍化現象，即提高電壓時電流密度幾乎不變，如果將電流密度限定在該金屬和該溶液所特有的一定電流密度范圍內，則此時無光澤的表面將變為拋光的光亮表面。由于當時化學拋光工藝相對較成熟，應用較廣泛，因此直到近30年電解拋光才因工業需要而得到較多研究與應用，并發展成一種主要用于去除切削加工留下的微觀不平度，以提高表面質量的新技術。表2-13是電解拋光、化學拋光及機械拋光的部分情況比較。

表2-13 三種拋光方法的比較

2.2.1 機械拋光

1.拋光過程

機械拋光是利用柔性拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質對工件表面進行的拋光加工。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的，有時也用以消除光澤（消光）。可以手工拋光，也可以在拋光機上進行。拋光機上裝有拋光輪，以拋光輪作為拋光工具。拋光輪一般用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成，兩側用金屬圓板夾緊，其輪緣涂覆由微粉磨料和油脂等均勻混合而成的拋光膏。拋光時，高速旋轉的拋光輪（圓周速度在20m·s^-1以上）壓向工件，使磨料對工件表面產生滾壓和微量切削，基體與拋光輪摩擦產生的高溫使基體塑性提高，在拋光力的作用下，基體表面產生塑性變形，凸起部分被壓低，并向凹處流動，令表面粗糙度值降低。另外，拋光膏在拋光時對周圍介質起作用，大大加強了拋光效果，獲得光亮的加工表面，表面粗糙度Ra值一般可達0.01～0.63μm；當采用非油脂性的消光拋光液時，可對光亮表面消光以改善外觀。大多數金屬材料表面都有一層氧化膜，在拋光過程中，每拋光一層氧化膜（其過程約0.5s）還會再新生一層氧化膜，其厚度約為0.0014μm，然后再被拋光去掉，如此反復下去，最后得到有光澤的表面。

現介紹常用的拋光工序。

（1）粗拋 一般由黃色拋光膏配合布質粘砂輪使用，為拋光的首道工序，目的是去掉工件表面的砂眼、毛刺，起到一定的潤滑作用。

（2）中拋 一般由紫色拋光膏配合麻輪使用，為拋光的第二道工序，目的是平整工件表面、深度清除工件表面殘留的砂眼或砂印。

（3）細拋 一般由綠色拋光膏或白色拋光膏配合純棉布輪使用，為拋光的尾道工序，拋后工件呈鏡面或高光效果，區別為前者帶青光，后者帶白光。如果要求不高，可以使用白色拋光膏，因為它的價位通常較低。

2.拋光輪

拋光輪是一種壓合式平面輪，它由若干拋光輪片壓合而成，每一個拋光輪片的外表面都均勻地涂有一層拋光油。在拋光過程中不需要另外加油。它結構簡單，使用方便，拋光效果好。拋光輪的材料和磨光輪稍有不同，它是由彈性更好的各種棉布、細毛氈、絲綢、鹿皮等制成的。此外，為了節約棉毛織物而用特種紙制成的拋光輪也被廣泛采用。拋光輪的硬度以縫合線的距離來決定，縫合線距離越小，拋光輪的硬度越高。為了使拋光輪更柔軟，制作拋光輪時應注意縫合線與輪邊之間保持足夠的距離（也有不縫線的）。拋光大型的工件，有時也用具有特殊風冷裝置的拋光輪。拋光輪主要分為以下三類：

1）非縫合式整布輪。多用細軟棉布制成，宜拋光形狀復雜的工件，或用于小型工件的精拋光。

2）縫合式拋光輪。多用粗布、亞麻布、無紡布及細平布等制成，縫線可采用同心圓式、螺旋式及直輻射形式，宜拋光各種鍍層及形狀較簡單的工件。

3）風冷布輪。采用45°角斜剪法，呈環形皺褶狀，中間裝有金屬圓盤，具有通風散熱的特點，宜用于大件平面制品、大件圓管制品等的拋光。

拋光輪的規格見表2-14。

表2-14 拋光輪的規格

注：縫合式布輪一般由單片組合而成，厚度根據生產需要決定。

3.拋光輪圓周速度的選擇

正確地選擇拋光輪的圓周速度是保證質量的重要因素。拋光輪的圓周速度通常應比磨光輪高，應根據基體或鍍層材料及拋光要求選擇拋光輪的圓周速度。一般在粗拋光時，選用較高的圓周速度，精拋光時選用較低的圓周速度。拋光輪的圓周速度可按表2-15選用。拋光時，把零件壓在拋光輪的適當部位，其用力大小、拋光時間長短、手的動作都要靠拋光工的實際經驗。

表2-15 拋光輪的圓周速度

4.拋光膏

（1）拋光膏的種類及用途 拋光用材料目前有固體（拋光膏）及液體（拋光液或拋光漿）兩種。在國內，現在尚以拋光膏為主，拋光液也開始推向市場。拋光膏兼具研磨及拋光性能，在各種鋼鐵、非鐵金屬、木材、塑料、膠木等制品中應用極為廣泛。我國拋光膏習慣性分類及應用見表2-16。

表2-16 我國拋光膏習慣性分類及應用

工件材質不同，要選用不同的磨料制作拋光膏。磨料本身是有顏色的，因而就使得拋光膏也帶有了顏色，不同磨料顏色不同，造成拋光膏顏色也不同，因此，習慣上用顏色來劃分不同品種的拋光膏。但是這種分類方法有兩個缺點。

1）產品命名的顏色與其真實顏色不一致，例如黃色拋光膏實際顏色是棕紅色。

2）新產品命名有時存在困難，比如單位研發一種新拋光膏是綠色的，但其磨料不同于綠色拋光膏，它的命名會出現問題。

所以，原習慣分類法易造成混亂。由于磨料占拋光膏質量的70%～80%，因此按磨料種類對拋光膏進行分類較為合理。拋光膏新的分類方法見表2-17。

表2-17 拋光膏新的分類方法

（續）

（2）拋光膏的主要原料

1）磨料。磨料幾乎全是無機鹽類，一般以氧化物軟磨料為主。常用拋光膏的主要成分有石英粉、白剛玉、碳化硅、氫氧化鈣、氧化鉻、氧化鐵、石灰、硅藻土、氮化硼、白泥（瓷粉或高嶺土）等。拋光膏的配比、細度、粉粒形狀、硬度、耐磨性五個因素對其質量及拋光效果影響很大。

2）油脂。油脂的作用有兩個：一是在拋光過程中使固體粉料均有粘合并冷卻潤滑，二是防止工件表面產生劃痕及促進氧化。在國外拋光膏中，多用硬脂酸、小燭樹蠟、加洛巴蠟、橄欖油、氯化石蠟、褐煤蠟、錠子油、亞麻籽油等，品種較多。國內這方面的研究較少，經常用的油脂是硬脂酸、油酸、脂肪酸、石蠟、牛油脂、煤油等。油脂與磨料的配合非常重要。常用拋光膏磨料和油脂的性能及要求見表2-18。

表2-18 常用拋光膏磨料和油脂的性能及要求

（續）

幾種拋光膏的配方見表2-19～表2-21。

表2-19 白色拋光膏的配方

表2-20 綠色拋光膏的配方

表2-21 黃色拋光膏配方

（續）

（3）拋光膏的技術指標及測定 拋光膏化工行業標準技術指標見表2-22。

1）光澤度提高值的測定。測試儀器有拋光試驗機、鏡向光澤度儀。

拋光試驗機配有電子控時裝置和液壓控制裝置，能很好地控制時間和壓力，保證每次測定條件的一致性。

鏡向光澤度儀測試光澤度（即亮度）的原理是在鏡面反射（即入射角等于反射角的反射，鏡面反射以外的反射稱為漫反射）方向上觀察物體時，物體表面越“亮”，則鏡向反射光越強，而漫反射相對越弱，即光澤度越高；反之，表面越“烏”則光澤度越低。鏡向光澤G_s被定義為：在規定入射角下，物體表面的鏡向反射光束照射到規定的透光孔的光通量，與在相同條件下標準玻璃表面的鏡向反射光束?_os之比（物體表面鏡向光澤G_s為鏡面反射率與基準面的鏡向反射率之比），即。習慣去掉百分號用光澤單位表示，也就是，G_os＝100光澤單位。

2）細度測定。測定前，將磨料與油脂分離開（用煤油溶出油脂），再按顏料、色漿及涂料細度的試驗方法測定。

3）燒失量測定。采用馬弗爐灼燒法，灼燒溫度為（550±10）℃。

4）硬固點測定。將試樣（拋光膏）置于帶柄的蒸發器中加熱熔融后，在不斷攪拌下慢慢冷卻，并用溫度計測量溫度。當試樣與蒸發器內壁不再發生黏附時的溫度即為所

表2-22 拋光膏化工行業標準技術指標

注：1.光澤提高值是指工件經拋光膏拋磨前后光澤度的變化。

2.切削能力是指拋光前后工件質量的變化。

3.硬固點是指拋光膏經加熱熔化后，在攪拌冷卻過程中由流動態轉變為固定態時的溫度。硬固點過高，拋光輪上膏量過少會造成拋光輪上膏量不均勻。硬同點的高低會影響室溫下膏體的硬度，從而影響實際拋光過程巾拋光膏在拋光輪上的附著狀況。一般而言，大多數拋光膏的硬同點為50℃。

4.燒失量是指拋光膏灼燒后的損失量（質量分數）。

5.細度直接影響拋光效果，不作為出廠檢驗指標。

測拋光膏的硬固點。

5.機械拋光注意事項

（1）拋光輪轉速 拋光時，不同的金屬材料要使用不同的拋光輪轉速。用拋光輪拋光生鐵、鋼、鎳、鉻時，因為硬度高，轉速為30～50m·s^-1，否則生產率太低；拋光鋅、鋁、鉛及其合金時，因為硬度低，必須采用較低的拋光速度，轉速為18～25m·s^-1，否則會造成工件表面缺損。

（2）用砂紙拋光時的注意事項

1）用砂紙拋光時不能用硬的木棒或竹棒。在拋光圓面或球面時，使用軟木棒可更好地配合圓面和球面的弧度，而較硬的木條，如櫻桃木，則更適用于平整表面的拋光。修整木條的末端，使其能與鋼件表面形狀保持吻合，這樣可以避免木條（或竹條）的銳角接觸鋼件表面而造成較深的劃痕。

2）當換用不同型號的砂紙時，拋光方向忌超出45°～90°。這樣前一種型號砂紙拋光后留下的條紋陰影即可分辨出來。在換不同型號砂紙之前，必須用脫脂棉蘸取酒精等清潔液，對拋光表面進行仔細擦拭，因為即使很小的砂礫留在表面，都會嚴重影響整個拋光工作。從砂紙拋光換鉆石研磨膏拋光時，上述清潔過程同樣重要。

（3）用鉆石研磨膏拋光時的注意事項

1）這種拋光，特別是拋光預硬鋼件和用細研磨膏拋光時，不能在較大的壓力下進行。在用8000號研磨膏拋光時，常用壓力為10～20MPa，但很難保持此載荷的精準度。為了更容易做到這一點，可以在木條上做一個薄且窄的手柄，如加一銅片，或者在竹條上切去一部分而使其更加柔軟，這樣可以幫助控制拋光壓力，以確保模具表面壓力不會過高。

2）當使用鉆石研磨膏拋光時，不僅工件表面要求潔凈，工作者的雙手也必須清潔。否則任何污垢都會污染拋光膏，影響工件拋光效果。

3）每次拋光時間不能過長。時間越短，效果越好。拋光過程時間過長會造成桔皮和點蝕。

4）為獲得高質量的拋光效果，忌用容易發熱的拋光方法和工具，如拋光輪拋光。拋光輪產生的熱量很容易會造成桔皮。

5）當拋光過程停止時，應保證工件表面潔凈，仔細去除所有研磨劑和潤滑劑非常重要，隨后應在表面噴淋一層模具防銹涂層。

由于機械拋光主要還是由人工完成，所以拋光技術目前還是影響拋光質量的主要原因。除此之外，還與模具材料、拋光前的表面狀況、熱處理工藝等有關。優質的鋼材是獲得良好拋光質量的前提條件，如果鋼材表面硬度不均或特性上有差異，往往會造成拋光困難，鋼材中的各種夾雜物和氣孔都不利于拋光。

2.2.2 化學拋光

1.概述

化學拋光是通過化學試劑對樣品表面凹凸不平區域的選擇性溶解作用消除磨痕而達到整平和光亮的一種方法。它是一種特殊條件下的化學腐蝕。所謂選擇性溶解，是指被拋光面的金相學、結晶學以及幾何學不均勻性受到不均勻的溶解，表面上微觀凸起處，在特定溶液中的溶解速度比微觀凹下處的快，結果逐漸被整平而獲得平整、光亮的表面。

化學拋光不只限于能獲得光亮的表面，它還對基體的許多物理-化學性質及腐蝕性質有良好的影響。化學拋光能改善金屬的光學性質（反光系數或光反射率）和力學性能，減小金屬之間的摩擦因數，提高金屬在冷作狀態下的塑性變形能力，增大某些磁性材料的磁導率，消除冷發射現象等。因此，化學拋光不僅在各種科學和技術領域里取得了越來越廣泛的應用，而且在工業上也越來越受到重視和應用。如不銹鋼、黃銅、鋁及其他金屬制品的裝飾性精加工；機械零件和工具表面的最后精加工；鋁及鋁合金制品陽極氧化、化學氧化和著色前的表面準備；電鍍和化學鍍前的金屬表面準備；多層電鍍時中間鍍層的拋光和最后鍍層的精加工；作為制造板材、帶材、線材及制成品的中間工序的拋光等。過去金銀首飾大都用手工壓光，勞動效率極低，近年來已開始轉向用化學拋光或電解拋光作為首飾的中間或最終加工工序。由于基體金屬大都為價格低廉的金屬材料，用拋光的方法除去基體表面的不平整比用昂貴的金屬鍍層來填平合算得多，這就為拋光技術的應用敞開了大門，其應用領域越來越廣闊。

化學拋光與機械拋光相比，是一種更為先進、更為科學的拋光方法，其特點如下：

1）可用于機械拋光困難或無法加工的制件。如形狀、結構比較復雜，具有不規則凹、凸結構的制件，狹小縫隙或孔洞的內表面，精細薄小的制件等。

2）一般為簡單的手工操作，操作方法簡單，容易掌握。

3）拋光后的制件表面粗糙度非常均勻一致，其均勻性超過機械拋光和電解拋光。

4）作業時勞動強度小，無噪聲和粉塵污染，但存在一定的化學污染。

5）被拋光表面的光亮度可通過選用不同的工藝規范來控制。

6）對于某些光亮度要求很高的制件，僅用化學拋光不容易達到要求，通常化學拋光的光亮度不如機械拋光高，有時化學拋光后還需機械拋光。

7）化學拋光前，必須對拋光制件進行徹底清洗，包括脫脂和除銹。

8）工藝的專用性較強。

化學拋光與電解拋光相比有優點，也有缺點。

化學拋光的優點如下：

1）設施與設備的費用少。

2）生產率高，易進行批量生產。

3）操作簡單，拋光時間短。

4）與被拋光物件的形狀無關。

5）拋光成本較低。

化學拋光的缺點如下：

1）拋光后的光亮度比電解拋光差。

2）鍍液的管理與控制比較困難。

3）拋光前的處理要求比較嚴格。

4）自動化操作比較困難。

拋光液（又稱拋光漿、拋光劑）是由多種化工溶液配制而成的溶液，它在拋光工藝中有重要的地位，合理選擇拋光液，能使加工出來的工件表面光亮美觀、色澤鮮艷，還可以防止工件銹蝕，保持與提高工件表面的光澤，起到清潔工件與磨具的作用，可以脫脂，軟化工件表面以加速磨削，減少磨具對工件的沖擊，改善工件條件。它具有無毒，無腐蝕，不易變質等特點。拋光液為拋光材料帶來了質的變化。拋光膏拋光的特點是：間歇式手工操作，勞動強度大，生產率低，不太安全。拋光液拋光的特點是：生產可自動化，生產效率高，國外從50年前就開始了拋光液的生產應用，國內這方面的生產應用則滯后得多。在光整效率、工件的研磨質量、拋光的光潔度等方面，拋光液都顯示出其獨特的效果。

2.鋼鐵的化學拋光

鋼鐵工件在化學拋光的過程中，其表面不斷形成氧化膜而又不斷溶解，這種交叉不斷進行的過程直至拋光結束。其中表面微觀凸起的部分優先溶解。這種作用使鋼鐵工件粗糙不平的表面得以逐漸整平，最終得到平滑光亮的表面。特別是對于一些機械拋光實施比較困難的細長、厚度小或形狀復雜的小工件，采用化學拋光工藝具有效率高、成本低、勞動強度低等優點。以化學拋光作為預處理工序獲得的表面有助于電鍍、化學鍍層的結合，以及轉化膜、著色膜層更加致密平整及附著力強，從而使鋼鐵工件的裝飾性能和耐蝕性提高，工件的使用壽命延長。

（1）普通鋼鐵材料的化學拋光 生產實踐證明，化學拋光技術應用于鋼鐵工件有很好的效果，能夠獲得比較滿意的平滑光亮表面。一般鋼鐵工件的化學拋光液配方和工藝條件見表2-23和表2-24。

表2-23 普通鋼鐵化學拋光液配方及工藝條件

（續）

注：工藝5拋光液中不能將水帶入，以免過腐蝕。

表2-24 低、中碳鋼和低合金鋼化學拋光液配方及工藝條件

注：工藝6具有鈍化作用；工藝8對普通鋼絲的拋光效果不太好，拋光時表面形成褐色膜而溶于電解液。

碳質量分數為0.6%～2.0%的高碳鋼制成的工件多數是經過淬火或淬火后又回火處理的，其化學拋光較為困難。目前使用的縮合磷酸型拋光液優于普通的磷酸拋光液。其特點是不會與水溶液中的鐵離子作用生成不溶性的磷酸鐵沉淀。縮合磷酸體系高碳鋼化學拋光液配方及工藝條件見表2-25。

表2-25 縮合磷酸體系高碳鋼化學拋光液配方及工藝條件

（2）不銹鋼的化學拋光

1）化學拋光液類型。不銹鋼化學拋光和一般鋼鐵類材料的化學拋光類似，首先是拋光的適用范圍比較廣，能拋光處理形狀復雜的工件，并且使工件的內、外表面都獲得較為均勻的表面粗糙度；化學拋光所用的設備簡單易造，價格便宜；操作方便容易，生產率高，一次能處理大批工件。但是化學拋光液的溫度高，揮發大，酸霧大，對拋光設備腐蝕大，而且拋光質量比不上機械拋光及電解拋光。目前國內外使用的不銹鋼化學拋光液基本上可以分為四種類型，見表2-26。

表2-26 不銹鋼化學拋光液類型

（續）

2）不銹鋼化學拋光液配方。不銹鋼化學拋光液配方及工藝條件見表2-27。

表2-27 不銹鋼化學拋光液配方及工藝條件

（續）

注：工藝1適用于奧氏體不銹鋼。聚乙二醇能提高溶液濃度，磺基水楊酸鈉能抑制對基材的侵蝕。工藝2、工藝3也適用于奧氏不銹鋼。工藝2適用于較粗糙的零件，也可作預拋光。工藝3用于表面粗糙的零件。工藝4若加入甘油可改善拋光質量，操作時需抖動零件，避免氣泡在表面停滯，影響表面質量。工藝5中的草酸可用檸檬酸代替。

3）NO_x氣體的防止。因過氧化氫可消除腐蝕殘渣和溶解碳及碳化物，提高不銹鋼的表面質量，也可消除NO_x的突沸，所以在加入尿素或氨基磺酸的同時，加入適量過氧化氫，取得了良好的效果。為克服過氧化氫的不穩定性（特別是當拋光液中含有Cu、Fe、Mn等重金屬時，過氧化氫加速分解），采取如下措施：

①在拋光液中加入能與重金屬形成穩定配合物的配位劑，用以減小拋光液中金屬離子的濃度，如配位劑HEDP。

②在拋光液中加入過氧化氫的穩定劑。通常吡咯鹽、焦磷酸鹽、磷酸、乙醇、膠體、二氧化錫及丙酸等在重金屬離子濃度很低時有一定的穩定效果，而當金屬離子濃度大時其穩定效果很差。主要是添加界面活性劑使過氧化氫穩定，如萘磺酸-甲醛縮聚物能夠克服高濃度重金屬離子對過氧化氫穩定性的影響。另外NO氣體較易溶于乙醇，遇氧變成NO₂褐色氣體，但能與某些金屬鹽（如FeSO₄等）配位和與（NH₄）2 SO₄反應，其中（NH₄）2SO₄的質量分數為4%為宜。

4）酸霧的防止。含有揮發性酸（如HCl、HF等）的拋光液，會由于揮發的酸和空氣中的水分結合而成酸霧。防止酸霧的措施如下：

①可加黏度調節劑纖維素醚、醇類或十二烷基硫酸鈉等表面活性物質及其混合物，保持拋光液的有效成分，也可提高制品表面的光亮度，其添加量一般為1～40g·L^-1。

②可用氯化物、氟化物分別作為HCl、HF的代用品。

5）不銹鋼拋光液舉例。

①配方及性能。以下列舉了一種不銹鋼拋光液，其配方（體積分數）及工藝條件如下：

二甲基硅油 3.3%

1號無味煤油 15.0%

油酸 2.2%

三乙醇胺 1.1%

去離子水 76.4%～78.4%

香精及防腐劑 適量

pH值 ≤8.5

該拋光液為白色液體，可除去不銹鋼表面的油污、水漬、指跡，經它擦拭過的不銹鋼表面具有較低的表面粗糙度值，有一層保護膜，對不銹鋼表面無腐蝕性。該配方各組分的性能及作用見表2-28。

表2-28 一種不銹鋼拋光液各組分的性能及作用

②拋光液配制。在水相釜中加入去離子水，加熱至85℃，在攪拌的條件下加入三乙醇胺。油相釜中加入1號無味煤油，在加熱攪拌的條件下加入油酸和二甲基硅油，加熱至83℃，再放入乳化釜中攪拌并緩慢加入水相原料，制成白色乳液，逐漸冷卻后，乳液黏度加大，于35～38℃出料即可。

③包裝。可灌入氣霧罐，每罐可裝拋光液400g，用丁烷作推進劑，壓力在600kPa左右。

④使用。對準清潔的不銹鋼表面噴射，然后用潮濕棉布擦拭，即可去污。重污漬處可局部噴霧，待3～5min后再擦。最后用干軟棉布擦光即可。

⑤應用。賓館、飯店、辦公大樓及商場的不銹鋼結構，如門柱、墻面、電梯間、門把手、樓梯扶手的經常性擦洗、拋光；不銹鋼制炊具長期使用時，油煙令其表面失去光澤，污漬斑斑，用去污粉、洗滌劑、清潔劑可以除去油漬，但難以恢復光澤。應用不銹鋼拋光液的優點是：使用方便，經濟，去污拋光效果好，且有一定的抗潮氣、防霧作用。

3.鋁及鋁合金的化學拋光

（1）磷酸基化學拋光液 鋁及鋁合金的化學拋光多采用磷酸基溶液進行。磷酸基溶液大體可分為兩種類型：一種是磷酸濃度高于700mL·L^-1的溶液，另一種是磷酸濃度為400～600mL·L^-1的溶液。磷酸濃度高的溶液能使經機械拋光的表面達到與電解拋光相當的高光亮度，能用于純鋁以及鋅質量分數不高于8%、銅質量分數不高于4%的Al-Mg-Zn合金和Al-Cu-Mg合金。磷酸濃度低的溶液，拋光能力較差，只適于拋光鋁質量分數高于99.5%的純鋁。磷酸基化學拋光液的配方和工藝條件見表2-29、表2-30和表2-31。

表2-29 鋁及鋁合金磷酸基化學拋光液的配方及工藝條件（1）

（續）

表2-30 鋁及鋁合金磷酸基化學拋光液的配方及工藝條件（2）

（續）

注：工藝21、工藝22的工藝流程為化學拋光—熱水洗—浸亮（質量分數為30%～40%的硝酸水溶液）—水洗。

表2-31 一些鋁及鋁合金的化學拋光工藝

硝酸的含量直接關系到拋光作業的工藝效果。當硝酸含量過低時，拋光速度慢，拋光表面的光亮度差，且往往會在制件表面上沉積出較厚的紅色接觸銅層，或有黑垢薄膜覆蓋。當硝酸含量過高時，拋光反應過快，制件表面易出現點蝕，影響拋光表面的光亮度。

硫酸是一種性能較好的點蝕抑制劑和工藝規范擴展劑。不含硫酸的化學拋光液，雖然也可獲得光亮的拋光表面，但拋光作業的操作參數控制范圍十分狹窄，對操作技術要求很高，而且容易產生點蝕。加入適量硫酸，就可克服或部分消除這些問題，同時還可使拋光作用均勻化，提高拋光過程的整平性和加快拋光速度。但應注意，硫酸不可過量，否則，拋光液會有白色略帶黃色的顆粒晶體析出，嚴重影響拋光效果。

磷酸濃度過高時，也會產生晶體析出現象。但這種析出的晶體呈絮狀針形，且易溶于溶液中。稍加熱溶液，同時加入少量硫酸和硝酸并稍加攪拌，即可使結晶全部溶解，而且一般情況下，不會再出現晶析。磷酸濃度低時，不能獲得光亮的表面，為了防止溶液被稀釋，拋光前應將零件吹干，待零件表面干燥后，才能放入化學拋光液中。

乙酸可抑制點蝕，使拋光表面均勻、細致。

鉻酐可提高鋁鋅銅合金的拋光質量。含鋅、銅較高的高強度鋁合金在不含鉻酐的溶液中，較難獲得光亮的表面。

硫酸銨和尿素可減少氧化氮的析出，并有助于改善拋光質量。溶液中若有少量銅離子，則可防止過腐蝕，且能提高拋光表面的均勻性，但銅離子含量過高，會影響拋光表面的反光能力。

經化學拋光的零件，一般應在400～500g·L^-1的硝酸中，或在100～200g·L^-1的鉻酐溶液中，在室溫下浸漬幾秒至幾十秒，以除去鋁表面附著的合金元素（鋅、銅）。

圖2-1 純鋁（L1）的磷酸基化學拋光液中的三酸含量控制區（陰影部分為光亮區）

應特別指出，這種由磷酸、硫酸和硝酸組成的化學拋光液，對工藝效果影響較大的，不是它們各自的實際含量，而是它們之間的濃度比值。或者說，要獲得一個工藝性能穩定而工藝效果較好的磷酸基化學拋光液，必須將上述三酸的含量控制在一個比較合理的比例范圍內。純鋁（L1）的磷酸基化學拋光液中的三酸含量控制區如圖2-1所示。顯然，要使普通純鋁（L1）制件獲得預期的拋光效果，則應將混酸中的三酸含量（體積分數）控制在光亮區域范圍內，即硫酸70%～90%，硝酸10%～30%，磷酸50%～70%。

（2）非磷酸基化學拋光液 磷酸基化學拋光液的效果較好，工藝成熟，在工業上已廣泛使用，但磷酸用量日益增多，對環境有很大的影響。磷酸廢水排入江、河、湖泊之中，易產生富營養化的作用，容易滋生紅潮覆蓋水面，造成水生動物缺氧而死亡。磷酸還會污染環境，影響人類的健康。因此，非磷酸基化學拋光液也在逐步研究并開發利用。非磷酸基化學拋光液一般濃度都比較低，含酸質量分數不大于35%～47%，表2-32列出了鋁及鋁合金常用非磷酸基化學拋光液的配方及工藝條件。其中工藝3為低硝酸化學拋光液及工藝。配置溶液時，先在專用的干凈拋光槽中加入1/20的用水，在不斷攪拌的情況下，分批緩慢加入硫酸，待溶液溫度降到40℃以下時，再加入硝酸及事先準備好的JS-2光亮劑。

表2-32 鋁及鋁合金常用非磷酸基化學拋光液的配方及工藝條件

注：硅鋁酸鈉主要起緩蝕和離子交換作用，硅鋁酸鈉是一種無機籠形化合物，利用范德華力將反應產生的氣體H₂、NO₂、H₂S、SO₂等以及陰、陽離子吸附在它的骨架結構中。

（3）注意事項

1）化學拋光液中不能加入無氧酸。鋁及鋁合金的化學拋光是在特定條件下的化學浸蝕過程。金屬表面上微觀凸起處在特定溶液中的溶解速度比微觀凹下處大得多，其結果是表面逐漸被整平而平滑、光亮。化學拋光液一般由含氧酸（如磷酸、硫酸、硝酸等）組成，也可以加入它們的鹽。無氧酸（如鹽酸、氫氟酸）一般不能用于化學拋光，因為無氧酸容易在金屬表面產生不均勻腐蝕，其腐蝕效果是產生凹凸不平的面，而不是光亮面，有一個例外是氫氟酸在加有增稠劑糊精的條件下可以用于高純鋁的化學拋光。

2）化學拋光液中酸的濃度必須嚴格控制，不能過高或過低。拋光液中，硝酸的濃度對拋光質量影響很大。硝酸濃度低時，反應速度低，拋光后工件表面光澤較差，槽液有重金屬沉淀。硝酸濃度過高時，工件表面容易出現點蝕。

磷酸濃度低時，不能獲得光亮的表面，為了防止溶液被稀釋，拋光前應將零件吹干，待零件表面干燥后，才能放入化學拋光液中。

銅有時也可加入此溶液中，用以改善加工的效果，例如添加0.1%（質量分數）的銅于溶液中時，鋁合金的反射率從40%升到70%。

磷酸鋁（AlPO₄）的質量分數在12%以上時，化學浸蝕的速度減小，拋光作用緩慢，而AlPO₄的質量分數高于14%時，操作難以進行。添加硫酸或表面活性劑可以使這種溶液再生，加銀鹽和鎳鹽也有相同的效果，但添加銅或其他金屬鹽過多會產生點蝕。

如果溶液中硫酸和硝酸的含量比較高，則必須在較高的溫度下進行操作，此時具有較快的溶解速度，并伴隨有大量的氣體析出。這種溶液適合于99.5%（質量分數）的純鋁，可用來平滑粗糙的表面。

高磷酸溶液的作用較慢，這是由于溶液組成中磷酸濃度較大的緣故，此種溶液成本較高，可用于機械拋光之后的加工處理。

3）化學拋光液中硫酸的含量不能過高。硫酸可以提高鋁的腐蝕速度，增加拋光的亮度，并可以降低槽液的成本，但過高時，會產生點蝕。并在工作表面生成白霧狀薄膜，在后面的操作中難以除去。一般硫酸的含量不超過20%（體積分數）。

4）化學拋光后的工件要盡快轉入下一工序處理，不能長時間停留，否則會降低亮度，甚至會產生點蝕。若化學拋光和陽極氧化工序之間需要經過較長時間的停留，則可將工件暫時存放于2%（質量分數）的鉻酸鈉溶液中，防止工件表面氧化或腐蝕。

5）鋁及鋁合金的化學拋光忌在常溫條件下進行。鋁及鋁合金的化學拋光往往是在90℃以上的高溫中進行的，低于80℃難以獲得光亮的金屬表面。

6）合金元素含量較高的鋁合金很難用化學拋光獲得鏡面光亮。鋁合金的成分對其化學拋光后的表面亮度影響很大，一般來說，鋁純度越高，拋光的光亮度越好，如鋁的質量分數達99.99%的Al-Mg合金，化學拋光后可獲得95%以上的光反射率。而合金元素含量較高的鋁合金很難用化學拋光獲得鏡面光亮，尤其是含有鐵、鈦、錳、鉻的鋁合金。各種合金元素對化學拋光都有不利影響，但程度有所不同。

①鐵、鈦。惡化拋光亮度，特別是會降低陽極氧化膜的透明度，使拋光槽液產生白濁現象。

②鎂。對光亮度影響較小，可以得到鏡面光澤表面。

③錳、鉻。降低拋光表面的光亮度，但其不良影響比鐵小。

④硅。硅在沒有鎂時會使氧化膜透明度降低，如加入鎂，形成Mg₂Si就對光亮度影響不大。

⑤銅。銅對鋁的光亮度有所改善。

7）化學拋光液忌積累過多雜質離子。

長時間連續使用的化學拋光液中會有某些金屬及重金屬積累，產生不良影響。溶液中各種金屬離子的影響如下：

①Ag^＋。當含有0.01%（質量分數）AgNO3時可提高拋光的亮度，但過量時會產生點蝕。

②Fe^2＋。質量分數，≤0.1%時對拋光亮度無不良影響。

③Ni^2＋。質量分數≤0.05%時對拋光有增亮作用，但過量時會產生點蝕。

④Mg^2＋。有明顯影響，使溶液呈白濁。

⑤Pb^2＋。有危害，產生污物。

⑥Cu^2＋。質量分數≤0.05%時對拋光有增亮作用，但過量時會產生點蝕。

⑦Sn^2＋。有明顯危害。

8）化學拋光要在通風良好的條件下進行。化學拋光液一般是強酸性的，在拋光處理的高溫條件下，會產生大量的酸性氣體，在含硝酸或硝酸鹽的工藝中還會釋放出有毒的NO_x氣體，所以化學拋光處理車間需要良好的排氣、通風裝置。否則，大量酸性氣體在生產車間積累，會危害生產人員健康和腐蝕車間設備。

在化學拋光液中添加硝酸或硝酸鹽，會產生有毒氣體NO_x。可用濕式吸收裝置除去NO_x。表2-33列出了處理NO_x氣體典型的濕式吸收法，它們都是根據水或堿液等對氣體的吸收而設計的，效果較好。NO_x氣體用排氣法就可以除去，但以不活潑的NO為主的NO_x氣體就不宜用排氣法除去，因此在吸收之前要將NO氧化為NO₂以提高NO_x的吸收率。

表2-33 處理NO_x氣體典型的濕式吸收法

9）在生產上要盡量選用無黃煙化學拋光工藝。

10）化學拋光液在配制和使用時還需注意以下幾點。

①忌用純度低的硫酸配制化學拋光液。因為一般工業硫酸含有大量雜質，會影響拋光質量，必須用高純度硫酸配制化學拋光液。

②溶液中必須維持一定的硫酸含量，忌過多或多少。溶液中硫酸含量太低會使腐蝕速度降低，拋光溫度上升，但硫酸含量過高，工件表面會產生白霧，亮度下降。

③溶液中硝酸含量忌太少。硝酸在拋光過程中分解很快，消耗速度比磷酸和硫酸高得多，要及時補加。硝酸含量太少時，拋光亮度下降，并會產生麻點和藍膜。

④化學拋光忌無通風設施。拋光時產生的氮氧化物，對人體有較大的毒性，并會腐蝕生產設備，所以一定要有良好的通風設施。

⑤槽液忌長時間使用不進行再生處理。溶液使用時間較長后，槽液中磷酸鋁含量升高，拋光效果降低，要及時進行再生處理，分離其中的磷酸鋁，延長槽液的壽命。

⑥盡量使用低硝酸或無硝酸工藝，減少環境污染。

4.銅及銅合金的化學拋光

銅及銅合金被廣泛地應用于日用五金、工藝品、電氣儀表、機械配件等制造行業，銅是人類最早使用的金屬材料，有一定的硬度，容易進行冷、熱加工制作。銅在腐蝕環境及介質中易生銹，一般都要經過各種預處理及表面拋光，才能得到裝飾性的外觀。金屬銅不活潑，所以在進行化學拋光時，不能與酸液中的氫離子反應。因此，銅在酸液中的拋光首先是把銅表面氧化，所以通常使用的化學拋光液中都含有氧化劑。

銅及銅合金的化學拋光液很多，可把它們歸為三類：以硝酸及硝酸鹽為主的系列，以鉻酸鹽為主的系列，以過氧化氫和酸組成的系列。目前生產上應用較廣的是以硝酸及硝酸鹽為主系列和過氧化氫系列。前者因成本低，拋光效果好，而且產生的氮氧化物大部分已被抑制，因而受到人們的歡迎。過氧化氫系列因為沒有污染，所以在污染控制較嚴格的工廠受到重視。鉻酸鹽系列因成本高，廢水處理費用高，有Cr（VI）的污染問題，所以在工業生產上的應用越來越少。

（1）以硝酸及硝酸鹽為主的系列的化學拋光工藝 硝酸的質量分數在30%左右的硝酸-硫酸-鹽酸系列化學拋光液是最早在工業上應用的銅及其合金的化學拋光液，其組成與使用條件為：

硝酸質量分數 30%

硫酸質量分數 50%

鹽酸質量分數 0.5%

水質量分數 19.5%

溫度 20～28℃

時間 1～35min

這種三酸拋光液的特點是出光速度快，拋光后的表面十分光亮，溶液中不需要添加任何其他添加劑，即可獲得滿意的拋光效果。因此，20世紀90年代這種配方在我國應用最為廣泛。其最大的缺點是反應劇烈，在工件浸入化學拋光液的瞬間即會產生大量刺激性的黃煙——氮氧化物氣體。該氣體會污染環境，危害工人身體健康。含硝酸的化學拋光液在使用過程中，若發現析出的黃色二氧化氮煙較少，零件表面呈暗紅色，則應經常補充硝酸，可按配制量的1/3補充硝酸。為防止過量的水帶入槽中使溶液稀釋，零件應干燥后或抖掉積水后再入槽拋光。

1）HNO₃-H₂SO₄-HCl系列的化學拋光工藝。硝酸及其鹽系列化學拋光的典型工藝列于表2-34和表2-35。

表2-34 硝酸及其鹽系列化學拋光的典型工藝（1）

（續）

注：工藝1溶液溫度降至20℃時，可拋光白銅。工藝4和工藝5中酸濃度低，適于拋光黃銅，析出有害氣體少，工作時溶液溫度會有自動升高，溫度過高時，應進行冷卻。工藝6可減少氮氧化物的析出量，改善工作環境。工藝7適用范圍廣，當拋光錫質量分數超過5%的合金時，用硫酸代替1/3的冰乙酸可提高拋光質量。工藝8和工藝9適用于拋光精密、表面粗糙度值低的零件。

為了減少或抑制氮氧化物的產生，經過努力，人們已找出許多方法和抑制劑。目前常用的黃煙抑制劑多是表面活性劑以及一些能與氮氧化物發生反應的物質，如尿素、有機胺、胍、二氰二胺、氨基磺酸和亞硫酸銨等。表面活性劑具有多泡性，化學拋光時隨著氮氧化物氣體的產生，攪動了溶液，從而在工件和溶液表面上產生了較多的泡沫，泡沫層可以提高拋光表面的亮度，并能吸收氮氧化物氣體。因此在含表面活性劑和抑制劑的低硝酸化學拋光液中進行拋光時，空氣里氮氧化物的含量已達到不需要專用設備處理的水平，只需普通抽風即可。這就大大改善了勞動環境，降低了生產成本，拋光的質量與三酸拋光相當，因而很受用戶歡迎。表2-35所列的工藝中，工藝12對無氧銅件的拋光效果很好，可作為表面光亮度要求較高的制件的拋光工藝使用，還可作為其他酸洗工藝腐蝕過度、表面發毛或出現明顯腐蝕坑制件的返修拋光工藝。該溶液對銅的腐蝕性強，操作者必須十分注意。制件浸入酸溶液中后，一定要不停地翻動，并隨時取出制件認真檢查，盡量做到兼顧表面粗糙度與幾何尺寸。按工藝13配制拋光液時，必須要用蒸餾水，拋光后的Cu-Al合金試樣表面形成的氧化膜可用10%氫氟酸水溶液浸洗除去。

2）HNO₃-H₂SO₄-HCl系列改型化學拋光工藝。用硝酸鹽（硝酸鈉、硝酸銨等）代替硝酸，可以減少氮氧化物的析出。若再配以適當的添加劑（如N-1光亮劑），則可獲得氮氧化物很少的化學拋光液（見表2-35配方10）。用硝酸鹽比用硝酸安全，貯運也方便，沒有危險性。此外，拋光液的拋光作用比較溫和，反復拋光多次也不會出現過腐蝕現象，而且工件離開液面后在空氣中停留2min也不會產生過腐蝕。在HNO₃-H₂ SO_4- HCl系列化學拋光液中，除硝酸可用硝酸鹽代替外，所用的HCl也可用乙酸、食鹽（NaCl）取代。此外，為了防止產生過腐蝕現象，可在體系中加入一些鉻酐。

3）HNO₃-H₃PO₄-CH₃ COOH系列的化學拋光工藝。HNO₃-H₃ PO₄-CH₃ COOH系列化學拋光液拋光銅及銅合金的典型工藝列于表2-36中。它是由巴特爾研究所（The Bat telle Memorial Institute）開發成功的銅及銅合金的化學拋光液。其成分（體積分數）為：30%～80%正磷酸，10%～50%冰乙酸，5%～20%硝酸，0～10%水。對于不同的銅合金，如Cu-Zn以外的Cu-8%Al，Cu-0.5%Be，Cu-5%Al-2%Si等合金（合金元素成分為質量分數），只要在此范圍內適當改變比例，均可獲得良好的拋光效果。若在硝酸-乙酸體系中加入重鉻酸鉀和氯化銅（見表2-36配方13），則可用于蒙乃爾合金（一種高強度合金）的拋光。若在硝酸-磷酸-乙酸體系中，將1/3量的冰乙酸用硫酸取代，則可用于通常難以拋光的高錫[w（Sn）﹥5%]青銅（CuSn合金）的化學拋光。

表2-35 硝酸及其鹽系列化學拋光的典型工藝（2）

表2-36 HNO₃-H₃PO₄-CH₃ COOH系列化學拋光液拋光銅及銅合金的典型工藝

注：應用工藝1、工藝2時，拋光過程中，工件應經常擺動。工藝2的優點是快速而日質量好。缺點是溶液成分變化快，使用壽命短，工藝成本較高，而且酸霧大，操作技術要求較高。拋光后的制件表面附有一層鈍化膜，具有一定的耐蝕性。但對于電鍍件，在下鍍槽前必須進行活化處理，除去鈍化膜。否則，鍍層會出現白色花斑。

①醋酐(CH₃CO)₂O。

4）硝酸及其鹽系列化學拋光液中各組分的作用。

①硝酸及其鹽的作用。硝酸是一種強氧化劑。在進行氧化反應時，它被還原的程度與本身的質量分數有很大的關系。酸越稀，被還原的程度越深。濃硝酸與銅反應時，硝酸總是被還原為NO₂，而稀硝酸常被還原為NO，因此，黃煙（NO_x）的數量、質量分數與拋光液中HNO₃的含量有密切關系。但是硝酸質量分數降低后要獲得光亮的表面，就得加入適當的添加劑或光亮劑。

將硝酸鹽加入含其他酸的拋光液中，它可與其他酸反應而轉變為硝酸。這種反應是平衡反應，即

2KNO₃＋H₂SO₄→2HNO₃＋K₂ SO₄

NaNO₃＋HCl→HNO₃＋NaCl

在低溫時，K₂SO₄和NaCl的溶解度較小，反應易向右進行；高溫時，平衡則向左進行，硝酸鹽無法迅速地全部轉化為硝酸，這就是使用硝酸鹽時反應較為溫和的原因。

由于硝酸可將銅及銅合金氧化成硝酸銅，而它可迅速溶于酸性拋光液中。因此，隨著硝酸質量分數的升高，銅及銅合金的腐蝕溶解加快，腐蝕失重量的增加隨硝酸質量分數的升高幾乎呈線性關系。但是金屬表面的光亮度并不隨腐蝕失重量的增加而線性上升，而是出現最高點。當拋光液中腐蝕溶解一定量的銅離子并可形成穩定的黏液膜時，才能獲得最好的光亮度（或最高的反射率）。硝酸質量分數太高或太低（或銅離子質量分數太高或太低）對形成穩定的黏液膜均不利，因此拋光效果變差。對任何特定的化學拋光液而言，硝酸或硝酸鹽的質量分數均應控制在一最佳范圍內，這樣才能獲得最佳的拋光效果，絕不可簡單地認為硝酸起增加光亮的作用，加得越多越好。

②硫酸的作用。硫酸在化學拋光液中主要有以下幾種作用。

a.溶解銅及其合金表面的氧化皮。銅及銅合金在大氣中很容易發生變色反應，外觀逐漸變為紅色、綠色或黑色，其變色情況取決于周圍條件。銅件在加工過程中，如受熱溫度超過80℃，則銅表面迅速被氧化而形成紅色的氧化亞銅（Cu₂O）。溫度低于80℃時也會氧化，只不過氧化速度慢一些而已。當受熱溫度升高到200℃以上時，銅的氧化加劇，表面生成棕黑色的氧化皮（Cu₂O＋CuO），溫度更高時則形成黑色的氧化皮（CuO）。受熱溫度越高，氧化皮越致密，氧化皮的顏色越深，也越難除去。硫酸在化學拋光液中的一個重要作用就是除去氧化皮。銅在含有水蒸氣和二氧化碳的環境中會形成綠色的堿式碳酸銅[Cu₂（OH）₂CO₃]，它也可被硫酸溶解。

b.與硝酸鹽反應游離出硝酸。

c.使溶解下來的銅離子以硫酸銅晶體（CuSO·5H₂O）形式析出。隨著拋光的進行，拋光液中的銅離子會不斷積累。當達到飽和時，即以CuSO·5H₂O形式結晶出來，可以過濾除去。硫酸對純銅的溶解量隨硫酸含量的升高先下降后上升，而對黃銅的溶解量則先上升后下降，這可能是黃銅中鋅的溶解性能不同而造成的。

d.使溶解下來的銅離子形成高黏度的黏液膜。在三酸拋光液中，硫酸的質量分數均較高，它可明顯提高拋光液的密度和黏度。它一方面容易與溶解下來的銅離子形成液膜，使凹入部位的黏液層或擴散層的厚度比凸出部位厚，因而凸出部位的溶解速度快，而凹入部位溶解速度慢，從而使金屬表面獲得整平和光亮。另一方面，在含表面活性劑的低硝酸型化學拋光液中，高黏度的溶液可以留存大量的氣泡，使反應生成的氣體變得細而密，并附著在金屬表面上，有利于拋光表面變得更加光亮。

③鹽酸的作用。在許多銅及銅合金的化學拋光液中，都要加入少量的鹽酸或氯離子，這樣才能提高拋光表面的整平性和光亮度。至于它的作用機理，目前研究較少。有人認為可能是由于銅在化學溶解過程中先是形成一價銅離子（Cu^＋），然后再形成二價銅離子（Cu^2＋），一定量Cl^-的存在，可在拋光表面上形成一層溶解度很小的氯化亞銅鈍化膜。根據拋光的雙層膜理論，黏液膜起到宏觀整平作用，只有固體膜才有微觀整平（或光亮）作用。因此，這種固體的CuCl鹽膜有利于拋光面的微觀整平，故可以提高拋光面的亮度。三酸拋光時，銅表面是否有CuCl固體鹽膜存在，尚待進一步證實。

④硝酸鹽的作用。硝酸鹽的作用主要是與硫酸反應并游離出硝酸。當硝酸鹽過少時，拋光后的制件表面發紅。反之，過多的硝酸鹽又會使拋光后的制件表面形成一層金黃色不均勻的氧化膜，且會產生較多的氮氧化物氣體，對環境有嚴重污染。顯然硝酸鹽的含量適當與否會直接影響溶液的拋光能力。它的適宜范圍較寬。使用硝酸鹽的優點是硝酸鹽的化學穩定性強于硝酸，對人的皮膚無直接腐蝕作用，它本身為中性鹽，對環境無污染，因此，工人操作比較安全。

⑤光亮劑的作用。所謂光亮劑，就是能夠使金屬表面不均勻的化學腐蝕轉變為有規律的溶解，并能夠使金屬表面達到一定光亮度的物質。常用的光亮劑主要是緩蝕劑和表面活性劑兩類。

a.緩蝕劑。低硝酸型化學拋光液的光亮劑大多數由緩蝕劑和表面活性劑組成。緩蝕劑是一種在很低質量濃度（一般小于5g·L^-1）下，能明顯減緩金屬在腐蝕性介質中的腐蝕速度的物質。它的分子大多由兩部分組成，一部分是容易被金屬表面吸附的極性基團（含有N、O、P、S等元素），另一部分是非極性基團，主要由碳氫結構組成。緩蝕劑的緩蝕機理可以用吸附理論、成膜理論及電極過程抑制理論來解釋。緩蝕劑的緩蝕效果取決于緩蝕劑本身的結構、含量、pH值、溫度、拋光液的組成及被拋光材料的組成、結構和性質等因素。常用的緩蝕劑及其適用范圍見表2-37。

表2-37 常用的緩蝕劑及其適用范圍

（續）

緩蝕劑在化學拋光液中的主要作用有：防止制品拋光時產生過腐蝕或氫脆現象，提高化學拋光液的增光作用，擴大拋光液的適用范圍，部分緩蝕劑可減少有害氮氧化物的產生，改善操作條件，減少拋光液的無效消耗。

b.表面活性劑。表面活性劑是化學拋光光亮劑的主要成分之一，它可以單獨用作光亮劑，也可與緩蝕劑聯合組成光亮劑。多數光亮劑都含有多種表面活性劑。表面活性劑本身具有吸咐、滲透、潤濕、發泡、增稠和緩蝕等作用。它作為光亮添加劑主要有以下作用。

表面活性劑具有很強的發泡作用，在化學拋光時可以形成較厚的泡沫層。試驗證明，在含有硝酸的化學拋光液中拋光銅與銅合金時，只要在零件表面形成泡沫層就能獲得光亮表面，而且泡沫層越厚、越密實，光亮度越好。

表面活性劑的泡沫層具有很強的抑霧作用，它可以阻止拋光時形成氮氧化物的逸出，或將它阻隔在泡沫內，使部分氮氧化物被拋光液吸收，或被液中的氮氧化物抑制劑吸收。

有些表面活性劑容易在金屬表面形成致密的吸附膜或鈍化膜。根據拋光的雙層膜理論，這種致密的鈍化膜可起到優良的微觀整平作用，從而使金屬表面光亮。

表面活性劑具有優良的去麻點作用。這是由于它具有優良的潤濕作用，可以使化學拋光時產生的各種氣體不會固定停留在金屬表面某處而形成麻點。為了獲得數量多直徑細小而又密實的泡沫層，在多數化學拋光光亮劑中大都同時選用陰離子表面活性與非離子表面活性劑，因為這兩類表面活性劑有很好的相容性。陰離子表面活性劑有很強的發泡功能，而非離子表面活性劑有很強的滲透能力與分散能力，兩者合用就可達到上述的各項性能。

（2）以鉻酸鹽為主的鉻酸鹽系列的化學拋光工藝 配方見表2-34中的工藝8，表2-35中的工藝13和表2-36中的工藝12、工藝13，Cr（Ⅵ）對環境污染嚴重，對人體傷害很大，所以目前應用受到限制。

（3）過氧化氫系列的化學拋光工藝 銅件過氧化氫系列化學拋光的典型工藝列于表2-38。工藝1的工藝過程為：脫脂→熱水洗→流動水洗→熱蒸餾水浸燙→瀝干→化學拋光→水洗→中和→蒸餾水洗→純化（用苯并三氮唑溶液浸洗→流動水洗→熱水洗→干燥。若工藝需要，可再涂覆一層有機涂層。

使用工藝1的注意事項：

1）配制拋光液時必須用蒸餾水或去離子水。

2）拋光表面光亮度一旦達到工藝要求，應立即取出，再浸入稀硫酸片刻，以除去拋光過程中制件表面形成的棕色氧化膜，而呈現出光亮的金色。

3）新配制的拋光液，在正式拋光作業前應進行老化處理，方法是加入一些廢銅屑（片）或加入一定量的舊溶液混勻。否則拋光反應大多不均勻，制件表面的棕色氧化膜形成緩慢，拋光表面色澤不一致。

4）拋光過程中的溶液溫度應控制在30～35℃，以獲得較好的拋光質量并有利于安全生產。

5）拋光過程會放出大量的熱，使溶液溫度逐漸升高。因此應當控制拋光時間，即隨著溶液溫度的提高而適當縮短拋光時間，以防止過腐蝕。當溶液溫度太高（如達到50℃左右）時，會使過氧化氫、乙醇等迅速分解，嚴重時會使拋光液喪失拋光能力。因此，該工藝用的拋光槽必須設有冷卻降溫裝置，以便控制槽溫。

6）拋光前的預處理必須徹底干凈。

7）當溶液中的硝酸因熱分解造成實際含量過低時，用延長拋光時間（如達到80s）的辦法也不能改善拋光效果。這時可補加適量硝酸，補加量可按新配溶液中硝酸用量的15%～18%計算。實踐證明，補加硝酸的工藝措施，一般可進行4～5次，補加硝酸后即可恢復或改善拋光效果。但過多次數的補加硝酸，由于溶液中積聚了太多的金屬離子，直接干擾或破壞了被拋光表面的色澤和光亮度，故對提高拋光效果作用不大。此時，棄舊換新是一種更為明智的處理辦法。

8）每批次拋光操作的下槽制件量不能太多，以免拋光反應過于劇烈，溫度急速上升，使一些化學藥品分解，造成不良的后果。

9）拋光溶液中的乙醇和尿素，是用來控制過氧化氫熱分解的穩定劑，其用量范圍較寬，可通過生產實踐適當進行控制。采用其他過氧化氫拋光工藝時，均可參照上述各條件執行。

表2-38 銅及銅合金在過氧化氫系列化學拋光液中的典型拋光工藝

注：1.工藝l、2、5、6、7、10適用于黃銅制件的化學拋光。

2.工藝8溶液配好后，用NaOH調整至pH值=4.1后方可使用。

3.工藝4適用于康銅制件的化學拋光。

4.工藝9適用于純銅制件的化學拋光。

5.工藝11適用于青銅制件的拋光。

6.工藝14適用于磷銅制件的拋光。

5.鋅、鎘的化學拋光

鋅、鎘的化學拋光液配方及工藝條件見表2-39。

表2-39 鋅、鎘的化學拋光液配方及工藝條件

注：工藝1中若CrO₃與H₂SO₄的質量比小于20，則在鎘上會生成不溶于水的黃膜，此膜可在硫酸中除去。工藝5中的硫酸可用鹽酸代替，該溶液比較便宜，但表面光亮度及耐蝕性都較差。

6.其他金屬的化學拋光

鎳、鉛、硅（半金屬）、鉭、鋯的化學拋光液配方及工藝條件見表2-40。銀、鈹、鍺、鎂的化學拋光液配方及工藝條件見表2-41。

表2-40 鎳、鉛、硅、鉭、鋯的化學拋光液配方及工藝條件

表2-41 銀、鈹、鍺、鎂的化學拋光液配方及工藝條件

7.化學拋光注意事項

1）化學拋光時，拋光液的配制及適用范圍要考慮金屬材料的種類。化學拋光是使材料在化學介質中表面微觀凸出的部分較凹下部分優先溶解，從而得到平滑面。這種方法的主要優點是不需要復雜的設備，可以拋光形狀復雜的工件，可以同時拋光很多工件，效率高。化學拋光的核心問題是拋光液的配制，對于不同的金屬材料，在不同的化學浸蝕下，溶解速度和效果等都不一樣，必須用不同的拋光液。

2）化學拋光時，拋光液的溫度不要過高。陽極表面的電解液易發生過熱，產生的氣體和蒸汽可能將電解液從電極表面擠開，從而降低拋光效果，也很難用提高電流密度的方法達到拋光的目的。在一般的情況下，隨電流密度和溫度的提高，拋光時間縮短。為了使表面粗糙度值降低，達到良好的拋光效果，應多采用反復多次拋光的辦法，每次拋光的時間控制在許可的范圍內。

2.2.3 電解拋光

1.概述

工件放入特定溶液中進行陽極電解，使金屬表面平滑并產生金屬光澤的過程稱為電解拋光，簡稱為電解光。

（1）電解拋光的原理 電解拋光是一種使用電解液及直流電流的電化學方法，與電鍍類似，與之不同的是，電解拋光把被加工的部件作為陽極，正好與電鍍相反。金屬在控制下被有選擇地溶解，金屬表面上的顯微高點的溶解速度大于谷點。為達到此目的采用電解拋光液，顯微的、宏觀的拋光就會同時進行并獲得光亮和平滑的效果。

目前，關于電解拋光工藝主要有兩種理論：黏膜理論和受阻理論。黏膜理論認為，在電解拋光時，將工件作為陽極產生溶解，使陽極附近的金屬鹽濃度不斷增大，在被拋光金屬表面上形成一種高電阻率的稠性黏液膜，使金屬離子通過這層薄膜擴散。陽極黏液膜的厚度存在著差異，凸出部分較薄，凹下部分則較厚，表面上的顯微及宏觀凸點或粗糙處的高點及毛刺區的電力線集中，電流密度比表面其余部分大，并以較快的速度溶解，逐漸使這一部分趨于平坦，從而達到整平和去毛刺的目的。

受阻理論則認為，溶液中受阻的陽離子、大分子等可以與溶解的金屬離子結合并離開金屬表面，而陽離子、大分子的遷移又受到黏膜厚薄的制約，在凸處因距離短、速度快而比凹處優先溶解，從而達到宏觀的平滑平整。

通過延長拋光時間、提高拋光溫度和電流密度可得到光亮的表面。電解拋光后的表面光亮度主要由拋光前的表面質量和光亮度決定。陰極釋放氫，陽極釋放氧，對解釋表面鈍化及在一定程度上改善耐蝕性不夠全面。與電鍍不同，電解拋光不存在氫脆現象。電解拋光工藝的關鍵是拋光液的配方和合理工藝條件的選擇。為獲得良好的拋光效果，要適當控制工藝參數，如電流密度和電壓。通常，電流密度與電壓是緊密相關的。電壓升高，電流密度隨之增大，但這一現象只會持續到一個臨界點，一旦達到這一點，電流密度將急速下降。電壓繼續增高超過這一點后，電流密度又隨電壓的升高而穩步增長。電解拋光只有在電流密度比臨界點高時才會發生，低于這一點則出現腐蝕。通常電解拋光使用直流電，一般電流密度為5.5～55.5A·dm^-2。電解拋光對金屬的溶解極少，從電解拋光后的表面精飾情況及拋光后的表面精飾處理來看，拋光厚度通常為2.5～6.5μm，深劃痕、沖壓記號及金屬中的非金屬夾雜物往往比電解拋光失去的厚度深。雜亂的顆粒線和深劃痕（由粗磨光所致）在其后的精加工中不能被去除，而電解拋光可將它們去除。電解拋光是一項較快的操作，通常在2～12min內完成。但如果從粗糙表面開始或必須去除較大量的金屬（如控制尺寸或去毛刺），則需要更長的時間。

采用電解拋光獲得的表面亮度（陽極光澤）不同于磨光或機械拋光獲得的亮度。它無刻痕、不變形、無方向性且顯露出金屬的本色。冶金狀態和表面狀態在很大程度上決定電解拋光效果是否理想。效果不好的最主要原因是：晶粒尺寸不均，存在非金屬夾雜物、定向軋輥痕跡、鹽類或氧化物污染，酸洗過度以及淬火過度。為獲得真正的反射性精飾表面所進行的電解拋光，微粒沉積物則是至關重要的。

（2）電解拋光的分類 電解拋光方法按溶液性質可分為酸性拋光法、堿性拋光法以及中性拋光法，而按拋光工藝又可分為直流拋光法、脈沖拋光法和周期換向拋光法。

（3）電解拋光的優點 電解拋光相對于化學拋光和機械拋光有如下優點：能夠得到高的表面光亮度；掌握得好，可以得到高的拋光精度；操作環境好，基材損耗少；能量消耗少；能夠加工任何形狀和尺寸的工件；拋光速度與金屬的物理、力學性能無關；能大幅度提高生產率；能改善金屬零件表面的物理、化學、力學性能和使用性能；掌握操作技術較為容易；應用范圍廣泛。

（4）電解拋光的作用及應用 電解拋光可以應用于工業生產，也可用于研究。由于電解拋光能夠提高零件的表面質量，控制制品的宏觀不平度，提高表面光澤，減小摩擦因數，因此在很多場合代替了機械拋光。電解拋光代替機械拋光可以較大幅度提高勞動生產率，節省材料、工具、設備和電力等，改善工人的勞動條件，因此在工業上采用電解拋光是合理的。

在實驗室內研究某些材料的金屬表面性能時，如光學性能、電化學性能、摩擦性能、腐蝕性能、磁性能、電極的衍射性能，也常應用電解拋光。實踐證明機械拋光不是預處理材料表面試片的完整方法，因為機械拋光過程中，金屬的表面組織在某種程度上被歪曲，生成了冷作硬化層，在這種情況下進行研究往往不能獲得關于金屬試片組織和性質的準確信息，而電解拋光卻能滿足此要求。電解拋光的主要應用如下：電化學去毛刺，零件的光整加工，精密零件的精加工，切削工具的拋光，計量工具的拋光，金相磨片的制備，顯現金屬表面的缺陷。

電解拋光對金屬的性能也會產生較大的影響，如：力學性能，電解拋光可以去除應力，提高金屬的疲勞極限；摩擦性能，電解拋光能減小金屬表面微觀突起的高度，把端頂磨圓，使微觀凹凸表面具有特殊的波紋，從而改善金屬的摩擦性能；電磁性能，拋光效果好的某些金屬可用于記憶材料；反光性能，例如高純鋁采用機械拋光時反射率僅為50%～60%，而采用電解拋光則可達到90%以上；耐蝕性，如將機械拋光和在高氯酸中電解拋光的鋁樣品放入3%的NaCl溶液中120h，開始機械拋光的樣品溶解快，后來兩者溶解速度一致，但機械拋光的樣品很快失去光澤，出現斑點，而電解拋光的樣品外觀幾乎不變，表現出良好的耐蝕性。

可見，電解拋光不僅能使表面得以整平，而且還能起到一定的表面改性作用。目前鋁材電解拋光應用最多的是防護裝飾性氧化前的預處理，鋁制反射鏡、反射腔的拋光，高光亮度鋁制品如化妝品盒、紐扣、徽章等的制備及一些需要高光亮度的鋁材的表面處理等。

（5）影響電解拋光的主要因素

1）金屬的金相組織與原始表面狀態。金屬的金相組織與原始表面狀態對電解拋光有直接的影響。電解拋光是以金屬的金相組織及表面狀態不一致而形成的選擇性溶解為基礎的，它對金屬的金相組織不均勻性，或者因含有非金屬成分造成的不均勻性及組織變化十分敏感。金相組織越均勻越細密，其拋光性能就越好。如果金屬以合金的形式出現，則拋光就比較困難，不過選擇適當的電解液還是可以拋光的。但若金屬中有較多的非金屬成分，則電解拋光根本不可能進行。對于鋁的電解拋光來說主要影響因素有合金成分、晶粒大小、熱處理與冷加工過程等，總之一切能在鋁材表面造成電化學不均勻性的因素都會對拋光質量產生影響。

原始表面狀態包括金屬預加工時留下的擠壓條紋、表面油污及變形層等，預加工狀況對拋光質量也有一定影響。如果不進行預加工，則盡管金屬的金相組織均勻、金屬的純度高，但拋光質量也不會很好。有利于拋光的表面預加工有磨削、研磨、擠壓、清除表面油污、去掉變形層等。

2）電解液。電解拋光時，電解液的成分、比例對拋光質量有著決定性的影響。目前從理論上尚不能確定某種金屬或合金最適宜的電解液成分、比例，而只能通過試驗、反復比較來尋找合適的電解液。根據實踐，電解拋光所用電解液一般應當具備以下基本條件：有足夠的絡離子；有一定的黏度；在陽極電流密度和陽極電位較低的情況下也可以進行良好的拋光；陽極電流密度與溫度操作范圍廣；性質穩定，使用周期長。

3）電解規范。電解拋光過程中的電解規范是指陽極電位、陽極電流密度等。任何一種電化學反應的性質和速度都與電極電位有直接的關系，在電解拋光時電壓過高或過低都會產生不利影響，有時甚至無任何拋光作用。電流密度對拋光質量影響也很大，即使在同一電位下，采用不同的電流密度拋光質量也會有所不同，有時甚至產生截然不同的結果。一般電解拋光在保證拋光質量的前提下都采用較高電流密度進行，雖然在此情況下會發生氫氧根離子或含氧陰離子的放電現象，并有氣態氧放出，電流效率低，但由于生產率高，總的來說還是合算的。在生產實踐中采用電解拋光時，控制產品質量的方法主要有三種，即穩流法、穩壓法和控制陽極電位法，由于穩壓法即控制槽電壓法操作簡單，因而運用最多。

4）電解液溫度。電解液的溫度對電解拋光質量有著極為重要的影響。一般情況下，如果電解液溫度低，則溶液黏度大，電解液的擴散速度慢，新鮮電解液向陽極補充困難，且金屬溶解速度低，陽極上析出的氣體難以排出，零件表面發暗，光澤差。但是并不一定溫度越高越好，溫度太高會產生腐蝕斑點，還會使電解液因化學分解造成成分改變，有時甚至析出難聞氣味，導致拋光質量惡化。對于每一種金屬和合金，拋光所用電解液都有一個最適宜的溫度范圍。從生產實際的角度來考慮，在保證拋光效果的前提下，當然希望操作溫度越低越好，因為溫度越低，能耗越小，同時溶液揮發少，工作環境也越好。

5）電解拋光時間。電解拋光過程的持續時間取決于多種因素，如表面預加工好、電流密度大、溫度高、極間距小、電解液成分合適、金屬組織均勻、純度高，則拋光時間相對短。根據實踐經驗，采用大電流、小極距，可以縮短拋光時間，達到良好的目的。在適當的時間內拋光時間是與整平效果成比例的，但如果超過這一時間，整平就不會因為時間的延長而改善，有時甚至惡化，破壞拋光效果。因此對于不同的材料、不同的電解液，應通過試驗來確定其最佳拋光時間。

6）電解液的攪拌。電解拋光時陽極反應產物易于聚集在電極附近，使表面溶液濃度上升達到飽和狀態而析出固體顆粒，影響拋光效果，并使陽極電位和電解液溫度相應升高，常采用攪拌的方法促使電解液對流，并使電解液不同部位的溫度差減小，防止局部過熱。當陽極上生成難于溶解的薄膜時，利用攪拌的方法可以提高薄膜的溶解速度，從而加速陽極的整平過程。當陽極上有氣泡附著，而且氣泡脫附困難時，加強攪拌可以使陽極表面上的氣泡及時脫離，避免表面上生成斑點或條紋。

7）陰極。電解拋光時還要考慮陰極材料的選擇，陰極材料在電解液中必須有較高的化學穩定性，此外陰極面積要比陽極面積大，以降低陰極極化，減少電能消耗。對于不精密零件的拋光，或者單純為了提高表面的反射率而進行的拋光，可采用平板陰極，在對精密零件或形狀特別復雜的零件進行拋光時應采用仿形陰極。

8）電解拋光后工件的清洗。電解拋光時必須在停止通電后馬上將工件從槽中取出，放在流動的冷水或熱水中沖洗，以除去表面上殘留的電解液和陽極氧化物，避免由此造成的化學腐蝕影響拋光效果。

2.鋼鐵的電解拋光

（1）碳素鋼和低合金鋼的電解拋光 碳素鋼和低合金鋼廣泛采用磷酸-鉻酐型電解拋光液，其配方與工藝條件見表2-42，電解拋光時采用鉛板作陰極，槽電壓為12V。

（2）不銹鋼的電解拋光 不銹鋼制品要得到優良的電解拋光質量，電解拋光液中必須含有足量的氧化劑，且不允許破壞鈍化膜的活性離子（Cl-等）存在，電解拋光液應穩定且有較長的使用壽命。通常情況下，選用以磷酸為基礎的電解拋光液，添加適量硫酸和少量鉻酸，也可以添加少量的添加劑。廣泛采用磷酸-硫酸型溶液，不銹鋼常用的幾種拋光液配方及工藝條件見表2-43。

3.鋁及鋁合金的電解拋光

（1）預精飾處理工藝 用于鋁材電解拋光的電解液，按酸度主要分為酸性和堿性兩種，酸性電解液拋光的特點是整平快，拋光后金屬光澤較好，但成本高；堿性電解液整平較慢，溶液容易失效，但成本低。目前酸性電解液主要有磷酸型、高氯酸型和氫氟酸型等，在這些無機酸型體系中加入某些有機酸或有機化合物等又可派生出很多種電解液，因此酸性電解液分類方法很多，按溶液中酸的類型可分為混合無機酸型、無機酸有機酸混合型和無機酸有機化合物混合型，按溶液中是否含鉻可分為酸性含鉻型和酸性無鉻型。

拋光工藝是對高純鋁作低速腐蝕且鋁需要先進行預精飾處理，其主要工藝參數如下：

氟硼酸質量分數 2.5%

溫度 40℃

電壓 15～30V

電流密度 1～2A·dm^-2

（2）酸性電解拋光液

1）酸性含鉻型拋光液。酸性電解拋光使用最早的是由美國巴特爾研究所于20世紀40年代研究成功的磷酸溶液法，其溶液主要成分為磷酸與硫酸，這種拋光工藝曾經獲得過廣泛應用，其拋光速度比在堿性溶液或氟化物型溶液中要快，宏觀整平作用也比堿性溶液要顯著得多，但拋光后鋁材的鏡面反射率較低，在工業生產中主要用于取代工業純鋁及鋁合金在陽極氧化處理前的機械拋光處理。后來經過研究發現，在磷酸或硫酸溶液的基礎上加入少量的鉻酸能大幅度提高拋光效果，因而三酸法（磷酸-硫酸-鉻酸）得到了廣泛的研究與應用。三酸法按溶液中磷酸和硫酸的相對含量多少可分為磷酸-鉻酸法和硫酸-鉻酸法，其中鉻酸的含量不等，最高可達到60g·L^-1。典型的三酸拋光法為巴特爾法，其總酸濃度為50%～95%（質量分數），其中有5%左右的鉻酸。鉻酸的強氧化性使其能在陽極表面生成一層氧化膜，增強拋光后鋁材的光亮度。這種拋光溶液的使用壽命既與鋁離子有關，又與生成的三價鉻離子有關。鋁及鋁合金的酸性電解拋光液配方及工藝條件見表2-44，工藝8是巴特爾法的拋光工藝參數。

表2-42 碳素鋼和低合金鋼電解拋光液的配方及工藝條件

表2-43 不銹鋼電解拋光液配方及工藝條件

表2-44 鋁及鋁合金的酸性電解拋光液配方及工藝條件

目前國內外采用最多的仍是三酸（磷酸-硫酸-鉻酸）法，這種方法研究較多，工藝成熟，拋光質量較好，大部分研究都是在這種三酸體系中加入其他一些添加劑來提高拋光效果，如蜀葵子、車前葉、橄欖油等。但鉻酸電解拋光法有著致命的弱點，即環境污染嚴重。由于六價鉻是一種強烈的致癌物，它可通過消化道、呼吸道、皮膚以及黏膜侵入人體，電解拋光時由于高溫和陰極析氫導致的酸霧會帶出大量的鉻酸，不僅廢水處理難，環境污染嚴重，而且操作環境條件惡劣。由于鉻酸嚴重污染環境，國家嚴格禁止含鉻廢水直接排放。雖然它可經過多種方法處理后再排放，但成本高、附屬設備多，因此，近20年來人們一直在不斷研究開發無鉻酸電解拋光新工藝，并取得了一定的成果。

2）酸性無鉻型拋光液。由于鉻酸電解拋光液含有較高比例的鉻酸，在電解拋光時陰極析氫會帶出大量的酸霧，且拋光液黏度高，工件帶出量多，從防止鉻污染的角度考慮，尋求無鉻電解拋光新工藝很有意義。目前，在美國、西歐和日本等發達國家和地區，由于環保要求，酸性含鉻電解拋光工藝已基本被其他無鉻型電解拋光法所代替，而在國內，大多數企業仍采用鉻酸電解拋光工藝，應用無鉻電解拋光工藝的為數很少。從20世紀80年代初至90年代末的20年中，隨著鋁制品應用領域的拓展和用量的迅猛增加，全世界鋁的消耗量每年約以5%的速度增長。然而據不完全統計，在近20年中，國內發表的鋁制品（鋁合金）電解拋光的研究報告僅有幾篇，其中無鉻酸電解拋光約占1/2。一般來說，純鋁、裝飾性鋁合金制品的無鉻酸電解拋光液為H₃PO₄-H₂SO₄體系，添加劑為有機醇類、有機酸類。表2-45列出了常用無鉻電解拋光液的配方及工藝條件。

表2-45 常用無鉻電解拋光液的配方及工藝條件

（續）

相對于鉻酸電解拋光，無鉻電解拋光法雖然避免了鉻的污染，明顯改善了操作環境，但仍有如下缺點：溶液中磷酸含量高，成本很高；操作溫度高，一般為80℃左右，能量消耗大；由于溫度高，陰極帶出酸霧多，生產環境惡劣；溶液黏度大，隨鋁片帶出的溶液量多，浪費嚴重，沖洗液中和處理難度大，消耗增加；很多無鉻拋光工藝中還含有丁醇或乙醇，它們都是易燃有機物，揮發性大，在生產中危險性很大，因此無鉻電解拋光工藝需要進一步改善。

除了上述磷酸無鉻型電解拋光工藝外，還有兩類無鉻酸性拋光液：高氯酸型和氫氟酸型。在高氯酸型拋光工藝中，由于采用有機物乙酸作添加劑，而高氯酸又是強氧化劑，因此溫度超過25℃時就有爆炸危險，很難在生產中應用；氫氟酸型拋光工藝雖然對含硅鋁材拋光效果較好，但由于氫氟酸揮發性非常大，設備腐蝕嚴重，對操作者危害極大，因而也未得到有效應用，僅限于實驗室研究。

（3）堿性電解拋光液 堿性電解拋光法是最早提出、也是最先應用于工業生產的鋁材電解拋光方法，后來由于這種工藝存在整平速度慢、溶液容易失效等問題，逐漸被酸性電解拋光所取代。至今仍在工業生產中保持應用的堿性電解拋光法是碳酸鈉-磷酸鈉溶液法（Brytal），這是最先提出的電解拋光工藝之一，也是最經典的堿性電解拋光法，于1936年在英國問世。“Brytal”是英國鋁業公司（British Aluminium Company）對此方法的注冊商標名稱，保存至今。此法特別適合于高純度鋁材（鋁的質量分數為99.9%）的電解拋光，在許多國家都得到了應用。采用這種方法時，應精心配制溶液，工件最好在機械拋光處理后的10～15min內進行電解拋光，并采用移動陽極，其移動振幅為20～30cm，這一方法的工作電流密度偏低，一般為8～12 A·dm^-2，因此整平速度較慢，拋光時間長達30～40min。以下是Brytal法的拋光工藝參數。

碳酸鈉（Na₂CO₃）濃度 150g·L^-1

磷酸三鈉（Na₃PO₄） 初始80～95g·L^-1，最終115g·L^-1

溫度 75～90℃

電壓 7～16V

Brytal法的優點是：溶液濃度低，成本低；拋光后鋁片表面反射率高，如高純鋁經拋光后其反射率可達近90%；拋光處理后的鋁材對大氣有很強的耐蝕性，可廣泛用于制造在工業氣氛與海洋氣候條件下使用的裝飾性工件與非受力件，在激光設備中也得到了可靠的應用，如制造反射器腔等。用電解拋光高純度鋁制造的反射器腔經長期使用后未變暗，而且經清洗后完好如初，未發生任何損傷。

Brytal法的缺點是：操作溫度高、能耗大；拋光時會產生沉淀物，容量為4000L的拋光槽的沉淀物量為50kg·d^-1。沉淀物的存在會引起各種不良后果，所以必須及時除去，最好是連續過濾溶液；拋光時間長，一般為30～40min，工作效率低；對材料的要求非常高，適用面窄，拋光前必須精心選擇材質。

雖然Brytal法應用于高純鋁時能產生很好的拋光效果，但自從1955年以后，由于采用99.8%的鋁制成的鋁鎂合金可在磷酸溶液中獲得很好的拋光效果，后者拋光后反射率與前者幾乎無差別，而其力學性能比前者要好得多，因此Brytal法逐漸被其他拋光工藝主要是酸性電解拋光工藝所取代，應用范圍也在不斷縮小。表2-46是鋁及其合金的堿性電解拋光配方及工藝條件。

表2-46 鋁及其合金的堿性電解拋光配方及工藝條件

除了操作溫度高，堿霧揮發大，工作環境差外，堿性電解拋光法包括Brytal法還存在下面一些缺點：

1）化學腐蝕較嚴重，拋光后鋁材表面光亮度不太好。

2）只適用于純度很高的鋁材。

3）電流密度小，拋光時間長，工作效率低。

4）鋁材損耗大。

5）溶液使用周期短，容易失效。

因此在生產中它們逐步被酸性電解拋光法所取代，應用也越來越少，20世紀70—90年代對它的研究工作進行得很少，其拋光工藝沒有得到進一步的發展。但堿性電解拋光法與后來的酸性電解拋光法相比也有無可替代的優勢，那就是拋光液中不含有致癌的鉻離子，而且溶液濃度低，廢水處理容易，生產成本低，拋光效果也較好。如果能設法降低操作溫度，延長溶液使用周期，減少鋁材的損耗，降低化學腐蝕程度，改善拋光效果，則重新取代酸性電解拋光工藝并非沒有可能，因此近年來堿性電解拋光工藝的研究又重新引起了人們的興趣。

（4）注意事項 電解拋光工藝的最大優點，就是當電源具有足夠的電力時工序的持續時間與被加工表面的大小無關。在盛有電解液的槽中，可以同時裝入大量的小工件或裝入幾個大工件。工序的持續時間僅取決定于電解拋光的工作條件。因此，在很多情況下，電解拋光的生產率要比機械拋光高得多。應該著重指出，被加工表面的形狀對生產率幾乎沒有影響。

在電解拋光時，最理想的情況是凹陷底部完全不溶解。實際上雖然凹陷底部的溶解速度比凸起處的速度緩慢，但畢竟還是溶解，因此，在電解拋光過程中，表面變平的同時，總會改變工件的尺寸，例如鋼材電解拋光10min，可使高度為15～30μm的不平處平滑，但卻溶解了100μm的基體金屬。

1）濃磷酸型鋁合金電解拋光液，使用時必須及時過濾底部形成的AlPO₄結晶。濃磷酸型鋁合金電解拋光液曾經在日本得到最廣泛的應用。電解液使用質量分數為50%～84%的磷酸，是一種黏性的液體。工件拋光后取出，立即進入第一道水洗槽清洗，然后再進入第二道水洗槽用流動水清洗。第一道水洗要用65℃左右的熱水，并且可以用于補充電解槽因蒸發而失去的水分。工件在拋光時溶入電解槽液少量的鋁，可以起到抑制劑的作用，對拋光有增亮的效果。但是，電解槽液中鋁離子的累積，會在鍍槽的底部形成AlPO₄結晶，影響拋光的正常操作，必須及時過濾除去。

用濃磷酸型電解液對鋁合金進行電解拋光，其工藝簡單，拋光亮度高，可達鏡面光亮，拋光工件陽極氧化前反射率達96%～98%。至今許多工廠仍用基于磷酸的振動電解拋光工藝。

還必須注意的是：工件經電解拋光后要用熱水洗和流動水洗。陽極氧化前，還需要經過除氧化膜處理，即在磷酸、鉻酸溶液中浸泡。整個過程要連續，工件表面不能出現干態。

2）用Brytal法進行電解拋光時忌無抽風裝置。電解槽可用低碳鋼制成，需安裝加熱、空氣循環、抽風裝置。電解拋光時需要攪拌以保證電解液的均勻，拋光時還會產生氫氣，在陰極前要安裝阻擋板。

將清洗干凈的鋁合金工件浸入還未通電的電解槽中，槽液溫度應保持在85～87℃，調節電解電流，拋光處理5～10min，初始電流密度為5.4～8.6A·dm^-2，初始電流密度根據鋁合金成分的不同而各異，電解1～2min以后電流密度下降至初始的一半；保持恒定的電壓12～15V直到電解拋光結束。

電解拋光以后，工件經過充分清洗，再浸入磷酸和鉻酸溶液85℃處理5min，退除表面的氧化膜，清洗后進行后續的陽極氧化處理。

3）鋁及其合金的電解拋光液不一定都是酸性的。

4）生產上要盡量避免采用有鉻的電解拋光工藝。磷酸-鉻酸型或磷酸-硫酸-鉻酸型電解拋光液的廢液中含有較高比例的六價鉻，會造成嚴重的環境污染。雖然廢液可以進行處理，但成本較高，因此近年來有人研究無鉻電解拋光新工藝。無鉻拋光液是用醇類代替緩蝕劑鉻酸，其整平作用是利用醇中羥基的特殊性質來實現的。試驗證明，增加醇類分子的長度和羥基的數目，對拋光有利，所以多采用可溶性多元醇聚合物作添加劑。

5）電解拋光處理時要有攪拌和降溫設施。電解拋光工藝用一個高的電流密度維持工件表面膜生成和溶解的動態平衡，使工件表面保留一層厚度一定、致密的薄膜。因此，工件表面條件必須很好并且各處一致，接觸電解液的工件表面溫度必須均勻一致，高電流密度時，電極表面細小致密的氣泡層必須盡量除去。為了達到這個目的，應該保持電解液和工件表面有較高的相對運動速度；電解拋光槽要有相當的深度，保證有足夠的槽液，并能在電極振動時有足夠的空間；清洗水槽要盡可能靠近；電極振動設備安裝在槽體的兩端，電解時振動陽極（工件），有時也稱為移動陽極或搖動陽極；酸性槽液用鉛管通蒸汽或熱水加熱。電解拋光開始時需要加溫，達到額定溫度后需要冷卻降溫。

4.銅及銅合金的電解拋光

廣泛采用的是以磷酸為主的電解液，其配方及工藝條件見表2-47。

表2-47 銅及其合金磷酸基電解拋光液的配方及工藝條件

5.鎳及鎳合金的電解拋光

鎳及其合金電解拋光液的配方及工藝條件見表2-48。

表2-48 鎳及其合金電解拋光液的配方及工藝條件

注：工藝1除去鎳層厚度為2～3μm，溶液中硫酸鎳的積累量可達70g·L^-1。工藝2除去鎳層厚度為3～3.5μm。工藝3對鎳層的溶解量比工藝1、工藝2小。工藝4中加了鹽酸，會使溶解下的鎳層沉積在陰極上，不會形成能溶于溶液中的硫酸鹽。工藝5中加了檸檬酸，能改善拋光質量，降低對鎳的侵蝕，新配制的溶液需先經8～10A·h·L^-1通電處理后才能使用，該電解拋光液每使用500A·h·L^-1后應添加檸檬酸2g·L^-1。工藝6還可用于碳素鋼電解拋光。

6.銀的電解拋光

銀的電解拋光大多采用氰化物溶液，有時還可在一般氰化鍍銀液中進行，可減少銀的損耗。常用電解拋光液的配方及工藝條件見表2-49。配方中的鉀鹽不能用鈉鹽代替，否則拋光質量將變差。

表2-49 銀電解拋光液的配方及工藝條件

7.其他金屬的電解拋光

鎂、鈦、鋅、鎘電解拋光液的配方及工藝條件見表2-50。錫、鉛、鉻、鈷電解拋光液的配方及工藝條件見表2-51。鎢、鉬、鈮、鉭電解拋光液的配方及工藝條件見表2-52。金、銦、鈾、碳化鎢電解拋光液的配方及工藝條件見表2-53。

8.通用電解拋光液

這種電解拋光液適用于多種金屬的電解拋光，它的配方及工藝條件見表2-54。

9.以高氯酸為主的電解拋光液

這類電解拋光液通用性強，拋光效果好。因高氯酸是強氧化劑，當其濃度高時，與可燃物接觸時可能引起燃燒或爆炸，故使用中應特別注意安全。當其濃度低時，使用沒有危險。通常這類溶液都是高氯酸與有機溶劑的混合物，導電性差，操作時槽電壓高，溶液溫升快，需要加強冷卻。這類溶液很少用于裝飾領域，主要用于金相磨片的電解拋光與浸蝕。兩種通用低濃度高氯酸電解拋光液的配方及工藝條件見表2-55，其中工藝2的電解拋光工藝條件見表2-56。

10.電解拋光設備

（1）電源 要求用低壓直流電流，由整流器提供電流，在少數情況下使用直流發電機和電池電流，但多數情況下都用硅二極管整流器。電壓變化幅度為3～18V，但通常是5～12V。電壓隨電解液不同而不同。電流密度應為2.7～27A·dm^-2。

表2-50 鎂、鈦、鋅、鎘電解拋光液的配方及工藝條件

表2-51 錫、鉛、鉻、鈷電解拋光液的配方及工藝條件

（續）

表2-52 鎢、鉬、鈮、鉭電解拋光液的配方及工藝條件

（續）

表2-53 金、銦、鈾、碳化鎢電解拋光液的配方及工藝條件

表2-54 通用電解拋光液的配方及工藝條件

表2-55 低濃度高氯酸電解拋光液的配方及工藝條件

注：工藝1適用于鋁及其合金、鑄鐵、鋼、鉛及其合金、鎳合金、錫及其合金、鋅及其合金的電解拋光，使用時應強烈攪拌。工藝2適用于鉻及其合金、純鐵及奧氏體、鈦、鋯、鈾、釩、鉻。

表2-56 工藝2的電解拋光工藝條件

注：溶液為表2-51工藝2。

（2）掛具 被電解拋光的工件通常用一個導電的掛具或緊固件固定在特定位置上。必須注意掛具的尺寸，以保證從槽的頂部到底部、掛具上工件之間有足夠的距離。掛具和緊固件的設計還應考慮能為工件提供均勻的電流分布。掛具的中心和端點應能通過所需的電流。掛具的端點可以為銅、鋁、磷青銅，這要根據電解拋光液的類型而定。對于形狀和尺寸合適的工件，可采用滾筒電解拋光，將滾筒電鍍工藝加以修改就可成功地用于電解拋光。在同一設備中通過調整電解液及操作條件，可進行電解去毛刺。這一方法僅適用于零件較少，且零件不會相互纏結或疊套在一起的情況。電解拋光/電解去毛刺的優點在于能進行批量生產，而且該工藝易于實現自動化，屬于非勞動密集型和成本高的生產。

（3）攪動設備 無論采用何種工藝均需要攪動，攪動可給金屬表面提供新鮮溶液，而且有助于防止在被拋光工件的表面上形成氣體條紋及溫度分布不均。如有條件，最好進行機械攪動，也可以用機械混合器或泵對溶液進行攪動和氣體攪動。

（4）溫度控制設備 加熱或冷卻電解拋光液裝置的設置由所采用的拋光類型而定。自動調節溫度裝置是理想的，所有的溶液都有規定的操作范圍。冷卻由水或制冷設備通過蛇形管、板、套式冷卻裝置或換熱器來實現。熱源為由不銹鋼、聚四氟乙烯或鋁蛇形管、盤或板傳送蒸汽的電熱器，還有浸入式石英電熱器。上述的不銹鋼、聚四氟乙烯或鋁的電熱器放置于槽底或浸在槽液中，在其管道內燃燒煤氣也可作熱源，但需注意應盡可能將熱源在大范圍內分布均勻。不同方法和材料的適用性和耐蝕性應參照所采用的溶液類型來選擇。很多電解拋光液都有很高的電阻，可能存在一定的加熱作用，該加熱量依槽液體積、加工面積及電流密度而定。有時這種加熱作用會部分或全部彌補外加熱所產生的熱量。

11.溶液的配制與維護

1）配制拋光液時，先加入計量的蒸餾水，再按組分順序加入。添加硫酸的過程中應注意攪拌，待其冷卻到室溫后，再將甘油、添加劑等在攪拌中緩慢加入。由于氯離子會引起電解拋光工件表面發生點蝕，因此在進行拋光預處理過程中應避免使用鹽酸溶液。

2）拋光液黏度較大，在使用過程中，要注意攪拌均勻，使槽中溶液溫度均勻，以免導致工件表面光亮度下降。當溶液黏度降低時，要及時補加新溶液進行調整，并對溶液底部沉淀進行過濾。在拋光過程中陰極極板表面會沉積鐵、鎳及鉻等雜質，這會影響陰極導電效果，需及時將沉淀物除去以保持電路通暢。

3）在鋼鐵電解拋光時，要定期分析溶液中的鐵離子含量，若w（Fe³＋）超過15%，則表明溶液老化，應部分或全部更換溶液。

4）工作間隙時應將拋光槽上部封閉，防止雜質進入槽內，同時防止溶液吸水，降低溶液黏度。