化学抛光

(一)概述

    化学抛光作为一种单独的加工方法，已普遍应用到前处理工艺或独立的加工方法中，在电镀的前处理中也可以根据整平、精饰的要求作为一种单独的方法或辅助的手段应用，成为制定电镀操作工艺程序中的一个步骤。

    化学抛光就是把零件放在化学溶液中浸泡，由于化学浸蚀作用，使表面微观凸出部分较凹洼部分优先溶解，达到整平抛光的目的。抛光液是由化学物质的腐蚀剂、缓蚀剂、表面活性剂、光亮剂等添加成分组成的。这种方法的特点是设备简单，可同时抛光大批量、大型及形状较为复杂的零部件，生产效率相对比较高。但抛光后的表面光洁度较低，时间长，抛光液的使用寿命短，难以再生。对表面光洁度要求高的镀件，只能作为初步抛光工序，而后还需进一步作电解抛光处理。

(二)化学抛光的原理

    目前研究和发表化学抛光机理的不多，一般认为化学抛光和电解抛光一样都是电极作用的过程，但化学抛光是靠表面微电池的电极作用，研究工作要比电解抛光的外部电流及大电极的作用复杂并困难得多。因此尚未有较为统一成熟的研究结果说明问题。佐治孝曾提出了化学抛光原理与电解抛光理论相同的看法，并认为，金属的抛光是由金属表面的平滑化和光亮化两个过程构成的。平滑化就是整平。消除表面几何形状的不平整，是靠抛光过程在金属表面凸凹部位生成黏稠液体膜厚度不同而实现的。而光亮化则是抑制由于金属基体结晶学上的不平整而引起的特定结晶面的选择性溶解，主要取决于金属表面上的固体氧化膜的不断生成和溶解。有人用铁在HNO₃-HF化学抛光液中，确认了铁表面生成一层由FeF^-₆组成的致密的液体膜。另外则有人用铁在H₂O₂-H₂SO₄化学抛光液中抛光时，发现抛光过程中气体周期性地产生，这一现象与铁表面上极薄氧化膜的不断生成和溶解有关。并认为这些研究结果表明了双重膜理论适用于铁的化学抛光。但这种拼凑有些牵强。因此这两种发现虽然出自同一种材料——铁，但化学抛光液的组成及工艺条件都很不相同，而且是由不同的研究人员做出来的，缺乏严谨的科学性。

(三)化学抛光工艺及设备

    1.化学抛光液的基本组分

    (1)金属溶解剂  不同的金属零件化学抛光所用的溶解剂也不同，硫酸是常用的溶解剂，同时还有盐酸、氢氟酸及其他的酸类或强碱，如铝等两性金属用氢氧化钠。

    (2)氧化剂  氧化剂的作用是在抛光过程中，表面不断地生成氧化膜，然后又不断地溶解达到整平、光亮的目的。氧化剂一般使用硝酸、铬酸及过氧化氢等。

    (3)添加剂  化学抛光溶液添加剂的种类很多，有缓蚀剂、渗透剂、表面活性剂、活化消泡剂、酸雾抑制剂、光亮剂等。主要由抛光金属材料及抛光溶液的主要成分及工艺要求而定，如要求抛光面的光亮度高，则添加光亮剂，用盐酸作主要抛光液成分时可添加抑制剂，减少酸雾的放出等。

    2.化学抛光的工艺及设备

    (1)化学抛光的工艺及参数控制  化学抛光的工艺很简单，主要是抛光前对金属零件先进行除油除膜处理，然后清洗干净进入抛光槽抛光，抛光后要彻底清洗干净表面的残液，然后才能进入电镀槽或后续工序，要控制的工艺参数主要是抛光液的浓度保持稳定，温度达到控制的范围，抛光时间要掌握好，以便达到最佳的抛光效果。

    (2)化学抛光的设备  化学抛光工艺与其他抛光工艺比较，相对简单，因此所需使用的设备也相对简单。非自动生产线的设备基本由各个工艺槽体组成，某些工艺步骤如除油、酸洗除锈、热水清洗特别是化学抛光本身都需要有加热和搅拌的附加装置。因此所使用的设备，包括容器、槽体、夹具、搅拌器、加热元件等应根据溶液的腐蚀性质，选择耐蚀的材料制造，特别是采用电热加温时，要有安全可靠的防腐措施。为防止抛光时因反应剧烈溶液外溢而造成漏电等事故的发生，最好是先把溶液加热到操作温度后断电再进行抛光。设备应有较大的空间，抛光液不可太满，避免溢出伤人，并注意操作人员的安全防护，保障工作环境的安全及清洁。

    3.化学抛光溶液的配方及操作条件

    (1)普通钢铁零件的化学抛光  在化学抛光的过程中，钢铁零件表面不断形成钝化膜而又不断溶解，而且两种反应始终同时进行着。而且微观凸出部位优先溶解，其速率大于凹下部位，作用的结果使得零件表面的粗糙度逐渐变得平整，并生成平滑光亮的表面。实践说明，化学抛光技术应用于钢铁件的光整有较好的效果，特别低碳钢零件的抛光。而对于一些机械抛光实施比较困难的细长、厚度小或形状复杂质软的低碳钢零件来说，化学抛光具有工效高、成本低、劳动强度小而又能大批量处理的优点。以化学抛光作为前处理工序获得的表面，有助于电镀层的结合力、光亮度、整平性及耐蚀性的提高，使镀层或转化膜层更致密。从而使镀件有较好的装饰性和较长的工作寿命。

    表3-25所列为应用多年的钢铁类零件化学抛光液的配方及工艺条件。其中配方1适用于铁素体型钢的化学抛光；配方2和配方3适用于低、中碳钢；配方4适用于高碳钢，缩合磷酸是将磷酸加热脱水或加入五氧化二磷所得，溶液应密封保存以防吸水；配方5适用于低、中碳钢和低合金钢，抛光前零件应干燥并预热。

    (2)不锈钢零件化学抛光  不锈钢零件的化学抛光适应性强，可以处理形状复杂的表面，并且内、外表面都可以得到均匀的光整度，操作简单，适用于批量生产，所以效率高；所用设备简单，成本低，价格便宜，但抛光温度高，酸雾大，质量比电解抛光差。表3-26所列为不锈钢表面化学抛光液的配方及工艺条件。

(3)其他金属零件的化学抛光

    其他金属的零件只要是表面光洁度要求不很高时可直接采用化学抛光，对表面质量要求高的零件可以先用化学抛光，再进行电解抛光，这样既可缩短电解抛光的时间，又可以降低成本，因此是否采用化学抛光，应根据具体情况而定，表3-27所列为铝及其合金的碱性化学抛光溶液的配方及工艺条件，也可以采用酸性抛光液，在《电镀手册》或《实用表面前处理手册》中有介绍。其他各种金属化学抛光溶液的组成配方及工艺条件同样也可以在《电镀手册》或《表面工程手册》中找到。

    表3-26中，配方1对铝镁合金的抛光性能较好，故较适合于抛光这种合金的零件，对纯铝制品的抛光性能较差，最好不用。

本文转载自《电镀前处理与后处理》编著    李异
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