化学抛光

(一)化学抛光的原理
金属材料或制件在配比合理的腐蚀剂、氧化剂、添加剂组成的抛光溶液中浸蚀，经发生一系列反应后，表面变得洁净光亮，称为化学抛光。

这是由于金属微观表面不均匀的膜或在抛光溶液中形成的黏稠性液膜使金属微观表面溶解的速度不均匀，微观凸出部分的溶解速度大于凹处的溶解速度，从而降低了表面的微观粗糙度，使金属表面显得平整而光亮。

化学抛光机理的研究比较少，有学者认为化学抛光原理与电抛光相似，电抛光理论同样适用于化学抛光。

根据这一观点出发，认为金属的抛光是由金属表面的平滑化和光亮化两个不同的过程构成。

平滑化是指消除金属表面几何形状的不平整，是依靠抛光过程在金属表面凹凸不平的部位生成黏稠液膜厚度的不同而实现。

光亮化则是抑制由于金属基体结晶学上的不平整(即各向异性)而引起的特定结晶面的选择性溶解，它取决于金属表面上的固体膜(氧化膜)的不断生成和溶解。

所以也有人称这种说法为双重膜理论。

化学抛光具有以下的特点。

①化学抛光最适合处理大型的各种建筑型材或形状复杂的大型零部件，对于较小的零部件，则可以同时处理很多工件，效率高，抛光处理能力大。

②化学抛光的设备简单，不需要直流电源和电挂具，可以根据每批所处理的工件数量而设计建造，造价低廉。

③化学抛光主要用于工件的装饰性加工。

④抛光过程中有有害气体产生，不利于操作人员的健康及环境保护。

⑤抛光后，工件表面的粗糙度较大，表面光滑及光亮程度比电抛光的差。

⑥抛光溶液的消耗量大，寿命短，再生困难。

(二)钢铁工件的化学抛光
1．概述
钢铁工件在化学抛光的过程中，其表面不断形成氧化膜而又不断溶解，这种交叉不断进行的过程直至抛光结束。

其中表面微观凸起的部位优先溶解。

这种作用使钢铁工件粗糙不平的表面得以逐步整平，最终得到平滑光亮的表面。

特别是对于一些机械抛光实施比较困难的细长、厚度小或形状复杂的小工件，采用化学抛光工艺具有效率高、成本低、劳动强度低的优点。

以化学抛光作为前处理工序获得的表面有助于电镀、化学镀层的结合，以及转化膜、着色膜层更加致密平整
及附着力强，从而使钢铁工件装饰性能和耐蚀性能提高、工件的使用寿命延长。

2．钢铁化学抛光溶液的配方及工艺条件生产实践证明，化学抛光技术应用于钢铁工件抛光有很好的效果，能够获得比较满意的平滑光亮表面。

一般钢铁工件的化学抛光液和工艺条件见表2-39及表2-40。

表2-39普通钢铁化学抛光液配方及工艺条件
成分及工艺条件
配方
1
2
3
4
5
硝酸(HN03,65%)／(g／L)
硫酸(H2S04,98％)／(g／L)
磷酸(H3P04,85％)
缩合磷酸(含P201；72％～75％)
盐酸(HCl，37％)／(g／L)
过氧化氢(Hz02,30％)／(g／L)
氟化氢铵(NH4HF2)／(g／L)
尿素[CO(NH2)2]／(g／L)
苯甲酸(C6H5COOH)／(g／L)
铬酐(CrO3)／(g／L)
酸性橙黄染料／(g／L)
OP-10乳化剂／(g／L)
pH值
温度／℃
时间／min
130～140
100～110
5～10
9
70～75 2～5
70～80
20
20
1～1.5 0.05
2.1
15～30 0.5～2 0.5
230
50
50
0.2
2
15～40 0.5～2 0～10份100～90份-
180～250 数秒至数分100mL／L 300mL／L 600mL／L
-
120～140
<10
表2—40中低碳钢工件在硝酸体系中的抛光液配方及工艺成分及工艺条件
配方
1
2
3
4
磷酸(p=1.7g／mL)／(mL／L)
硝酸(p=1.4g／mL)／(mL／L)
氢氟酸／(mL／L)
醋酸／(mL／L)
氨基磺酸／(g／L)
盐酸(p=l.19g／mL)／(mL／L)
表面活性剂
温度／℃
时间／min
适用的抛光制作材料
17.6～23.5
14～18
18.7～21-O
-
30
-
-
55～85
铁
-
500
-
750
-
90～96
数秒
铁
-
400
-
600
-
室温
冷轧钢
130
-
-
330
适量
-
-
-
含碳量在0．6％～2．0％的高碳钢如Tl0、20AP等做的工件多数是经过淬火或淬后又回火处理的，其化学抛光较为困难。

目前供使用的缩合磷酸型抛光液优于普通的磷酸抛光液。

其特点是不会与
水溶液中的铁离子作用生成不溶性的磷酸铁沉淀。

缩合磷酸体系溶液的配方及工艺条件见表2—41。

表2—41高碳钢在缩合磷酸体系中的化学抛光工艺
成分及含量
配方
l
2
缩合磷酸p=1.9～2．Og／mL，w(P205)=75％]／mL
硫酸(1.84g／mL)／mL
有机溶剂(醇、醚、酮类)／mL
溶液温度／℃
抛光时间
100
0～10
180～250
数秒至数分钟
100
10～40
60～130
数分至数十分钟
(三)不锈钢工件的化学抛光
1．不锈钢化学抛光的特点
不锈钢化学抛光和钢铁类材料的化学抛光类似，首先是抛光的适用范围比较广，能抛光处理形状复杂的工件，并且使工件内外的表面都获得较为均匀的粗糙度；化学抛光所用的设备简单易造，价格便宜；操作方便容易，生产效率高，一次能处理大批的工件。

但是化学抛光溶液的温度高，挥发大，酸雾大，对抛光设备的腐蚀大，而且抛光质量比不上机械抛光及电化学抛光。

2．不锈钢化学抛光液的配方及工艺条件
国内外目前使用的不锈钢化学抛光溶液基本上可以分为四种类型。

(1)硫酸型抛光液硫酸型抛光液的基本组分是硫酸、硝酸和盐酸。

(2)王水型抛光液这种溶液由3体积浓盐酸和l体积的浓硝酸混合而成，它的腐蚀溶解作用比盐酸和硝酸更强。

(3)磷酸型抛光液磷酸型抛光液主要成分是磷酸，也含有适量的盐酸和硝酸。

(4)醋酸和过氧化氢型抛光液由于醋酸和过氢化氧对不锈钢的腐蚀溶解性能很弱，所以这类溶液内尚需含有其他强腐蚀性的酸或混合液配合使用，才能产生较好的抛光效果。

常用的不锈钢化学抛光液配方及工艺条件见表2—42。

表2—42常用的不锈钢化学抛光液配方及工件条件
成分和操作条件
配方
1
2
3
4
5
6
硫酸(H2S04,98％)／(g／L)
硝酸(HN03,65％)／(g／L)
盐酸(HCl，36.5％)／(g／L)
磷酸(H3P04,85％)／(g／L)
草酸(HzC204·2H20)／(g／L)
氢氟酸(HF，40％)／(g／L)
聚乙二醇(相对分子质量M>6000)/(g／L)
酸性橙黄染料／(g／L)
0P-10乳化剂／(mL／L)
磺基水杨酸(0H606S·2HzO)/(g／L)
烟酸(C6H50zN)／(g／L)
六亚甲基四胺(C6H12N4)/(g／L)
三乙醇胺/(g／L)
苯并咪唑(Cl0H5N2)/(g／L)
聚丙烯酰胺/(g／L)
乙醇(C2H50H)/(g／L)
硫脲[-CS(NHz)2]/(g／L) 温度/℃
时间/min
100～110
60～65
40～50
5～10
2～3
70～85
2～5
45～55mL／L
45～55mL／L
150mL／L
35
3.5
3.5～4
90～95
1～3
132
60
25
2
<40
3～10
65
250
40
10
260～270
70～80
30～40
2～3
2～10
180～220
5～10
5～10
6～10
10～15
50～60
3～5
(四)铝及铝舍金的化学抛光
1．磷酸基溶液化学抛光铝及铝合金的化学抛光大多数采用磷酸基溶液进行，但为了减
少磷对环境的污染，也有用非磷酸溶液系列的配方。

磷酸基溶液大体可分为两种类型：一种是含磷酸高于700mL／L的溶液，另一种的含磷酸量大约为400～600mL／L。

磷酸含量高的溶液能够使经机械抛光后的表面达到和电抛光相当的高光亮度，用于纯铝，含锌量不高于8％、含铜量不高于4％的Al-Mg-Zn和Al-Cu-Mg 合金。

磷酸含量低的溶液抛光能力稍差，只能用于抛光含铝量高于99．5％的纯铝。

磷酸基化学抛光液的配方及工艺条件见表2-43。

表2-43铝及铝合金磷酸基化学抛光液配方及工艺条件
溶液成分及工艺条件
配方
1
2
3
4
6
磷酸(H3P04,85％)／(mL／L)
硫酸(H2S04,98％)／(mL／L)
冰醋酸(CH3COOH)／(mL／L)
硝酸(HN03,65％)／(mL／L)
柠檬酸(C6H307·H20)／(mL／L) 溶液温度／℃
抛光时间／min
805
—
—
35
—
80
1～5
700
250
—
50
—
90～120
2～6
850
—
100
50
—
80～100
2～15
700
120
30
100120
2～6
500
400
100
100～115
3～8
700
100
200
80～90
3～5
经化学抛光的工件一般应在400～500g／L硝酸中或在100～200g／L铬酐溶液中，在常温下浸渍几秒至几十秒，以除去铝表面附着的合金元素(锌、铜等)。

2．非磷酸基溶液抛光
磷酸基化学抛光的效果很好，工艺成熟，在工业上已广泛使用，但磷酸用量日益增多，对环境有很大的影响。

磷酸废水排人江、河、湖泊之中，易产生富营养化的作用，容易滋生红潮覆盖水面，造成水生动物缺氧而死亡。

磷酸还会污染环境，影响人类的健康。

因此，非磷酸化学抛光液在逐步研究并开发利用。

非磷酸化学抛光液一般浓度都比较低，含酸量不大于35％～40％，表2-44列出了铝及铝合金常用非磷酸基化学抛光液配方及工艺条件。

其中配方3为低硝酸化学抛光液及工艺。

配制溶液时，先在专用干净的抛光槽中加入二分之一的用水，在不断搅拌的情况下，分批慢慢加入硫酸，待溶液降到40℃以下，再加入硝酸及事先准备好的JS-2光亮剂，然后再加水至规定体积，搅拌均匀待用。

表2-44铝及铝合金常用非磷酸基化学抛光液配方及工艺条件
成分及工艺条件配方
1
2
3
4
5
6
7
硝酸／mL
硫酸／mL
铬酐／g
氟化铵／% 1000
1000
40～60
200～300
13％
100～200
90
15
15％～20％10～15
成分及工艺条件配方
1
2
3
4
5
6
7
氨基磺酸／(g／L)
氟化氢铵／mL
糊精／％
硫酸镁／g
硫酸钴／g
硅铝酸钠／g
JS-2光亮剂／(g／L) 水
温度／℃
时间／min
5～10
加至lL
80～110
1～5
30
10
76％
100
1.5～
2.5
650～800g／L
20～40
10％
1
加至lL
50～57
0.25～O.33
100～200
50～60
0.25～30
3
55～60
适用抛光的制件或材料
纯铝、铝一镁一硅合金、硬铝合金等
生铝
注：硅铝酸钠的作用主要是缓蚀作用、离子交换作用。

(五)铜及铜合金化学抛光
1．概述
铜及铜合金被广泛地应用于日用五金、工艺品、电器仪表、机械配件等制造行业，这是因为铜是人类最早使用的金属材料，有硬度，容易进行冷、热加工制作。

铜在腐蚀环境及介质中易生锈，一般都要经过各种前处理及表面抛光，才能得到装饰性的外观。

金属铜不活泼，所以在进行化学抛光时，不能与酸液中的氢离子反应。

因此，铜在酸液中的抛光首先是把铜表面氧化，然后使所生成的氧化铜再与酸反应，并得到光亮的抛光表面，所以铜的化学抛光液中都含有氧化剂。

2．铜的化学抛光液配方及工艺条件
铜及铜合金的化学抛光液很多，有人把它归纳为三类，即以硝酸及硝酸盐为主的系列；以铬酸盐为主的铬酸盐系列和以过氧化氢和酸组合的过氧化氢系列。

表2—45为铜及其合金化学抛光液配方及工艺条件。

表2-45硝酸及其盐系列化学抛光铜及其合金的溶液配方及工艺条件
成分及工艺条件
配方
l
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
13
14
V[硝酸(p=1.40g/
mL)]/mL
V[硫酸(p-1.84g/
mL)]/mL
V[盐酸(p=1.199／
mL)]mL
V[氢氟酸(40％)]/mL
V[水(H20)31mLp(硝酸钠)/(g／L) p(硝酸铵)/(g／L)
p(铬酐)/(g／L)
p(亚硝酸钠)／(g／L)
p氯化钠／(g／L)
φ(N-1光亮剂)
/(ML/L)
φ(8851添加剂)
／(mL／L)
p(动物胶)／(g/L)
p(JS-1光亮剂)／(G／L)
300
500
195
(p=1.50g/mL)25 500
10
90
150
3.35mol/L
6．O5
mol／L
少量
1L
57
340
28
570
35～45
350～450
至1L
1～1．5
120～200
180～
300
7～15
至1L
350
250
400
15
500
450
2
350～
450 755～810 60～i50 30～60 400
5
70
10
2L
10L
7
1
500
500
lL
1
1
40
35
25
500
500
120
0.5～
续表
成分及工艺条件
配方
1
2
3
4
5
6
7
8
9
lO
11
12
13
14
p(平平加)／(g／L)
φ(Y2—1添加剂)
/(mL／L)
φ(FH-6添加剂)/(mL／L) p(尿素)／(g／L)
p[聚乙二醇(相对分
子质量M=10000)]
/(g／L)
p(硫酸铜)/(g／L)
操作温度／℃
时间／min
20～28
1～3S
铜与铜合金
15～30
0.2～1.0
硅锰青
铜、磷青铜、铍青铜20
数分
铜与铜合金
10
25
0.5
铜与铜合金
0.002～
0.04
40～60
1～1.5室温
3～6
15～21
3～10
室温
5～10
2m长
铜管内表面浸洗
室温
0.5～
9
10～70
0.5～1
5～45
0.5～
1.5
铜与
铜合金
无氯
铜
室温
无氧铜及返修件
铜一铝合金金
相试样
5～10
15～
30
15～
30
铜与
铜合金
(六)其他金属材料及工件的化学抛光
1．锌、镉及其合金的化学抛光
锌、镉及其合金的化学抛光液配方及工艺条件见表2—46。

表2-46锌、镉及其合金的化学抛光液配方及工艺条件
成分和工艺条件
配方
1
2
3
4
5
铬酐(Cr03)／(g／L)
硫酸(H2S04,98％)／(mL／L)
硝酸(HN03,65％)／(mL／L)
盐酸(HCl，37％)／(mL／L)
重铬酸钠(NozCr207·2H20)／(9／L) 过氧化氢(H202,30％)／(mL／L)
温度／℃
时间／s
100～150
室温
2～30
200～250
3～4
60～100
室温
2～30
250
100
室温
10～30
6～9
200
70
室温
5～10
3
15～20
表2-46中配方1若Cr03／H2S04小于20，在镉上会生成不溶于水的黄膜，此膜可在2％的硫酸中除去。

配方5中硫酸可用盐酸代替，该溶液比较便宜，但光亮度及耐蚀性均较差。

2．镍及镍合金的化学抛光
镍及镍合金的化学抛光液配方及工艺条件见表2—47。

表2—47镍及镍合金的化学抛光液配方及工艺条件
成分和工艺条件
配方
1
2
3
4
5
硝酸(HN03,65％)／(mL／L)
硫酸(HzS04,98％)／(mL／L)
磷酸(H3P04,85％)／(mL／L)
冰醋酸(CH3COOH)／(mL／L)
盐酸／％
甜菜碱磺酸铵／％
烷基芳烃聚醚醇／％
温度／℃
时间／min
说明
150
850
100
2～3
10
10
50
85～95
0.5～1
20
20
60
80～85
1～3
适于半光亮镍层的抛光
1％～l0％
1～20
0.05～10
适于低膨胀性
的镍合金，可用
酰胺基甜菜碱磺
酸铵或烷基或芳
烷甜菜碱代甜菜
碱磺酸铰.
5％～30％
5％～50％
0.02～5
可用十六烷基三甲胺乙内酯代烷基芳烃聚
醚醇
3．镁及其合金的化学抛光
镁合金由于比强度高，表面经抛光、装饰及钝化等处理后，耐饰性和装饰性很好，已广泛应用于汽车、家电及日常用品的零部件或整件制造，并将越来越广
泛地应用于其他有关的领域。

镁及其合金的化学抛光液配方及工艺条件见表2—48。

表2—48镁及其合金的化学抛光液配方及工艺条件
配方
1
2
3
4
成分和含量
铬酐：18％
硝酸钙：4％
氯化镁：0.25％
铬酐：5％～60％
硝酸；0.75％～2％
氢氟酸：0～2％
硝酸：750mL／L
硫酸：1％～l0％
酚或连苯三酚：
0.5％～l5％
温度／℃
时间
68～86
0.5～5min
20
数秒
20
3s
20～30
数秒
说明
出槽后迅速在5％偏硅酸或碳酸钠溶液中清洗，处理后表面生成一层透明膜，抗蚀性好
镁溶解十分剧烈，浸3s后要立’即取出清洗，如此反复
次数
kajbzon 阳极氧化设备/。