铝及铝合金电解抛光工艺实践
铝及铝合金电解抛光工艺实践
文斯雄
(贵州航空工业总公司 邮码：550205)
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摘要：提出了铝及其合金的酸性电解抛光液，分析了各组分的作用及工艺参数。
为了在铝及铝合金制品表面获得反光系数高的镜面光泽，完善铝制品的防护装饰性阳极氧化和染色工艺，增强铝及合金制品功能性电镀层与铝基体的结合力，往往需要采用电解抛光处理。
电解抛光是一个独特的阳极电化学过程。铝及铝合金制品电解抛光时，表面形成氧化膜而呈现钝态，阳极表面形成了稠性粘膜，粘膜在制品表面微观凹凸处厚度是不相同的，这导致阳极表面电流分布不均匀。凸处电流密度大，溶解较快；凹处正相反。由于电流密度的不同，氧化膜以不同速率不断溶解。阳极表面同时进行着两个相反的过程一成膜与溶解，钝化膜的不断生成和溶解。铝及合金制品表面因而获得被整平，达到高度光滑和光泽的外观。
铝是两性金属，所以酸性和碱性的电解液都用于铝及合金电解抛光。以H3PO4，H2SO4和CrO3为主的酸性电解抛光液比较稳定，维护保养也较方便，铝及铝合金制品电解抛光广泛选用酸性电解抛光液。
1 铝及合金制品的电解抛光液及工艺参数
铝及铝合金制品要得到良好的电解抛光质量，首先要求电解抛光液中必须含有足量的氧化剂以保证铝制品表面顺利地生成钝化膜层，不允许有容易破坏钝化膜的活性离子（如CI-等）存在。其次抛光溶液要稳定，在不通电的情况下不会对铝制品表面产生腐蚀破坏作用。以磷酸为基础溶液添加适量硫酸和少量铬酐的电解抛光液能够满足铝及合金制品的电解抛光的要求。
铝及合金制品电解抛光液配方及工艺参数如下（配方中各成分含量为重量百分比）：
H3PO4(d=1.71) 60%～65%
H2SO4(d=1.84) 20%～25%
CrO3 3%～5%
H2O 余量
温度 75～90℃
阳极电流密度 15～30A/dm2
为了在铝及铝合金制品表面获得反光系数高的镜面光泽，完善铝制品的防护装饰性阳极氧化和染色工艺，增强铝及合金制品功能性电镀层与铝基体的结合力，往往需要采用电解抛光处理。
电解抛光是一个独特的阳极电化学过程。铝及铝合金制品电解抛光时，表面形成氧化膜而呈现钝态，阳极表面形成了稠性粘膜，粘膜在制品表面微观凹凸处厚度是不相同的，这导致阳极表面电流分布不均匀。凸处电流密度大，溶解较快；凹处正相反。由于电流密度的不同，氧化膜以不同速率不断溶解。阳极表面同时进行着两个相反的过程一成膜与溶解，钝化膜的不断生成和溶解。铝及合金制品表面因而获得被整平，达到高度光滑和光泽的外观。
铝是两性金属，所以酸性和碱性的电解液都用于铝及合金电解抛光。以H3PO4，H2SO4和CrO3为主的酸性电解抛光液比较稳定，维护保养也较方便，铝及铝合金制品电解抛光广泛选用酸性电解抛光液。
1 铝及合金制品的电解抛光液及工艺参数
铝及铝合金制品要得到良好的电解抛光质量，首先要求电解抛光液中必须含有足量的氧化剂以保证铝制品表面顺利地生成钝化膜层，不允许有容易破坏钝化膜的活性离子（如CI-等）存在。其次抛光溶液要稳定，在不通电的情况下不会对铝制品表面产生腐蚀破坏作用。以磷酸为基础溶液添加适量硫酸和少量铬酐的电解抛光液能够满足铝及合金制品的电解抛光的要求。
铝及合金制品电解抛光液配方及工艺参数如下（配方中各成分含量为重量百分比）：
H3PO4(d=1.71) 60%～65%
H2SO4(d=1.84) 20%～25%
CrO3 3%～5%
H2O 余量
温度 75～90℃
阳极电流密度 15～30A/dm2
阴极材料 铅板或不锈钢板
阴、阳极板面积比 1.5：1
阳极移动
2 电解抛光液主要成分的作用及工艺参数对抛光质量的影响
2.1 磷酸(H3PO4)
H3PO4是铝及合金电解抛光液的主要成分。H3PO4能溶解铝和铝氧化物，溶解产物以Al(H2PO4)3为主，并在铝制品表面和阳极区积聚，在阳极表面形成粘性液膜。此粘性液膜在铝制品电解抛光过程中对铝制品表面的整平和光洁有极大的影响。H3PO4含量低时整平作用差且容易形成轻微的腐蚀点；H3PO4含量超过上限时，影响作用不十分明显。在确保整平作用的前提下，应尽可能降低H3PO4的含量，以降低铝电解抛光液的成本。
2.2 硫酸(H2SO4)
H2SO4有助于提高电解抛光溶液的电导，降低电解抛光溶液的电阻，从而降低槽电压，节约电能。它还可以改善分散能力和提高阳极电流效率，增强电解抛光过程的稳定。H2SO4也可以同H3PO4一起形成阳极粘膜，有利于铝制品表面的整平。在抛光溶液处于上限温度的条件下，当硫酸含量低时，铝的化学溶解相对加快，易产生点状腐蚀，影响电抛光质量，当硫酸含量过高时，又容易生成沉淀物附着于抛光件表面，也会产生点状腐蚀。所以H2SO4的含量必须严格控制在工艺规定范围内。
2.3 铬酐(CrO3)
铬酐溶于电解抛光溶液后生成Cr2O离子，该离子具有强氧化性，使铝及合金制品表面很快钝化，避免表面受到浸蚀。另一方面，在电抛光过程中，Cr3+和Al3+在电抛光溶液中积累，胶粘状的三价铬使电抛光溶液粘度增大，在制品表面形成粘附膜层，更有利于抛光整平。但是Cr3+与Al3+的含量要控制在一定范围内，特别是CrO3的含量。CrO3含量过高，容易产生沉淀物吸附于铝及合金制品表面形成点状腐蚀．一般说来，宜控制铝电解抛光溶液的比重在1.67至1.70之间，Al3+含量不应超过50g/L，Cr3+含量不应超过25g/L。
2.4 电解抛光温度的影响
铝及合金电解抛光液在适当的温度范围内，铝表面的抛光整平速度随温度的升高而加大。温度升高能降低电抛光溶液粘度，减小阳极粘附膜厚度，加速阳极溶解产物的扩散，有利于阳极气泡尽快脱离制品表面，避免生成斑点。但是温度过高，会加快Cr6+还原为Cr3+，导致过热，使制品产生腐蚀，还会引起电抛光表面形成条纹等。电抛光溶液温度过低，会使阳极粘附膜和抛光液的粘度增加，不利于阳极溶解产物的扩散，使电抛光能力下降，影响抛光整平效果。必须控制电解抛光溶液的温度在适宜的范围内。
2.5 阳极电流密度
铝及合金制品电解抛光时，阳极电流密度和铝的溶解量几乎成正比，因此必须选择适宜的阳极电流密度。阳极电流密度要选择在一定的阳极电位区间，才能保证良好的电解抛光质量。阳极电流密度过低时，铝及合金制品表面发生一般的阳极溶解，不能起到抛光整平效果；阳极电流密度过高时，铝及合金制品表面发生氧气猛烈析出，形成气流，会使制品表面过热，导致电解液扩散，加速形成气流及发生电化学腐蚀，使制品表面产生条纹或点状腐蚀等，严重影响电抛光的质量。所以严格控制最佳的阳极电流密度是至关重要的。
2.6 阳极移动
阳极移动对提高电抛光质量的重要性是不容忽视的。阳极移动起搅拌作用，使阳极溶解产物加快扩散，并能有效地排除阳极表面滞留的气泡，避免产生气流生成条纹。还可以防止过热造成的表面腐蚀。因此阳极移动有利于提高电抛光表面质量。
铝及合金制品的电解抛光质量还与铝及合金制品表面的物理化学性质及表面状态有关。要合理掌握各相关工艺参数，控制适宜的抛光时间，以提高抛光整平效果。
3 电解抛光后的再加工
铝及合金制品电解抛光后，要立即从电抛光溶液中取出，迅即用流动水彻底洗涤，然后在40～50℃、5～10%的Na2CO3溶液中和数秒钟，再次水洗．这样可以有效地避免抛光表面产生斑点。
电抛光后要求进一步防护装饰的铝及合金制品，可以在常规的硫酸溶液中进行阳极氧化处理，以得到透明度优良的氧化膜。还可在有机或无机颜料溶液中着色处理。无机着色通常在常温下进行，有机着色一般在中温条件下进行。从而获得具有各种艳丽色彩的彩色膜层。
铝及合金制品电解抛光并经特别的阳极氧化处理后，还可以在表面上镀覆其他金属，从而获得特殊的功能。
阴、阳极板面积比 1.5：1
阳极移动
2 电解抛光液主要成分的作用及工艺参数对抛光质量的影响
2.1 磷酸(H3PO4)
H3PO4是铝及合金电解抛光液的主要成分。H3PO4能溶解铝和铝氧化物，溶解产物以Al(H2PO4)3为主，并在铝制品表面和阳极区积聚，在阳极表面形成粘性液膜。此粘性液膜在铝制品电解抛光过程中对铝制品表面的整平和光洁有极大的影响。H3PO4含量低时整平作用差且容易形成轻微的腐蚀点；H3PO4含量超过上限时，影响作用不十分明显。在确保整平作用的前提下，应尽可能降低H3PO4的含量，以降低铝电解抛光液的成本。
2.2 硫酸(H2SO4)
H2SO4有助于提高电解抛光溶液的电导，降低电解抛光溶液的电阻，从而降低槽电压，节约电能。它还可以改善分散能力和提高阳极电流效率，增强电解抛光过程的稳定。H2SO4也可以同H3PO4一起形成阳极粘膜，有利于铝制品表面的整平。在抛光溶液处于上限温度的条件下，当硫酸含量低时，铝的化学溶解相对加快，易产生点状腐蚀，影响电抛光质量，当硫酸含量过高时，又容易生成沉淀物附着于抛光件表面，也会产生点状腐蚀。所以H2SO4的含量必须严格控制在工艺规定范围内。
2.3 铬酐(CrO3)
铬酐溶于电解抛光溶液后生成Cr2O离子，该离子具有强氧化性，使铝及合金制品表面很快钝化，避免表面受到浸蚀。另一方面，在电抛光过程中，Cr3+和Al3+在电抛光溶液中积累，胶粘状的三价铬使电抛光溶液粘度增大，在制品表面形成粘附膜层，更有利于抛光整平。但是Cr3+与Al3+的含量要控制在一定范围内，特别是CrO3的含量。CrO3含量过高，容易产生沉淀物吸附于铝及合金制品表面形成点状腐蚀．一般说来，宜控制铝电解抛光溶液的比重在1.67至1.70之间，Al3+含量不应超过50g/L，Cr3+含量不应超过25g/L。
2.4 电解抛光温度的影响
铝及合金电解抛光液在适当的温度范围内，铝表面的抛光整平速度随温度的升高而加大。温度升高能降低电抛光溶液粘度，减小阳极粘附膜厚度，加速阳极溶解产物的扩散，有利于阳极气泡尽快脱离制品表面，避免生成斑点。但是温度过高，会加快Cr6+还原为Cr3+，导致过热，使制品产生腐蚀，还会引起电抛光表面形成条纹等。电抛光溶液温度过低，会使阳极粘附膜和抛光液的粘度增加，不利于阳极溶解产物的扩散，使电抛光能力下降，影响抛光整平效果。必须控制电解抛光溶液的温度在适宜的范围内。
2.5 阳极电流密度
铝及合金制品电解抛光时，阳极电流密度和铝的溶解量几乎成正比，因此必须选择适宜的阳极电流密度。阳极电流密度要选择在一定的阳极电位区间，才能保证良好的电解抛光质量。阳极电流密度过低时，铝及合金制品表面发生一般的阳极溶解，不能起到抛光整平效果；阳极电流密度过高时，铝及合金制品表面发生氧气猛烈析出，形成气流，会使制品表面过热，导致电解液扩散，加速形成气流及发生电化学腐蚀，使制品表面产生条纹或点状腐蚀等，严重影响电抛光的质量。所以严格控制最佳的阳极电流密度是至关重要的。
2.6 阳极移动
阳极移动对提高电抛光质量的重要性是不容忽视的。阳极移动起搅拌作用，使阳极溶解产物加快扩散，并能有效地排除阳极表面滞留的气泡，避免产生气流生成条纹。还可以防止过热造成的表面腐蚀。因此阳极移动有利于提高电抛光表面质量。
铝及合金制品的电解抛光质量还与铝及合金制品表面的物理化学性质及表面状态有关。要合理掌握各相关工艺参数，控制适宜的抛光时间，以提高抛光整平效果。
3 电解抛光后的再加工
铝及合金制品电解抛光后，要立即从电抛光溶液中取出，迅即用流动水彻底洗涤，然后在40～50℃、5～10%的Na2CO3溶液中和数秒钟，再次水洗．这样可以有效地避免抛光表面产生斑点。
电抛光后要求进一步防护装饰的铝及合金制品，可以在常规的硫酸溶液中进行阳极氧化处理，以得到透明度优良的氧化膜。还可在有机或无机颜料溶液中着色处理。无机着色通常在常温下进行，有机着色一般在中温条件下进行。从而获得具有各种艳丽色彩的彩色膜层。
铝及合金制品电解抛光并经特别的阳极氧化处理后，还可以在表面上镀覆其他金属，从而获得特殊的功能。
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