化学抛光

用化学试剂将样品侵蚀光滑的方法

化学抛光是靠化学试剂的化学浸蚀作用对样品表面凹凸不平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平的一种方法。化学抛光设备简单，能够处理细管、带有深孔及形状复杂的零件，生产效率高。化学抛光可作为电镀预处理工序，也可在抛光后辅助以必要的防护措施直接使用。

基本原理

为了进行化学抛光，必须使零件表面的凸部比凹部优先溶解，因此应将化学抛光的作用分为两个阶段来认识。第一阶段是化学抛光时金属表面现象的几何凸凹的整平，去除较粗糙的表面不平度，获得平均为数微米到数十微米的光洁度；第二阶段是晶界附近的结晶不完整部分的平滑化，去除微小的不平，在0.1～0.01μm，相当于光波长的范围。可将第一阶段称为宏观抛光或平滑化，把第二阶段称为微观抛光或光泽化。

上述两种抛光作用是不同的，以钢在硝酸磷酸型抛光液中的抛光为例说明。在抛光过程中钢的电极电位和溶解速度随硝酸浓度的变化情况如图1所示。即随着硝酸浓度的增加，钢材的电极电位也逐渐提高，同时溶解速度随之减小。钢的平滑化是由低电位区域的溶解作用形成的，而光泽化则是由高电位区域的溶解作用形成的。钢表面电位的升高是由表面形成的一些稳定的氧化膜固体所致，正是由于这种稳定氧化膜的形成，使零件光泽化。而平滑化可能是由金属离子或溶解生成物的扩散层导致的。

化学抛光是在不供电情况下产生抛光效果，其抛光原理与利用电流作用的电解抛光在本质上没有太大差别。化学抛光效果一般要比电解抛光效果差，在化学抛光中，由于材料的质量不均匀，会引起局部电位高低不一，产生局部阴阳极区，形成局部短路的微电池，使阳极发生局部溶解。而在电解抛光中由于外加电位的作用可以完全消除这种局部的阴极区，进行全面的电解，因此效果更好。

优缺点

优点

化学抛光的优点是化学抛光设备简单，不需要什么特殊设备，只需要一个盛抛光液的玻璃杯和夹持试样的夹子就可以了。如果用细薄磨料片切割的试样，切割后不需要砂纸磨光，即可直接抛光。有些非导体材料也可以用化学抛光，非导体嵌镶的试样也可以直接抛光。化学抛光也可以处理形状比较复杂的零件。

缺点

1、化学抛光的质量不如电解抛光。

2、化学抛光所用溶液的调整和再生比较困难，在应用上受到限制。

3、化学抛光操作过程中，硝酸散发出大量黄棕色有害气体，对环境污染非常严重。

4、抛光溶液的使用寿命短，溶液浓度的调节和再生比较困难。

主要用途

化学抛光主要用不锈钢、铜及铜合金等。化学抛光对钢铁零件，尤其是低碳钢有较好的抛光效果，所以对于一些机械抛光时较为困难的钢铁零件，可采用化学抛光。

实验室操作步骤

1：试样准备：试样经精磨光后清洗。

2：配置化学抛光溶液。化学抛光溶液应在烧杯中调配，根据试样材料选择化学抛光液配方，配溶液时应用蒸馏水，药品用化学纯试剂。某些不易溶于水的药品需要加热溶液才能溶解。过氧化氢和氢氟酸腐蚀性很强，调配时需注意安全。化学抛光溶液经使用之后，溶液内金属离子增多，抛光作用减弱，如果发现作用缓慢，气泡减少，应更换新药液。

3：试样用竹夹或者木夹夹住浸入抛光液中，一边搅动并适时取出观察至达到抛光要求后取出。

4：化学抛光结束之后，试样应立即清洗、吹干。

工艺规范

为了保证化学抛光的效果，必须使金属表面溶解，并在表面上形成液体膜或固体膜。因此，金属的化学抛光液必须具有溶解金属的能力和形成保护膜的能力。化学抛光液的基本组成一般包括腐蚀剂、氧化剂、添加剂和水。腐蚀剂是主要成分，如果零件在溶液中不溶解，抛光就不能进行。氧化剂和添加剂可抑制腐蚀过程，使反应朝有利于抛光的方向进行。水对抛光液浓度起调节作用，便于反应产物的扩散。

用于金属溶解的成分主要是酸，其中用得较多的是硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、氢氟酸等，而对于铝那样的两性金属，也可使用氢氧化钠。在这些酸中由于高浓度的磷酸和硫酸都有较高的黏度，可形成液体膜扩散层，故这种成分具有两种功能。这也是化学抛光液的组成中主要采用硫酸和磷酸的原因。为了提高黏度，使扩散层容易形成，也可加入明胶或甘油等能提高黏度的添加剂。为了促进固体膜形成，则需加入以硫酸或铬酐为主的强氧化剂。几种常用金属材料化学抛光的工艺规范如图2所示。

工艺条件控制

①温度。化学抛光时，溶解速度随着抛光液温度的提高而显著地增加。此外，强氧化性酸（如浓硝酸、浓硫酸等）在高温时氧化作用也会显著提高。在化学抛光时，由于这些酸的溶解和氧化作用会同时发生，故多数情况下都是把抛光液加热到较高温度再进行化学抛光。需要提高温度再进行化学抛光的金属有钢铁、镍、铅等，若温度低于某一定值，就会出现无光的腐蚀表面，故存在一个形成光泽面的临界温度，在临界温度以上的一定温度范围内，抛光效果最好。而这个温度范围又因溶液组成而异。如果高于这个温度范围，会形成点蚀、局部污点或斑点，使整个抛光效果降低。此外温度越高，金属表面的溶解损失也越大。

②抛光时间。要得到好的抛光效果，就需要花费一定的时间。若抛光时间太短，只能获得没有光泽的梨皮状表面。若时间过长，不仅溶解损失增大，而且加工表面会出现污点或斑点。因此存在着一个适当的时间范围，它受材料、抛光液的组成及抛光温度等因素的影响，通常难以预测，除用实验测定外，没有其他方法。化学抛光中往往产生氢气，这是抛光具有氢脆敏感性材料时必须注意的问题。另外，抛光液温度高达100～200℃时，还会产生退火作用。为了把氢脆和退火作用的影响减小到最低，就必须在最适宜的温度范围内选择尽可能短的抛光时间。

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