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不锈钢电解抛光的原理

2019/7/18 14:34:23      点击:

  电解抛光(electro-polishing),也称做电抛光,是利用阳极在电解池中所产生的电化学溶解现象,使阳极上的微观凸起部分发生选择性溶解以形成平滑表面的方法。电解抛光的机理可分成两部分,相对比较明显的不平度的去除叫做宏观抛光或平滑化,微小的不平度去除叫做微观抛光或光泽化。

1.1宏观抛光

在不锈钢电解抛光液中,以被抛光件作为阳极,不溶性金属作为阴极,两极之间加上电压,逐渐增大电压时,对应于电压电流如图1所示。这条特征曲线(也称为Jacquet曲线)可分成3:AB段,随着电压的上升,电流也按比例增加:BC段,虽然电压升高,但电流保持不变;CD段,电流又随电压的上升而急剧增大,由此可见,在曲线的不同阶段,阳极金属的溶解特性会发生不同的变化。一般来说,电解抛光时选择的电流与电压应该位于BC段之间,BC段因而又称为抛光段。在BC段内,阳极的溶解速度高于电极界面附近离子的扩散速度,于是各种各样形式的金属离子逐渐积聚在阳极金属表面附近,在金属表面和电解液之间形成一层粘稠的液体膜—扩散层。在此扩散层中,由于浓度梯度的作用使金属离子向电解液中的扩散速度变成稳速,即出现随电压升高,电流不再随之增加的临界电流密度。

  这种扩散层就像图2(a)所示的那样,凹处的扩散层厚些,而凸处的扩散层较薄,因为扩散层越薄其浓度梯度越大,所以凸处部比凹部的扩散速度大,相应部位的金属溶解速度也快。人们把这种状态的扩散层叫做Jacquet层,液体的粘度越大,就越容易形成。Jacquet层的厚度一般为几十微米左右,因而对于表面粗糙程度与此厚度值相当的粗糙表面,可以产生选择性溶解,使之平滑化,也即起到宏观抛光的效果。Jacquet层的形成与电解液成分等因素密切相关。

1.2光泽度及微观抛光机理

光泽度是指抛光表面反射光的能力。理想的光滑表面能使光以等于入射角的角度反射离开,而无光泽的金属表面上入射光朝多个方向反射。散射的光越少,反射的光越多,光泽度就越高。通常认为,只有当抛光表面的不平度小于可见光的波长时,表面才能呈现出足够的光泽度‘”。在Jacquet层存在的条件下,电解抛光通常只发生平滑化而不出现光泽化。

因为抛光表面还存在1/101/1005m的不平度,主要是因为金属晶粒间界附近的结晶体不完整部分引起的,在微观抛光的情况下,不完整部分也被平滑化了,这时去除的微小不平度相当于光波长的范围。故抛光表面的光泽度大大提高。对于电解抛光来说,在某种条件下,被抛光件表面会出现一层极薄的固体膜,这层固体膜有利于产生光泽化的效果。这一点已被实验证实。这种固体膜成分主要为氧化物,但又不像一般由空气氧化物而生成的那种厚氧化膜。它非常薄,位于Jacquet层和金属表面之间,以大致相同的厚度分布。正是由于固体膜的存在,使得金属表面溶解时,结晶不完整的晶粒优先得到溶解,去除了抛光表面微观的不平度,从而使得被抛光表面变得非常平滑,能很好的反射光线,实现了光泽化。