黃銅保持架的電拋光工藝

段欣生，陳蓉，侯萬果，王子君

(洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

拋光是金屬表面處理的常用方法之一，其目的是消除金屬表面的細微不平，使表面具有鏡面光澤。拋光主要分為機械拋光、化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光等[1]。機械拋光的生產(chǎn)強度較大，化學(xué)拋光會產(chǎn)生大量NOx,SO2等有害氣體, 而電化學(xué)拋光(又稱電拋光或電解拋光)可以代替許多金屬機械精加工工序，且不受工件尺寸、材料和形狀等限制。電化學(xué)拋光通常所用的基礎(chǔ)電解液主要由磷酸系、硫酸系、磷酸-硫酸系、磷酸-鉻酐、硫酸-鉻酐或磷酸-硫酸-鉻酐，再配以各種添加劑組配而成[2]。電拋光時，工件接陽極，通電后工件表面會產(chǎn)生電阻率較高的稠性黏膜，其厚度在工件表面不均勻。表面微觀凸出部分較薄，電流密度較大，金屬溶解較快；表面微觀下凹處較厚，電流密度較小，金屬溶解較慢。由于稠性黏膜和電流密度分布的不均勻性，微觀凸起部分尺寸減少較快，微觀下凹處尺寸減少較慢，使工件表面粗糙度降低，從而達到拋光的目的。

銅及銅合金件的電拋光所用電解液大多為磷酸系水溶液，單一磷酸的水溶液已有電拋光效果，但穩(wěn)定性和光亮性尚不能令人滿意。黃銅保持架表面粗糙度影響軸承的旋轉(zhuǎn)靈活性和振動值，從而影響軸承的使用壽命，因此，對黃銅保持架拋光后產(chǎn)品的表面光亮性和顏色一致性要求比較高。

1 工藝流程

1.1 前處理

黃銅保持架使用材料為H62銅-鋅合金，雜質(zhì)總和不大于0.5%。加工程序為黃銅板材，經(jīng)剪切、沖壓成形，如果保持架表面氧化皮較多，不符合拋光要求，則需要進行串光去除；表面較干凈的保持架在去除油污和水分后可以直接進行拋光。

1.2 電拋光

拋光液的組成：磷酸 60%～65%，硫酸 6%～10%，鈍化劑 4%～8%，光亮劑A 5%～8%，光亮劑B 8%～10%，蒸餾水余量。

(1)拋光工藝

配制拋光液→拋光液通電預(yù)處理→工件拋光→流動自來水漂洗→Na2CO3溶液中和殘留的拋光液→蒸餾水漂洗→乙醇脫水→鈍化處理→成品。

(2)工藝參數(shù)

溫度：30 ℃以下，

電流密度：4～7 A/dm2,

拋光時間：5～10 min，陰極為鉛板。

(3)拋光液預(yù)處理

新配制的拋光液需要在低電流(1～2 A/dm2)下通電處理2 h，使拋光液中各成分達到穩(wěn)定狀態(tài)，有利于提高拋光質(zhì)量。

(4)鈍化處理

鈍化液成分為：苯駢三氮唑 4 g/L，苯甲酸1.5 g/L，乙醇(95%) 100 ml/L；鈍化溫度為50～60 ℃；鈍化時間為1～5 min。

拋光后的黃銅保持架表面活性大，與空氣中的氧氣或腐蝕性介質(zhì)接觸后容易變色，鈍化處理在工件表面生成一層致密膜層，表面更穩(wěn)定。拋光前、后黃銅保持架外觀如圖1所示，周圍黑色為拋光前保持架，中間為拋光及鈍化處理后保持架。

圖1 拋光前、后保持架外觀

(5)保持架壁厚尺寸的控制

拋光過程嚴格按照加工工藝要求進行，以控制保持架的壁厚尺寸，如：降低拋光液溫度、減小拋光的電流密度、減少拋光時間等。某型號黃銅保持架壁厚尺寸精度要求為±0.03 mm，拋光處理后經(jīng)測量，壁厚尺寸變化為0.01～0.02 mm，滿足了工藝要求。

2 影響拋光質(zhì)量的因素

2.1 拋光液成分

(1)磷酸。磷酸為多元中強酸，是銅及銅合金電解拋光液的主要成分，其能在保持架表面附著形成稠性黏膜，有利于提高電解拋光效果[3]。磷酸含量高時，拋光液內(nèi)部電阻增大，相同電壓情況下，電流減小，保持架表面拋光速度慢；含量低時，拋光速度快，工件表面容易出現(xiàn)不均勻腐蝕。

(2)硫酸。硫酸的主要作用是提高溶液的電導(dǎo)率，另一方面，硫酸能促進工件表面的氧化層溶解。硫酸含量高時，工件表面容易出現(xiàn)腐蝕性麻點；含量低時，工件表面光亮性差。

(3)鈍化劑。鈍化劑在拋光液中能發(fā)生水解，生成酸根離子，并能使黃銅保持架表面生成鈍化膜，降低拋光后工件的表面粗糙度值，并能防止工件在拋光液中產(chǎn)生過腐蝕。

(4)光亮劑。光亮劑A能還原溶液中的部分酸根離子，使溶液成分達到平衡；光亮劑B可以增加溶液的黏度，提高工件的光亮性。2種光亮劑都能對陽極溶解起到一定的緩蝕作用，有利于工件表面的整平，降低表面粗糙度值。

2.2 工藝條件

2.2.1 電流密度

在電拋光過程中，電流密度應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)，低于此范圍，銅保持架表面會產(chǎn)生腐蝕，顏色發(fā)灰，得不到光亮效果；高于此范圍，保持架表面有氧氣析出，容易出現(xiàn)氣孔、麻點或條紋，造成保持架表面粗糙，影響外觀質(zhì)量。

2.2.2 溫度

銅保持架對溫度比較敏感，在拋光過程中，如果拋光液溫度或者保持架周圍局部溫度過高，都會導(dǎo)致工件表面有不均勻的紅色斑點，影響拋光質(zhì)量。所以銅保持架在電拋光過程中，要嚴格控制拋光液的溫度。

2.2.3 時間

影響保持架拋光時間的因素比較多，如：黃銅保持架表面的初始狀態(tài)，溶液的電流密度、溫度和電解液成分等，共同決定工件的拋光時間。電拋光初始，工件表面整平速度快，隨后逐漸減緩，如果拋光時間過長，工件表面的拋光質(zhì)量不但不會提高反而會下降。總的來說，電流密度增大、溫度升高，工件表面質(zhì)量較好時，拋光時間應(yīng)縮短。

2.2.4 工件的狀態(tài)

拋光過程中工件的靜止或運動狀態(tài)，對最終的拋光質(zhì)量有很大影響。如果工件靜止，可能會使工件局部不光亮，出現(xiàn)過腐蝕等狀況。工件移動一方面可以使工件表面附著的溶解物質(zhì)快速擴散；另一方面可以讓滯留在工件上的氣體脫離，防止局部溫度過高在工件表面產(chǎn)生不均勻的電腐蝕痕跡；再者可以使拋光液溫度均勻，提高陽極電流密度，有利于改善工件表面質(zhì)量。

黃銅保持架電拋光常見故障及排除方法見表1。

表1 黃銅保持架電拋光常見故障及排除方法

3 拋光液的維護和調(diào)整

(1)拋光前處理非常重要，如果工件表面的氧化皮較厚或含油較多，需要進行串光或除油處理。好的工件表面初始狀態(tài)是獲得良好拋光質(zhì)量的基礎(chǔ)。

(2)在拋光過程中，如果發(fā)現(xiàn)工件的拋光質(zhì)量下降，需要測量拋光液的密度是否在規(guī)定范圍(1.60～1.62 g/cm3)內(nèi)。如果小于此值，需要加熱去除水分；如果大于此值，需要加蒸餾水稀釋。

(3)隨著使用時間的增加，拋光液成分會不斷改變，當工件的拋光質(zhì)量不能滿足要求時，就需要更換拋光液。可以保留約20%的舊拋光液，與新配制的拋光液混合均勻后，不需要預(yù)處理，就可以直接使用。

(4)拋光液在使用過程中，陰極表面會沉積一層從工件上剝離下來的金屬雜質(zhì)，與拋光液一起形成沉渣，影響拋光液的導(dǎo)電性，降低溶液的電流密度，使陰極與陽極的面積比發(fā)生變化，最終使工件的拋光質(zhì)量下降，所以要經(jīng)常清理陰極表面的沉淀物。

(5)銅保持架在拋光過程中要求使用蒸餾水，避免使用自來水，以避免活性氯離子的影響[4]。

(6)廢液的處理。拋光液主要由混酸組成，報廢后需要經(jīng)過處理才能達到排放要求。處理過程為：廢液從拋光槽轉(zhuǎn)移到耐酸塑料容器中， 按1∶1的比例用自來水進行稀釋，然后加入50%的碳酸鈉溶液，攪拌中和，直至廢液中沒有氣泡冒出，此時廢酸被完全中和。經(jīng)放置沉淀后，上層清液可以直接排放；下層沉淀物集中收集，按廢渣進行處理。

4 結(jié)束語

設(shè)計的黃銅保持架電拋光工藝處理效果穩(wěn)定，完全滿足了保持架對拋光質(zhì)量的要求，處理后的工件表面粗糙度改善；通過鈍化處理，成功解決了保持架表面的變色問題，保持架的耐蝕性也得到提高。