黄铜保持架的电抛光工艺

段欣生，陈蓉，侯万果，王子君

(洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

抛光是金属表面处理的常用方法之一，其目的是消除金属表面的细微不平，使表面具有镜面光泽。抛光主要分为机械抛光、化学抛光、电化学抛光等[1]。机械抛光的生产强度较大，化学抛光会产生大量NOx,SO2等有害气体, 而电化学抛光(又称电抛光或电解抛光)可以代替许多金属机械精加工工序，且不受工件尺寸、材料和形状等限制。电化学抛光通常所用的基础电解液主要由磷酸系、硫酸系、磷酸-硫酸系、磷酸-铬酐、硫酸-铬酐或磷酸-硫酸-铬酐，再配以各种添加剂组配而成[2]。电抛光时，工件接阳极，通电后工件表面会产生电阻率较高的稠性黏膜，其厚度在工件表面不均匀。表面微观凸出部分较薄，电流密度较大，金属溶解较快；表面微观下凹处较厚，电流密度较小，金属溶解较慢。由于稠性黏膜和电流密度分布的不均匀性，微观凸起部分尺寸减少较快，微观下凹处尺寸减少较慢，使工件表面粗糙度降低，从而达到抛光的目的。

铜及铜合金件的电抛光所用电解液大多为磷酸系水溶液，单一磷酸的水溶液已有电抛光效果，但稳定性和光亮性尚不能令人满意。黄铜保持架表面粗糙度影响轴承的旋转灵活性和振动值，从而影响轴承的使用寿命，因此，对黄铜保持架抛光后产品的表面光亮性和颜色一致性要求比较高。

1 工艺流程

1.1 前处理

黄铜保持架使用材料为H62铜-锌合金，杂质总和不大于0.5%。加工程序为黄铜板材，经剪切、冲压成形，如果保持架表面氧化皮较多，不符合抛光要求，则需要进行串光去除；表面较干净的保持架在去除油污和水分后可以直接进行抛光。

1.2 电抛光

抛光液的组成：磷酸 60%～65%，硫酸 6%～10%，钝化剂 4%～8%，光亮剂A 5%～8%，光亮剂B 8%～10%，蒸馏水余量。

(1)抛光工艺

配制抛光液→抛光液通电预处理→工件抛光→流动自来水漂洗→Na2CO3溶液中和残留的抛光液→蒸馏水漂洗→乙醇脱水→钝化处理→成品。

(2)工艺参数

温度：30 ℃以下，

电流密度：4～7 A/dm2,

抛光时间：5～10 min，阴极为铅板。

(3)抛光液预处理

新配制的抛光液需要在低电流(1～2 A/dm2)下通电处理2 h，使抛光液中各成分达到稳定状态，有利于提高抛光质量。

(4)钝化处理

钝化液成分为：苯骈三氮唑 4 g/L，苯甲酸1.5 g/L，乙醇(95%) 100 ml/L；钝化温度为50～60 ℃；钝化时间为1～5 min。

抛光后的黄铜保持架表面活性大，与空气中的氧气或腐蚀性介质接触后容易变色，钝化处理在工件表面生成一层致密膜层，表面更稳定。抛光前、后黄铜保持架外观如图1所示，周围黑色为抛光前保持架，中间为抛光及钝化处理后保持架。

图1 抛光前、后保持架外观

(5)保持架壁厚尺寸的控制

抛光过程严格按照加工工艺要求进行，以控制保持架的壁厚尺寸，如：降低抛光液温度、减小抛光的电流密度、减少抛光时间等。某型号黄铜保持架壁厚尺寸精度要求为±0.03 mm，抛光处理后经测量，壁厚尺寸变化为0.01～0.02 mm，满足了工艺要求。

2 影响抛光质量的因素

2.1 抛光液成分

(1)磷酸。磷酸为多元中强酸，是铜及铜合金电解抛光液的主要成分，其能在保持架表面附着形成稠性黏膜，有利于提高电解抛光效果[3]。磷酸含量高时，抛光液内部电阻增大，相同电压情况下，电流减小，保持架表面抛光速度慢；含量低时，抛光速度快，工件表面容易出现不均匀腐蚀。

(2)硫酸。硫酸的主要作用是提高溶液的电导率，另一方面，硫酸能促进工件表面的氧化层溶解。硫酸含量高时，工件表面容易出现腐蚀性麻点；含量低时，工件表面光亮性差。

(3)钝化剂。钝化剂在抛光液中能发生水解，生成酸根离子，并能使黄铜保持架表面生成钝化膜，降低抛光后工件的表面粗糙度值，并能防止工件在抛光液中产生过腐蚀。

(4)光亮剂。光亮剂A能还原溶液中的部分酸根离子，使溶液成分达到平衡；光亮剂B可以增加溶液的黏度，提高工件的光亮性。2种光亮剂都能对阳极溶解起到一定的缓蚀作用，有利于工件表面的整平，降低表面粗糙度值。

2.2 工艺条件

2.2.1 电流密度

在电抛光过程中，电流密度应控制在规定范围内，低于此范围，铜保持架表面会产生腐蚀，颜色发灰，得不到光亮效果；高于此范围，保持架表面有氧气析出，容易出现气孔、麻点或条纹，造成保持架表面粗糙，影响外观质量。

2.2.2 温度

铜保持架对温度比较敏感，在抛光过程中，如果抛光液温度或者保持架周围局部温度过高，都会导致工件表面有不均匀的红色斑点，影响抛光质量。所以铜保持架在电抛光过程中，要严格控制抛光液的温度。

2.2.3 时间

影响保持架抛光时间的因素比较多，如：黄铜保持架表面的初始状态，溶液的电流密度、温度和电解液成分等，共同决定工件的抛光时间。电抛光初始，工件表面整平速度快，随后逐渐减缓，如果抛光时间过长，工件表面的抛光质量不但不会提高反而会下降。总的来说，电流密度增大、温度升高，工件表面质量较好时，抛光时间应缩短。

2.2.4 工件的状态

抛光过程中工件的静止或运动状态，对最终的抛光质量有很大影响。如果工件静止，可能会使工件局部不光亮，出现过腐蚀等状况。工件移动一方面可以使工件表面附着的溶解物质快速扩散；另一方面可以让滞留在工件上的气体脱离，防止局部温度过高在工件表面产生不均匀的电腐蚀痕迹；再者可以使抛光液温度均匀，提高阳极电流密度，有利于改善工件表面质量。

黄铜保持架电抛光常见故障及排除方法见表1。

表1 黄铜保持架电抛光常见故障及排除方法

3 抛光液的维护和调整

(1)抛光前处理非常重要，如果工件表面的氧化皮较厚或含油较多，需要进行串光或除油处理。好的工件表面初始状态是获得良好抛光质量的基础。

(2)在抛光过程中，如果发现工件的抛光质量下降，需要测量抛光液的密度是否在规定范围(1.60～1.62 g/cm3)内。如果小于此值，需要加热去除水分；如果大于此值，需要加蒸馏水稀释。

(3)随着使用时间的增加，抛光液成分会不断改变，当工件的抛光质量不能满足要求时，就需要更换抛光液。可以保留约20%的旧抛光液，与新配制的抛光液混合均匀后，不需要预处理，就可以直接使用。

(4)抛光液在使用过程中，阴极表面会沉积一层从工件上剥离下来的金属杂质，与抛光液一起形成沉渣，影响抛光液的导电性，降低溶液的电流密度，使阴极与阳极的面积比发生变化，最终使工件的抛光质量下降，所以要经常清理阴极表面的沉淀物。

(5)铜保持架在抛光过程中要求使用蒸馏水，避免使用自来水，以避免活性氯离子的影响[4]。

(6)废液的处理。抛光液主要由混酸组成，报废后需要经过处理才能达到排放要求。处理过程为：废液从抛光槽转移到耐酸塑料容器中， 按1∶1的比例用自来水进行稀释，然后加入50%的碳酸钠溶液，搅拌中和，直至废液中没有气泡冒出，此时废酸被完全中和。经放置沉淀后，上层清液可以直接排放；下层沉淀物集中收集，按废渣进行处理。

4 结束语

设计的黄铜保持架电抛光工艺处理效果稳定，完全满足了保持架对抛光质量的要求，处理后的工件表面粗糙度改善；通过钝化处理，成功解决了保持架表面的变色问题，保持架的耐蚀性也得到提高。