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在不銹鋼、鋁及其合金、有色金屬以及黑色 金屬的精加工工業生產中,電拋光已成為不可 缺少的表面加工法之一。例如金屬制品和鍍層 表面的精修裝飾加工,使制品表面的光潔度達 到很高的等級,尤其對事先進行過機械拋光的 零件可以達到鏡面般光澤,這對照明用具等反 光器材的生產是必不可少的。切削工具采用電拋光可其表面的變形層,增加刀具工作面 的光潔度,改善切削工具的工作條件,延長使用 壽命,避免機械磨光和拋光后可能造成刀具表 面金相組織變形,硬度降低,甚至出現裂紋的弊 病。千分尺、游標尺、柱狀量規等計量工具經電 拋光處理后,可滿足計量工具所需要的極高光 潔度和準確度的要求。在醫療器械工業中,電 拋光是不銹鋼縫合針、外科手術器的磨刃的理 想加工方法。對一些特制設備,用電拋光可制 得拉拔方法難以得到的直徑為幾微米的表面光 潔度高的釷、鈮、鈾絲,且經長時間放置其金屬 光澤也不會變暗。電拋光在金相磨片的制備方面也得到廣泛應用。生產實踐證明,零件原始 光潔度低時,電拋光后一般能提高光潔度1~2 級;原始光潔度高時,可提高光潔度2~3級。 但電拋光技術尚存在一些不足,如迄今還未找 到可經久使用、價格便宜并能拋光多種金屬的 通用電解液,現有的一些電解液成本高、使用周 期短,而且再生困難。因此,目前它的應用范圍 受到一定的限制。
陰極面積/陽極面積 1.5:1 影響氧化膜質量的因素主要有:
①硫酸濃度:通常采用15%~20%。濃度升高,膜的溶解速度加大,膜的生長速度降低,膜的孔隙率高,吸附力強,富有彈性,染色性好(易于染深色),但硬度,耐磨性略差;而降低硫酸濃度,則氧化膜生長速度加快,膜的孔隙少,硬度高,耐磨性好。
所以,用于防護,裝飾及純裝飾加工時,多使用允許濃度的上限,即20%濃度的硫酸做電解液。
②電解液溫度:電解液溫度對氧化膜質量影響很大。溫度升高,膜的溶解速度加大,膜厚降低。當溫度為22~30℃時,所得到的膜是柔軟的,吸附能力好,但耐磨性相當差;當溫度大于30℃時,膜就變得疏松且不均勻,有時甚至不連續,且硬度低,因而失去使用價值;當溫度在10~20℃之間時,所生成的氧化膜多孔,吸附能力強,并富有彈性,適宜染色,但膜的硬度低,耐磨性差;當溫度低于10℃,氧化膜的厚度增大,硬度高,耐磨性好,但孔隙率較低。因此,生產時必須嚴格控制電解液的溫度。要制取厚而硬的氧化膜時,必須降低操作溫度,在氧化過程中采用壓縮空氣攪拌和比較低的溫度,通常在零度左右進行硬質氧化。
③電流密度:在一定限度內,電流密度升高,膜生長速度升高,氧化時間縮短,生成膜的孔隙多,易于著色,且硬度和耐磨性升高;電流密度過高,則會因焦耳熱的影響,使零件表面過熱和局部溶液溫度升高,膜的溶解速度升高,且有燒毀零件的可能;電流密度過低,則膜生長速度緩慢,但生成的膜較致密,硬度和耐磨性降低。
④氧化時間:氧化時間的選擇,取決于電解液濃度,溫度,陽極電流密度和所需要的膜厚。相同條件下,當電流密度恒定時,膜的生長速度與氧化時間成正比;但當膜生長到一定厚度時,由于膜電阻升高,影響導電能力,而且由于溫升,膜的溶解速度增大,所以膜的生長速度會逐漸降低,到后不再增加。
⑤攪拌和移動:可促使電解液對流,強化冷卻效果,保證溶液溫度的均勻性,不會造成因金屬局部升溫而導致氧化膜的質量下降。
⑥電解液中的雜質:在鋁陽極氧化所用電解液中可能存在的雜質有Clˉ,Fˉ,NO3ˉ,Cu2+,Al3+,Fe2+等。其中 Clˉ,Fˉ,NO3ˉ使膜的孔隙率增加,表面粗糙和疏松。若其含量超過極限值,甚至會使制件發生腐蝕穿孔(Clˉ應小于0.05g/L,Fˉ應小于0.01g/L);當電解液中Al3+含量超過一定值時,往往使工件表面出現白點或斑狀白塊,并使膜的吸附性能下降,染色困難(Al3+應小于20g/L);當Cu2+含量達0.02g/L時,氧化膜上會出現暗色條紋或黑色斑點;Si2+ 常以懸浮狀態存在于電解液中,使電解液微量混濁,以褐色粉狀物吸附于膜上。
⑦鋁合金成分:一般來說,鋁金屬中的其它元素使膜的質量下降,且得到的氧化膜沒有純鋁上得到的厚,硬度也低,不同成分的鋁合金,在進行陽極氧化處理時要注意不能同槽進行。
隨著鋁制品加工的發展,鋁制品表面處理的代表-陽極氧化越來越受到行業的關注。如蘋果推出的Iphone 6S:通過表面陽極氧化處理,既能得到很高的硬度,又能得到天空灰、玫瑰金等效果。
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采用電拋光獲得的表面亮度(陽極光澤)不同于研磨或機械拋光獲得的亮度。它無刻痕、不變形、無方向性且顯露出金屬的本色。由于表面幾何形狀是三維的,表面光滑度也有所不同,用普通的觸針型儀器測定是困難的且不準確。與一般的想法不同,表面光亮度不是表示光滑度。在適當的電拋光條件下,表面粗糙度(按微米測量)通常從66%下降到33%,但當微米值低于電拋光前時,改善的百分率也會相應下降。有時,由于不良冶金狀態或表面狀態,微米值不會下降,甚至有時會有所提高。這些冶金狀態和表面狀態在很大程度上決定理想的電拋光效果。產生不好效果主要的原因是:晶粒尺寸結構不均、非金屬夾雜物、定向軋輥痕跡、鹽類或氧化物污染、酸洗過度以及淬火過度。為獲得真正的反射性精飾表面所作的電拋光,微粒沉積物則是致關重要的。
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