銅首飾的電化學拋光工藝研究

【摘要】本文通過設計實驗方案，研究了拋光液中磷酸與水的體積百分比、電流密度以及拋光時間對銅片拋光效果的影響，最后確定了銅首飾拋光液最佳組成和操作的工藝條件，并在銅首飾表面進行實驗。

【關鍵詞】電化學拋光；實驗；銅首飾

1.引言

近年來，隨著工業(yè)設備和產品不斷向精密化方向發(fā)展，傳統拋光方法很難滿足高精度的拋光要求。如何更有效地提高電化學拋光效率，降低表面粗糙度，一直是國內外學者的研究熱點。韋瑤[2]等對電化學拋光影響因素進行描述，陳世波等[3]比較了不銹鋼著色前的機械拋光、化學拋光、電化學拋光處理技術的優(yōu)缺點。

杜炳志等[1]對電化學拋光的原理、特點和影響電化學拋光效果的因素進行了介紹，并詳細綜述近年來電化學拋光技術的新進展。目前，銅及銅合金拋光工藝主要有化學拋光和電化學拋光兩種。

2.銅片拋光工藝的選擇與實驗設計

本次實驗所用的是電化學拋光。結合拋光工藝及實驗條件的限制，本實驗選用磷酸和水為主要組成的拋光液，其組成及工藝條件：H3PO4：200-800ml/L，水：200-800ml/L，Dk：5-20A/dm2，T：室溫，t：2-8min，陰極材料：不銹鋼片。

電化學拋光后的表面粗糙度主要由拋光前的表面質量和粗糙度決定，緞狀表面拋光成光亮表面是由時間、溫度、電流密度所控制，這三種因素的組合，會產生低反射或緞狀表面。采用延長時間、提高溫度、增加電流密度可獲得光亮表面。

實驗欲通過改變拋光液中磷酸與水的體積百分含量、電流密度和拋光時間，對拋光后的銅片表面粗糙度的影響，最后確定出電化學拋光液的最佳組成及操作工藝條件。

2.1 拋光液中磷酸濃度對拋光表面粗糙度影響

當電流密度為10A/dm2、拋光時間為4min時，研究拋光液中磷酸濃度對銅片拋光效果的影響。銅片表面粗糙度采用TR240便攜式粗糙儀來測定，方案如表1-1所示：

下圖1與粗糙度測試結果表明：當拋光液中磷酸濃度分別為200ml/L、400ml/L、600ml/L和800ml/L時，拋光后銅片表面的Ra（um）（輪廓的平均偏差）分別為0.186（1）、0.142（2）、0.196（3）、0.115（4），可以推斷銅片拋光液中當磷酸和水的體積百分比為8：2（H3PO4：800ml/L，水：200 ml/L）時，拋光后銅片表面光潔度較好。

表1磷酸濃度對拋光效果影響的實驗方案

標本號1234

H3PO4（ml/L）[變量]200400600800

水（ml/L）[變量]800600400200

Dk（A/dm2）[定量]10

t（min）[定量]4

2.2電流密度對拋光表面粗糙度影響

上述實驗結果表明，拋光時間4min為定量，H3PO4與水的百分比為8：2時拋光效果較好，則以時間為定量研究電流密度對表面粗糙度的影響。方案如表1-3所示：

表2電流密度對拋光效果影響實驗方案

標本號5678

Dk（A/dm2）[變量]5101520

水（ml/L）[定量]200

H3PO4（ml/L）[定量]800

t（min）[定量]4

粗糙度測試結果與圖2表明：當電流密度分別為5A/dm2、10A/dm2、15A/dm2和20A/dm2時，拋光后銅片表面的Ra（um）（輪廓的平均偏差）分別為0.247（5）、0.140（6）、0.303（7）和0.106（8），可推斷出當電流密度為20A/dm2時，拋光后的銅片表面光潔度較好。

2.3 拋光時間對拋光表面粗糙度的影響

當磷酸和水體積百分比為8：2、電流密度為20A/dm2的時，研究拋光時間對銅片拋光效果的影響，方案如表3-1所示：

表3 拋光時間對拋光效果影響的實驗方案

標本號9101112

t（min） [變量]2468

H3PO4（ml/L）[定量]800

水 （ml/L）[定量]200

Dk（A/dm2）[定量]20

圖3與粗糙度測試結果表明：當拋光時間t分別為2min、4min、6min和8min時，拋光后銅片表面的Ra（um）（輪廓的平均偏差）分別為0.903（9）、0.816（10）、0.596（11）和0.103（12），可以確定當電流密度、磷酸、水一定時，拋光時間t選擇在6～8min最好。當電流密度太小時，拋光時間長，工作效率低；電流密度太大，則陽極溶解過快易出現浸蝕。

實驗表明：電解拋光的時間的長短，與工件表面上陽極生成物的積累以及形成一定厚度的液體膜所需時間有關，如果在出現拋光效果后再增加拋光時間，反而會造成銅基體表面的過腐蝕。

3.結論

1.通過研究拋光液中磷酸與水的體積百分比、電流密度和拋光時間對銅片拋光表面粗糙度的影響，最后確定出了銅首飾電鍍前拋光溶液的最佳組成和操作的工藝條件：H3PO4：800ml/L，水：200ml/L，Dk：20A/dm2，t：6～8min，陰極材料：不銹鋼片，陽極：銅首飾。

2.利用上述拋光液拋光后銅首飾效果圖（右圖4）