【文章內(nèi)容簡介】 b. 電化學(xué)拋光、化學(xué)拋光 電化學(xué)拋光是金屬制品表面的陽極電化學(xué)浸蝕過程。在特定的溶液中進(jìn)行陽極電解 , 使金屬表面平滑并產(chǎn)生金屬光澤的工藝過程就稱為電化學(xué)拋光。電化學(xué)拋光時(shí) ,零件接陽極 , 通電時(shí)零件表面會(huì)產(chǎn)生電阻率高的稠性粘膜 , 其厚度在零件表面是不均勻的 , 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。由于稠性粘膜和電流密度分布的不均勻性 , 微觀凸出處尺寸減少快 , 微觀下凹處尺寸減少慢 , 使零件表面粗糙度降低 , 從而達(dá)到整平的目的。電化學(xué)拋光 , 除用于金屬表面精飾加工的預(yù)處理 ,還常作為金屬表面精飾加工的主要過程。 化學(xué)拋光是金屬制品表面在特定條件下的化學(xué)浸蝕過程。把零件放在合適的化學(xué)介質(zhì)中 , 利用化學(xué)介質(zhì)對(duì)金屬表面的尖峰區(qū)域溶解速度比凹谷區(qū)域溶解速度快的特點(diǎn) , 實(shí) 現(xiàn)材料表面的拋光 , 就稱為化學(xué)拋光 。化學(xué)拋光適合復(fù)雜形狀和各種尺寸的零件，生產(chǎn)效率高 [1]。 c．表面活化 由于稀硫酸溶液能使銅的氧化物很好地溶解而容易發(fā)生過腐蝕現(xiàn)象 , 因此 , 通常選用的活化液是采用 3%～ 5%的硫酸 或 5%～ 10%的硝酸 ，并在其浸 數(shù)分鐘 , 溫度 ： 30。xx：銅表面拋光、著色技術(shù)研究 4 C～ 70 。 C ， 其目的是出除去氧化膜，以保證著色層與金屬的牢固結(jié)合。 （ 2）銅和銅合金的著色方法有多種如化學(xué)著色法，電化學(xué)著色等，本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)著色法。 （ 3）后處理 著色后用濕布或毛刷擦拭 , 有利于除去著色過程中制 件表面上產(chǎn)生的沉渣及浮灰 ,使著色膜光亮美觀。由于著色膜薄 , 其耐候性及穩(wěn)定性差 , 表面涂覆一層有機(jī)清漆保護(hù)膜 , 提高著色效果。 銅及銅合金簡述 . 銅的物理性質(zhì) . 表 12 銅的主要力學(xué)性能參數(shù) 狀態(tài) σ /MPa σ Σ 1/MPa σ /MPa /% /% HB 退火 冷加工 240 450 70 380 90 120 110000 120200 50 6 75 35 45 120 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 銅合 金的種類及應(yīng)用 常用的銅合金分為黃銅﹑青銅﹑白銅 3大類，其特點(diǎn)如下： 黃銅 以鋅作主要添加元素的銅合金﹐具有美觀的黃色﹐統(tǒng)稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通 黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復(fù)雜黃銅。含鋅低于 36%的黃銅合金由固溶體組成﹐具有良好的冷加工性能﹐如含鋅 30%的黃銅常用來制作彈殼﹐俗稱彈殼黃銅或七三黃銅。 青銅 原指銅錫合金﹐后除黃銅﹑白銅以外的銅合金均稱青銅﹐并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能﹑減摩性能好和機(jī)械性能好﹐適合於制造軸承﹑蝸輪﹑齒輪等。鉛青銅是現(xiàn)代發(fā)動(dòng) 機(jī)和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強(qiáng)度高﹐耐磨性和耐蝕性好﹐用於鑄造高載荷的齒輪﹑軸套﹑船用螺旋槳等。 /和磷青銅的彈性極限高﹐導(dǎo)電性好﹐適於制造精密彈簧和電接觸元件 。 白銅 以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱普通白銅﹔加有錳﹑鐵﹑鋅﹑鋁等元素的白銅合金稱復(fù)雜白銅。工業(yè)用白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅兩大類。結(jié)構(gòu)白銅的特點(diǎn)是機(jī)械性能和耐蝕性好﹐色澤美觀。這種白銅廣泛用於制造精密機(jī)械﹑化工機(jī)械和船舶構(gòu)件。電工白銅一般有良好的熱電性能。錳銅﹑康銅﹑考銅是含錳量不同的錳白銅﹐是制造精密電工儀器﹑變阻器﹑精密電阻 ﹑應(yīng)變片﹑熱電偶等用的材料 。 課題的研究內(nèi)容及研究意義 課題的研究內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是銅表面拋光、著色技術(shù)研究。著色預(yù)處理過程主要包括銅表面打磨，機(jī)械拋光，堿洗工序和酸洗工序等方 面 。 預(yù)處理后進(jìn)行著色及后處理。本次試驗(yàn)的方案是按照預(yù)處理，著色及后處理的工藝流程來試驗(yàn)的，試驗(yàn)內(nèi)容是重點(diǎn)分析預(yù)處理各工序?qū)χЧ挠绊?。 課題的研究意義 銅的著色技術(shù)得到的各種工藝品一直是人們所喜愛的裝飾品和實(shí)用品。但銅及銅合金在大氣環(huán)境下性質(zhì)活潑 , 容易氧化產(chǎn)生銅銹 ,嚴(yán)重影響工藝品觀賞 性 ,因而對(duì)銅及合金進(jìn)行表面防腐裝飾處就理顯得非常必要。和金銀首飾不同 ,銅一般的采用轉(zhuǎn)化膜著色技術(shù)。著色是指金屬在特定介質(zhì)中采用化學(xué)或電化學(xué)方法使其表面生成帶色的膜層 , 或?qū)⒕哂幸欢ㄏ堵实难趸づc染色溶液中的顏料相互作用 , 使金屬表面呈現(xiàn)所需要的顏色。通過表面著色技術(shù) ,可以使銅得到黑色、古銅色、棕色、仿金色等高雅別致的流行色 , 有利于提高產(chǎn)品檔次 ,增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力。此外 ,在銅表面著色不僅有很裝飾作用 , 而且有很好的耐腐蝕、耐磨保護(hù)功能。 本章小結(jié) 本章介紹了 表面技術(shù)的定義，分類應(yīng)用，銅合金的現(xiàn) 今發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等 ， 同時(shí)介紹銅的物理性質(zhì)，銅合金的應(yīng)用范圍及本次 著色 實(shí)驗(yàn)的 著色理論依據(jù) 。 xx：銅表面拋光、著色技術(shù)研究 6 第 2 章 實(shí)驗(yàn)材料及方法 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備 原材料 拋光原材料：砂紙，拋光機(jī)，黃銅 著色原材料：黃銅 （ 10mm*10mm*55mm） ，銅片 實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑 （ 1） 堿洗所用化學(xué)試劑 NaOH Na2CO3 Na3PO4 5H2O Na2SiO3 圖 21 堿洗藥品 圖 (2) 酸洗所用化學(xué)試劑 H2SO3 HNO3 （ 3）著色所用化學(xué)試劑 a. 配方一所用化學(xué)試劑 H2SO3 SeO2 過硫酸銨 乙酸 聚丙烯酸鈉 圖 22 配方一藥品 圖 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 b. 配方二所用化學(xué)試劑 K2S NaOH 圖 23 配方二藥品 圖 c. 配方三所用化學(xué)試劑 K2S NH3Cl 圖 24 配方三藥品 圖 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 及儀器 圖 25 數(shù)顯恒溫水浴鍋 圖 圖 26 JB5 定時(shí)雙向數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 圖 xx：銅表面拋光、著色技術(shù)研究 8 圖 27 拋光機(jī) 圖 28 場發(fā)射掃描電子顯微鏡 圖 X 射線衍射儀， 電子天平 ， 燒杯 ， 玻璃棒 ， 繩子 ， 鑷子 ， 勺子 等 實(shí)驗(yàn)方法 工藝流程 圖 29 著色工藝流程 機(jī) 械打磨 化學(xué)除油 水洗 酸洗 水洗 著色 吹干 后處理 檢測及性能檢測 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 試樣的前處理 （ 1）砂紙打磨 將黃銅用不同型號(hào)的砂紙打磨（由于在購買黃銅時(shí)，黃銅表面上的銹跡及大部分夾雜物已被處理掉，故而不需 機(jī)械打磨 ） ，以使其表面光潔，無雜物及無劃痕等表面缺陷。將打磨后的黃銅用清水沖洗，然后用吹風(fēng)機(jī)將其干燥。 （ 2）化學(xué)除油 銅及其合金零件一般用堿性除油的方式，其目的要 是出去銅合金表面上的油污，保證在后續(xù)的著色能順利進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)采用堿性除油，其配方如下： NaOH 10～ 15g/L Ma2CO3 2～ 3 g/L 5～ 7 g/L Na2SiO3 ～ 1 g/L (3) 酸洗 由于黃銅經(jīng)除油后，在空氣中會(huì)很快生產(chǎn)一層很薄的氧化物薄膜，故而采用 3%～10%的硫酸溶液或 5%～ 10%的硝酸溶液對(duì)堿洗后的黃銅酸洗以去除黃銅表面上的氧化膜，以便于下一步著色。 （ 4） 水洗 將酸洗后的黃銅放在蒸餾水中把其表面上的酸液洗掉以免與下一步的著色液發(fā)生反應(yīng)從而影響著色效果。 著色 黃銅著古銅色主要是 通過化學(xué)反應(yīng)在其表面生成一層帶有黑色或深褐色的氧化膜，然后在將其洗凈，干燥以得到良好的效果。本實(shí)驗(yàn)使用硫化 處理和過硫化物處理來對(duì)其著色。 (過硫化物著色 )： H2SO3 5～ 10g/L CuSO45H 2O 25～ 40g/L SeO2 ～ 過硫酸銨 4～ 5g/L 乙酸 10～ 15g/L 聚丙烯酸鈉 0～ 2 g/L T 室溫 可稀釋至 2～ 3倍 PH2(硫酸調(diào) ) （硫化物著色）： K2S 3～ 20g/L NaOH 60g/L T 室溫 PH =14 xx：銅表面拋光、著色技術(shù)研究 10 （硫化物著色）： K2S 5～ NH4cl 20～ 200g/L t 數(shù)分鐘 后處理 著色后用濕布或毛刷擦拭，有利于除去著色過程中制件表面上產(chǎn)生的沉渣及浮灰，使著色膜光亮美觀。由于著色膜薄，其耐候性及穩(wěn)定性差，表面涂覆一層有機(jī)清漆保護(hù)膜，能提高著色效果 [1]。 著色預(yù)處理拋光工藝 金屬的化學(xué)拋光是金屬在特定條件下的一種腐蝕 ,其結(jié)果是使金屬獲得細(xì)致光亮的表面 ,為此 ,所用溶液 必須能抑制金屬由于表面狀態(tài)和結(jié)晶組織所制約的選擇性溶解 ,故溶液的性能選擇起著決定的作用。在常用的溶液中一般認(rèn)為 :一是在金屬與溶液的界 面間由溶液和腐蝕產(chǎn)物形成粘度較大的所謂粘膜層。當(dāng)本體溶液擴(kuò)散到金屬表面進(jìn)行腐蝕時(shí) ,由于粘膜的存在以及它對(duì)金屬表面微觀凹凸不平部分的阻礙不同 ,腐蝕的速度也不同。凸起部分粘膜薄 ,腐蝕速度較大 ,凹陷部分粘膜厚 ,腐蝕速度較小 ,因而使金屬表面得到整平或拋光。屬于這一類的溶液一般都含有粘度較大的磷酸以及能直接溶解銅的氧化性酸等的混合液 ,二是金屬表面被溶液的氧化劑氧化 ,生成一層完整、但并不 結(jié)實(shí)的氧化膜。由于金屬表面微觀不平的差異 ,凸處溶液的擴(kuò)散速度快 ,氧化膜的生成和溶解速度也快 。凹處氧化膜的生成和溶解慢從而使金屬表面達(dá)到整平或拋光 [2]。 各種試劑對(duì)拋光效果的影響 硫酸拋光效果主要作用是溶解工件上的氧化皮 ,硫酸含量過低時(shí) ,則去除氧化皮能力很差 ,含量過高時(shí) ,亮度低 ,表面發(fā)麻。所以 ,硫酸含量以 20 一 30ml 為宜 [3]。 另外，硫酸含量過高時(shí)會(huì)加速黃銅的腐蝕，所以要注意控制其含量 . 過氧化氫含量對(duì)拋光效果的影響 根據(jù)化學(xué)方程式 2H2O2=2H2O+O2↑ ,可知過氧化氫含量越大，生成的氧氣越多，越易與銅反應(yīng)生產(chǎn)黑色的氧化銅，但含量過多時(shí)能夠讓著色液的穩(wěn)定性下降從而影響溶液的穩(wěn)定性及銅表面的著色效果。 在酸一過氧化氫一脂肪醇