CN115305561A - 一种金属表面抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属表面抛光方法，包括（1）配置抛光用清洗液；（2）以金属材料为阳极，浸泡于步骤（1）中的清洗液中，开启直流电源；（3）间歇；（4）开启毫秒脉冲电源；（5）间歇；（6）开启微秒脉冲电源和后处理步骤，获得的金属材料表面粗糙度，光泽度高。

Description

一种金属表面抛光方法

技术领域

本发明设计一种金属表面抛光方法，具体涉及铝合金表面清洁抛光领域。

技术背景

在自然界中，铝是含量最高的金属元素，占地壳含量的8.3，铝及铝合金产品具有比重小、导电导热性好、比强度高、耐高温、耐各种介质腐蚀、耐疲劳和对光和热的反射性能好等优点，是典型的轻合金材料，在民用领域、建筑领域、机械制造领域、科技领域、军事领域、电子电器领域、交通运输领域、航空航天领域和化学工业领域等都有广泛应用，科学技术和工业技术的不断发展，对铝及铝合金工件表面质量提出了更高的要求和标准，特别是对工件表面光泽度和平整性两个方面，因此要想使铝及铝合金工件能够满足工业生产和生活的使用标准，通常铝及铝合金工件表面要达到砂面或者镜面的装饰效果。

但是铝及铝合金硬度较低，耐磨性差，铝及铝合金材料在制造生产的时候对工件造成机械损伤，在铝及铝合金工件表面产生毛孔、擦伤、碰伤、划痕、磨损等缺陷。由于存在这些表面缺陷，极大地影响了铝及铝合金工件的美观和应用价值，使铝及铝合金工件表面平整性和光亮度降低，不仅如此，这些缺陷的存在特别影响工件的化学稳定性，对耐腐蚀性能的影响尤其明显，往往会在工件的表面缺陷处优先发生局部腐蚀，大大地缩短了工件的服役时间。因此，解决铝及铝合金制品表面缺陷问题是实现铝及铝合金工业继续发展的重中之重。为了消除这些表面缺陷，获得较高的表面光亮度和较好的装饰效果，通常对铝及铝合金工件进行表面处理。

根据不同的作用原理和工艺特性，抛光技术可分为机械抛光、电化学抛光(电解抛光)和化学抛光三类。表面抛光处理技术既可以作为铝及铝合金工件表面的最终处理，也可以是铝

及铝合金阳极氧化、电镀的前处理工序。每种抛光方法都有他们的优缺点，选择抛光方式不同，处理后铝及铝合金得到的抛光效果也不同，主要体现在抛光工艺，抛光成本、工件表面光洁度和对大气环境的影响四方面。

机械抛光是在外力作用下，使涂抹在抛光盘上的非常细小的抛光膏和待处理工件表面产生磨削和滚压，去除工件被加工面的凸起部分，使凹凸不平的表面变得平整光滑。但是在机械抛光过程中，工件表面受到挤压和热等因素的影响，会在工件表面形成新的晶体变形层，破坏了工件的表面结构，使抛光后的铝合金工件仍存在问题，达不到产品使用要求，比如抛光后工件表面光洁度不够，耐腐蚀性能差，容易产生应力腐蚀或晶界腐蚀。尽管机械抛光之后的工件表面可以获得足够的平整光亮，但是如果对这样的工件直接进行阳极氧化工艺，不能得到装饰效果优良的优质膜层。此外，机械抛光只能对一些外形结构简单的工件进行抛光处理，对于那些对工件表面性能要求较高的且形状复杂的装饰材料、精密部件和光学部

件，仅仅依靠机械抛光达不到工件所需的镜面反射率和表面平整度。

如CN105081941A公开了一种不锈钢储罐内壁机械抛光工艺，它包括如下几个步骤：

1）粗抛：采用60#~100#的金刚砂轮对工件表面进行磨削、磨光或研磨，用来出去表面的毛刺、划痕、锈痕、氧化皮、焊道余高、焊瘤、焊渣等，去除表面氧化层，露出金属光泽即可；

2）细抛：采用80#的金刚砂轮和千叶轮对经过粗抛的表面进一步加工，出去粗抛时留下的划痕，产生平滑至中等光亮的表面；

3）精抛：采用涂有抛光膏的240#~320#纤维轮和布轮对不锈钢储罐表面进行抛光，进一步降低不锈钢表面的粗糙度，达到微观平整的目的；

4）抛光检测：采用中心线平均值法进行检测，检测时将粗糙度检测仪在不锈钢储罐表面进行横向移动，记录峰谷变化幅度。

化学抛光和电化学抛光类似，都是依靠特殊的化学试剂的浸蚀作用对工件表面凹凸不平区域进行选择性溶解，在一定温度和时间的条件下，将表面的氧化层和晶体变形层浸蚀掉，消除表面磨痕、浸蚀整平的一种方法。化学抛光后的工件表面光泽度提高，表面粗糙度降低，化学稳定性提高、光和热的反射能力增强等。但是相较于电化学抛光，化学抛光投入的设备资金较少，不需要电源设备和相应的夹具，其设备简单，操作简单、生产效率高、能够有效处理细管、带有深孔、尺寸较小及形状复杂的零件。因为大部分铝及铝合金没有特殊要求的使用场合，只要满足日常工业和生活对表面光泽度和平整度要求的要求即可，使用化学抛光工艺处理完全足够。化学抛光适用的材料不只针对铝及铝合金制品，其他比如铜、镍、钛及其合金制品，甚至包括钢铁和银等工件，使用化学抛光或电化学抛光工艺都能提高材料表面的光洁度。

如CN102277575A公开了一种铝制品化学抛光液及其制备方法，涉及一种化学抛光液。提供一种不仅具有黄烟少、污染低、不含硝酸等优点，而且抛光质量可达到传统“三酸”工艺水平的硝酸盐改良“三酸”抛光工艺，可减轻氮氧化物释放引起环境污染的铝制品化学抛光液及其制备方法。其原料组成为硫酸、磷酸、硼酸、钝化剂、抑雾光亮剂、柠檬酸、酒石酸和水。具体步骤为将各固体原料加入到水中，溶解后，依次加入磷酸和硫酸，待溶液冷却后，转移至容量瓶中定容。使用方法：将铝制品化学抛光液加热至95～110℃；将干燥洁净的待抛光铝制品浸入铝制品化学抛光液中，处理30～100s后取出；将取出的待抛光铝制品浸入硝酸出光25～120s，清洗，即完成对铝制品的抛光。

电化学抛光(electrolytic polishing or electropolishing)又称电解抛光，是指在一定电解液中金属工件的阳极溶解，从而使它的表面粗糙度下降、光亮度提高，并产生一定金属光泽的表面光整技术。具体过程为：将待处理工件作为阳极，以不溶性金属为阴极(多采用铅板或不锈钢板)，然后把阴阳两极都放到电解槽液中，打开直流电源开始抛光，在抛光过程中对铝及铝合金工件表面有选择性的阳极溶解，获得光泽度较高、表面较平整的工件表面。电化学抛光技术已经有几十年的发展了，它可以在不改变工件本体性能的前提下改良金属表面的性质。在电化学抛光后金属和合金会变得更加平整、光洁、耐腐蚀性更强，这个过程是在溶解机械抛光产生的颗粒。

如CN110846710A公开了一种铜材料表面的电化学抛光方法，包括如下步骤：配制抛光溶液；将待抛光铜材料浸入抛光溶液中，开通电源进行抛光；其中，配制抛光溶液包括：根据要配制溶液的总体积计算各溶质的用量，溶质包括磷酸、丙三醇、硫脲和聚氧乙烯烷醇酰胺；根据计算结果，称取磷酸、丙三醇导入耐腐蚀容器中，加水至达到所述总体积，搅拌溶解得到第一中间溶液；根据计算结果，称取硫脲并加入到第一中间溶液中，搅拌溶解得到第二中间溶液；根据计算结果，量取聚氧乙烯烷醇酰胺并加入到第二中间溶液中，搅拌均匀得到抛光溶液。本发明能使铜精密零件的表面粗糙度从Ra0.4μm提高至Ra0.2μm，以满足真空电子器件使用要求。

与化学抛光、机械抛光相比，电化学抛光有以下优点:(1)能够得到高的表面光洁度；(2)能够得到高的抛光精度；(3)操作环境好，金属损耗小；(4)能量消耗少；(5)可加工任何形状和尺寸的工件；(6)抛光速度与金属的物理机械性能无关；(7)能大幅度提高生产效率；(g)能改善金属零件表面的物理机械性质、物理化学性质和使用性能；(9)掌握操作技术较为容易；(10)应用范围广泛。

发明内容

基于上述对于抛光的介绍，本发明提供一种金属表面抛光方法，以金属材料为阳极，浸泡于中的清洗液中所述清洗剂作为电化学抛光电解液，能够有效的对金属基材进行抛光处理，获得低粗糙度、高平整、耐腐蚀性、稳定性良好的金属表面。

一种金属表面抛光方法，包括如下步骤：

（1）配置抛光用清洗液；

（2）以金属材料为阳极，浸泡于步骤（1）中的清洗液中，开启直流电源；

（3）间歇；

（4）开启毫秒脉冲电源；

（5）间歇；

（6）开启微秒脉冲电源。

进一步的，步骤（2）的工艺参数：电流密度3-5A/cm²，抛光时间为5-7min，温度为20-25℃，极间距为15-20mm。

进一步的，步骤（3）的间歇参数：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200-300rpm，搅拌温度17-23℃，搅拌时间为2-3min。

进一步的，正向脉冲电流密度为2-3mA/cm²，正向脉冲宽为100-150ms，正向占空比为10-15%，脉冲数为5-10，反向脉冲电流密度为2-3mA/cm²，反向脉冲宽为150-170ms，反向占空比为10-15%，脉冲数为1，温度为20-25℃，时间为2-3min

进一步的，步骤（5）的间歇参数：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200-300rpm，搅拌温度17-23℃，搅拌时间为2-3min。

进一步的，步骤（6）的工艺参数：正向脉冲电流密度为1-2mA/cm²，正向脉冲宽为50-100μs，正向占空比为10-15%，反向脉冲数为10-15，反向脉冲电流密度为1-2mA/cm2，反向脉冲宽为50-100μs，反向占空比为10-15%，脉冲数为1，温度为13-15℃，时间为0.5-1min。

进一步的，所述清洗液由多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物和吡啶鎓盐类化合物组成。

进一步的，所述多元醇选自二丙二醇，丙三醇或丁二醇中的一种。

所述多元醇胺选自二异丙醇胺、三异丙醇胺或三乙醇胺中的一种。

所述巯基磺酰基离子型化合物选自噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠、二甲基二硫代羰基丙烷磺酸钠、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠中的一种。

吡啶鎓盐类化合物选自1-乙基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺，或3-(4-叔丁基1-吡啶基)丙磺酸盐，或3-(1-吡啶基) 丙磺酸盐中的一种。

进一步的，多元醇的含量为30-65vol.%，高氯酸的含量为3-5vol.%，所述多元醇胺的含量为10-15ml/L，所述巯基磺酰基离子型化合物的含量为3-5g/L，所述吡啶鎓盐类化合物为1.5-3g/L。

进一步的，所述金属为不锈钢、铝合金或钛合金，优选铝合金。

进一步的，所述清洗剂制备方法如下：

（1）将多元醇胺和多元醇混合，混合温度为5-10℃，并搅拌均匀；

（2）继续搅拌，并保持温度稳定，缓慢加入高氯酸，并搅拌均匀；

（3）继续搅拌，并同时加入巯基磺酰基离子型化合物和吡啶鎓盐类化合物，缓慢升温至常温后，继续搅拌1-2h，获得清洗剂。

以所述金属作为阳极，以惰性金属为阴极，清洗剂为电解液，在金属阳极和惰性金属阴极之间施加电源进行阳极金属的清洗；

所述清洗过程总结为：

（1）开启直流电源：电流密度3-5A/cm²，抛光时间为5-7min，温度为20-25℃，极间距为15-20mm；

（2）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200-300rpm，搅拌温度17-23℃，搅拌时间为2-3min。

（3）开启毫秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为2-3mA/cm²，正向脉冲宽为100-150ms，正向占空比为10-15%，脉冲数为5-10，反向脉冲电流密度为2-3mA/cm²，脉冲宽为150-170ms，反向占空比为10-15%，脉冲数为1，温度为20-25℃，时间为2-3min；

（4）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200-300rpm，搅拌温度17-23℃，搅拌时间为2-3min。

（5）开启微秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为1-2mA/cm²，正向脉冲宽为50-100μs，正向占空比为10-15%，脉冲数为10-15，反向脉冲电流密度为1-2mA/cm2，反向脉冲宽为50-100μs，反向占空比为10-15%，脉冲数为1，温度为13-15℃，时间为0.5-1min。

（6）后处理：关停电源、无水乙醇洗涤、惰性气氛吹扫烘干，惰性气氛为氮气或氩气，温度为35-40℃，时间为1-2h。

关于本发明的清洗液，其组成为多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物、吡啶鎓盐类化合物，余量使用去离子水，是标准的去离子水清洗体系，通常而言，抛光液的成分较为复杂，并且每种材料适用的抛光液种类不同，没有确定的配方，大多需要试验进行摸索，但其中含有组分的种类大致分为三部分，抛光基液、氧化剂以及各类添加剂，氧化剂为其中最重要的组分，电化学抛光液主要分三大类，分别是酸-酸体系，如浓硫酸-浓磷酸等组合；酸-醇体系，如浓硫酸-甲醇/乙醇等组合；醇-盐体系，如乙二醇-氯盐等组合。每种抛光液体系不可能满足所有的要求，都存在一定的优缺点，没有完全理想的抛光液体系。酸-酸体系，大多采用强酸、像浓硫酸、浓磷酸等，虽然抛光质量较好，抛光效率较高，但是腐蚀性较强，反应过程不易控制，并且使用过程容易发生危险。酸-醇体系，醇类一般易挥发，不易保存，且醇类与酸易反应生成脂类，操作过程对环境等要求较高。醇-盐体系，虽然大多数对环境没有污染，但由于腐蚀性、氧化性较低，造成抛光效率较低，生产成本较高，并且抛光过程对抛光装置等要求较高，本发明采用的主要是多元醇-高氯酸体系，高氯酸用作氧化剂，是抛光液中最重要的成分。它能够溶解金属合金，并生成可溶性盐类，还会在试件表面生成钝化膜。多元醇作为溶剂，溶解阳极生成的可溶性盐类，同时，它们所含有的羧基与羟基还能够起到缓蚀的作用，相比于甲醇等一元醇，本发明选用的溶剂为多元醇为二丙二醇，丙三醇或丁二醇中的一种，其中多元羟基显示出更好的缓释作用。

多元醇和多元醇胺同时加入，多元醇胺选自二异丙醇胺、三异丙醇胺或三乙醇胺中的一种，多元醇胺为弱碱性，可为络合剂或者为整平剂，可以在表面产生粘膜，吸附于表面，帮助抛光，使表面逐渐平整。

巯基磺酰基离子型化合物与吡啶鎓盐类化合物组成具有协同整平光亮技术效果，所述巯基磺酰基离子型化合物选自噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠、二甲基二硫代羰基丙烷磺酸钠、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠中的一种；吡啶鎓盐类化合物选自1-乙基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺，或3-(4-叔丁基1-吡啶基)丙磺酸盐，或3-(1-吡啶基) 丙磺酸盐中的一种，三种吡啶鎓盐结构式如下：

；

；

理论上金属抛光过程，浸在电解液中的金属在通电后，在阳极则失去电子，金属以离子的形式溶解在电解液中，反应式为Al→3Al³⁺+3e；这个过程中希望铝离子尽快的离开表面；之后金属失去电子后，OH-离子在电场力的作用下，做电迁移运动，造成局部大量的OH-离子聚集在金属阳极附近，发生水解沉积反应，即发生Al³⁺+3OH^-→Al(OH)₃，这个过程希望不发生水解，基于上述理论，本发明所述吡啶鎓盐类均有C=N结构，且为双性化合物，在电流条件下，阴离子一端会吸附于阳极表面，中和其中的阴离子，而抛光溶解过程中释放的金属离子，如铝离子会明显与含氮带正电形成排斥作用，加速Al³⁺金属离子由溶解金属表面进入电解液中，而排斥出的铝离子非常容易与水发生水解作用，进而形成氢氧化物颗粒，影响抛光效果，为了防止铝离子过量水解，进入溶液中的金属离子（Al³⁺）会与巯基磺酰基具中的C-S=O和N=C-S结合，所述官能团中未共用电子对填充在金属离子的空轨道中，实现与金属离子强吸附效果，进而避免金属的沉积，此外，巯基磺酰基离子型化合物与吡啶鎓盐类化合物具有丰富的环状结构，其吸附共轭效果显著，在表面形成粘膜结构，控制凸处快速腐蚀，凹处缓慢腐蚀，最终获得整平光亮效果，两者缺一不可，如果缺少吡啶鎓盐类，金属离子无法有效的移动扩散离开金属表面，如果缺少巯基磺酰基离子型化合物，金属离子无法有效的避免水解，如附图1和附图2所示。

本发明的清洗剂处理金属表面获得优异的表面处理效果的另一个重要原因是电化学的电解参数，现有技术中主要采用的电化学抛光电源为直流电源或者脉冲电源，鲜有先直流后脉冲的处理方式，更鲜有先毫秒级后微米级电化学处理工艺。

本发明将待处理的基材为阳极，加入上述制备过程制备获得的清洗剂，然后实施阳极电化学抛光，所述待处理金属为不锈钢、铝合金或钛合金，优选铝合金，所述金属可以进过各种表面预处理，包括但不限于除油脱脂、酸洗活化、喷砂、打磨、抛光等处理。

首先对基材进行直流电解抛光，在直流电解抛光初期，由于零件表面粗糙程度不一样，即金属表面的凹凸粗糙错落，电解液吸附于金属表面，并发生氧化反应，凸起部位所生成的粘性液膜，比凹洼处所生成的粘性液膜的厚度要小些，而且由于凸起处的粘性液膜受电力线的冲击和液体搅拌作用较大，再加上凸起处离阴极较近，电场强度大，依据尖端放电的原理容易失去电子，形成正电荷高度集中在凸起处。由于阳极周围的阴离子优先与凸起处的阳离子起作用，所以形成凸起处的金属溶解速度要比凹洼处快些。对于直流电解抛光而言，对于金属表面存在的明显的凹凸结构具有明显的，较为快速的平整效果，整个过程显得粗犷，快速，虽然精细不足，但是效率较快，如附图3所示。

直流电解条件：电流密度3-5A/cm²，抛光时间为5-7min，温度为20-25℃，极间距为15-20mm；其中，电流密度对直流电解抛光过程的影响最大，是抛光进行的能量源头。电流密度太大或太小，都会对抛光产生不利影响。电流密度太小时，抛光表面始终处于溶解阶段，表面粗糙度较大，没有金属光泽，抛光效果小。电流密度太大时，反应剧烈，产热较多，高氯酸的

氧化性随温度的升高而增强，表面材料蚀除较多，表面光亮度增强。同时阳极表面氧气析出增多，由于气体的搅动，表面会出现抛光不均匀、抛光过度现象。此外，电化学抛光时极间距离比电解加工时大，主要为了确保金属在抛光过程中溶解更加均匀，达到更优的抛光效果。极间距离太小时，反应物扩散不方便，抛光液温度升高较快，散热较差。极间距离太大时，电流密度减小，抛光效果不明显，最终最优化反应条件为电流密度3-5A/cm²，抛光时间为5-7min，温度为20-25℃，极间距为15-20mm，整体相比于脉冲电解而言，直流电解抛光的电流密度较大，时间较长，能够更为快速的获得平整表面。

通过直流电解抛光处理的金属表面的粗糙度大概为5-10μm，抛光精度明显不够，主要原因可能是直流电压恒定，抛光产物、热量排除困难，产物堆积在阳极表面，使工件表面粗糙度增大，进而导致表面质量很差。

然后进行脉冲处理：

（2）开启毫秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为2-3mA/cm²，正向脉冲宽为100-150ms，正向占空比为10-15%，脉冲数为5-10，反向脉冲电流密度为2-3mA/cm²，脉冲宽为150-170ms，反向占空比为10-15%，脉冲数为1，温度为20-25℃，时间为2-3min。

（3）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200-300rpm，搅拌温度17-23℃，搅拌时间为2-3min。

（4）开启微秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为1-2mA/cm²，正向脉冲宽为50-100μs，正向占空比为10-15%，脉冲数为10-15，反向脉冲电流密度为1-2mA/cm2，反向脉冲宽为50-100μs，反向占空比为10-15%，脉冲数为1，温度为13-15℃，时间为0.5-1min。

脉冲电流电化学抛光相对直流电化学抛光其抛光后的表面粗糙度有大幅度的降低，究其原因，理论上讲在通电瞬间，电极间隙内会产生压力波，由于压力波的作用，电极间隙内会产生气泡，阳极表面有腐蚀。在断电瞬间，气泡突然扩大合并，阳极产物被冲起卷走，这样就有效地降低了由于表面产物来不及排除造成的表面粗糙度变差的现象。一般脉冲电流脉宽越窄，频率越高，对流场改善越有利，因为脉宽越小，频率愈高，间隙中的电解液更新速度越快，而压力波的冲击效应也越明显，也就更利于表面质量的改善。

基于上述考虑，本发明采用周期换向脉冲电源，周期换向脉冲为在一组正向脉冲后增加一个或多个反向脉冲，可进一步加快阳极产物的迁移，进而获得高的抛光效果，在脉冲阶段，先使用相对较高的电流进行较长时间的毫秒级的阳极抛光，获得的金属表面粗糙度大约为400-600nm，然后使用相对较低的电流进行短时间的微秒级的阳极抛光，获得的金属表面粗糙度大约为50-150nm，相比于直接进行微秒级的周期换向脉冲电化学处理，获得同样抛光效果，能够缩短3/4抛光时间，抛光效果获得极大满足，抛光效果如附图4所示。

有益技术效果

（1）本发明通过有效的配置清洗液，尤其其中的巯基磺酰基离子型化合物与吡啶鎓盐类化合物，对金属表面处理的粗糙度、高平整、光泽度有直接影响。

（2）本发明通过直流+毫秒脉冲+微妙脉冲处理金属表面，在保证金属表面低粗糙度、高光泽、低腐蚀量的前提下，有效的减少了工时消耗，降低了损失量。

附图说明

附图1本发明对比例1处理后的铝合金图。

附图2本发明对比例2处理后的铝合金图。

附图3本发明对比例3处理后的铝合金图。

附图4本发明实施例2处理后的铝合金图。

具体实施方式

实施例1

一种金属表面抛光方法，首先配置抛光用清洗液，然后以待处理金属材料为阳极，浸泡于于清洗液中。

所述清洗剂由多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物、吡啶鎓盐类化合物组成，多元醇的含量为30vol.%，高氯酸的含量为3vol.%，所述多元醇胺的含量为10ml/L，所述巯基磺酰基离子型化合物的含量为3g/L，所述吡啶鎓盐类化合物为1.5g/L，余量去离子水。

所述多元醇选自二丙二醇。

所述多元醇胺选自二异丙醇胺。

所述巯基磺酰基离子型化合物选自噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠。

吡啶鎓盐类化合物选自3-(4-叔丁基1-吡啶基)丙磺酸盐。

以所述金属作为阳极，以惰性金属为阴极，清洗剂为电解液，在金属阳极和惰性金属阴极之间施加电源进行阳极金属的清洗。

所述清洗过程为：

（1）开启直流电源：电流密度3A/cm²，抛光时间为5min，温度为20℃，极间距为15mm。

（2）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200rpm，搅拌温度17℃，搅拌时间为2min。

（3）开启毫秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为2mA/cm²，正向脉冲宽为100ms，正向占空比为10%，脉冲数为5，反向脉冲电流密度为2mA/cm²，脉冲宽为150ms，反向占空比为10%，脉冲数为1，温度为20℃，时间为2min。

（4）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200rpm，搅拌温度17℃，搅拌时间为2min。

（5）开启微秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为1mA/cm²，正向脉冲宽为50μs，正向占空比为10%，脉冲数为10，反向脉冲电流密度为1mA/cm²，脉冲宽为50μs，正向占空比为10%，脉冲数为1，温度为13℃，时间为0.5min。

有后处理：关停电源、无水乙醇洗涤、惰性气氛吹扫烘干，惰性气氛为氮气或氩气，温度为35℃，时间为1h。

实施例2

一种金属表面抛光方法，首先配置抛光用清洗液，然后以待处理金属材料为阳极，浸泡于于清洗液中。

所述清洗剂由多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物、吡啶鎓盐类化合物组成，多元醇的含量为55vol.%，高氯酸的含量为4vol.%，所述多元醇胺的含量为12.5ml/L，所述巯基磺酰基离子型化合物的含量为4g/L，所述吡啶鎓盐类化合物为2g/L，余量去离子水。

所述多元醇选自丙三醇中的一种，。

所述多元醇胺选自三异丙醇胺中的一种。

所述巯基磺酰基离子型化合物选自二甲基二硫代羰基丙烷磺酸钠中的一种。

吡啶鎓盐类化合物选自1-乙基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺。

以所述金属作为阳极，以惰性金属为阴极，清洗剂为电解液，在金属阳极和惰性金属阴极之间施加电源进行阳极金属的清洗。

所述清洗过程为：

（1）开启直流电源：电流密度4A/cm²，抛光时间为6min，温度为23℃，极间距为17mm。

（2）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度250rpm，搅拌温度20℃，搅拌时间为2.5min。

（3）开启毫秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为2.5mA/cm²，正向脉冲宽为125ms，正向占空比为12.5%，脉冲数为8，反向脉冲电流密度为2.5mA/cm²，反向脉冲宽为160ms，反向占空比为12.5%，脉冲数为1，温度为23℃，时间为2.5min。

（4）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度250rpm，搅拌温度20℃，搅拌时间为2.5min。

（5）开启微秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为1.5mA/cm²，正向脉冲宽为75μs，正向占空比为12.5%，脉冲数为13，反向脉冲电流密度为1.5mA/cm2，反向脉冲宽为75μs，反向占空比为12.5%，脉冲数为1，温度为14℃，时间为0.75min。

有后处理：关停电源、无水乙醇洗涤、惰性气氛吹扫烘干，惰性气氛为氮气或氩气，温度为38℃，时间为1.5h。

实施例3

一种金属表面抛光方法，首先配置抛光用清洗液，然后以待处理金属材料为阳极，浸泡于于清洗液中。

所述清洗剂由多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物、吡啶鎓盐类化合物组成，多元醇的含量为65vol.%，高氯酸的含量为5vol.%，所述多元醇胺的含量为15ml/L，所述巯基磺酰基离子型化合物的含量为5g/L，所述吡啶鎓盐类化合物为3g/L，余量去离子水。

所述多元醇选自丁二醇中的一种。

所述多元醇胺选自三乙醇胺中的一种。

所述巯基磺酰基离子型化合物选3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠中的一种。

吡啶鎓盐类化合物选自3-(1-吡啶基) 丙磺酸盐中的一种。

以所述金属作为阳极，以惰性金属为阴极，清洗剂为电解液，在金属阳极和惰性金属阴极之间施加电源进行阳极金属的清洗；。

所述清洗过程为：

（1）开启直流电源：电流密度5A/cm²，抛光时间为7min，温度为25℃，极间距为20mm。

（2）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度300rpm，搅拌温度23℃，搅拌时间为3min。

（3）开启毫秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为3mA/cm²，正向脉冲宽为150ms，正向占空比为15%，脉冲数为10，反向脉冲电流密度为3mA/cm²，脉冲宽170ms，反向占空比为15%，脉冲数为1，温度为25℃，时间为3min。

（4）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200-300rpm，搅拌温度17-23℃，搅拌时间为2-3min。

（5）开启微秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为2mA/cm²，正向脉冲宽为100μs，正向占空比为15%，脉冲数为15，反向脉冲电流密度为2mA/cm2，反向脉冲宽为100μs，反向占空比为15%，脉冲数为1，温度为15℃，时间为1min。

有后处理：关停电源、无水乙醇洗涤、惰性气氛吹扫烘干，惰性气氛为氮气或氩气，温度为40℃，时间为2h。

对比例1

一种金属表面抛光方法，首先配置抛光用清洗液，然后以待处理金属材料为阳极，浸泡于于清洗液中。

所述清洗剂由多元醇、高氯酸、多元醇胺化合物组成，多元醇的含量为55vol.%，高氯酸的含量为4vol.%，所述多元醇胺的含量为12.5ml/L，余量去离子水。

所述多元醇选自丙三醇中的一种，。

所述多元醇胺选自三异丙醇胺中的一种。

所述巯基磺酰基离子型化合物选自二甲基二硫代羰基丙烷磺酸钠中的一种。

吡啶鎓盐类化合物选自1-乙基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺。

以所述金属作为阳极，以惰性金属为阴极，清洗剂为电解液，在金属阳极和惰性金属阴极之间施加电源进行阳极金属的清洗。

所述清洗过程为：

（1）开启直流电源：电流密度4A/cm²，抛光时间为6min，温度为23℃，极间距为17mm。

（2）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度250rpm，搅拌温度20℃，搅拌时间为2.5min。

（3）开启毫秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为2.5mA/cm²，正向脉冲宽为125ms，正向占空比为12.5%，脉冲数为8，反向脉冲电流密度为2.5mA/cm²，反向脉冲宽为160ms，反向占空比为12.5%，脉冲数为1，温度为23℃，时间为2.5min。

（4）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度250rpm，搅拌温度20℃，搅拌时间为2.5min。

（5）开启微秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为1.5mA/cm²，正向脉冲宽为75μs，正向占空比为12.5%，脉冲数为13，反向脉冲电流密度为1.5mA/cm2，反向脉冲宽为75μs，反向占空比为12.5%，脉冲数为1，温度为14℃，时间为0.75min。

有后处理：关停电源、无水乙醇洗涤、惰性气氛吹扫烘干，惰性气氛为氮气或氩气，温度为38℃，时间为1.5h。

对比例2

一种金属表面抛光方法，首先配置抛光用清洗液，然后以待处理金属材料为阳极，浸泡于于清洗液中。

所述清洗剂由多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物组成，多元醇的含量为55vol.%，高氯酸的含量为4vol.%，所述多元醇胺的含量为12.5ml/L，所述巯基磺酰基离子型化合物的含量为4g/L，余量去离子水。

所述多元醇选自丙三醇中的一种，。

所述多元醇胺选自三异丙醇胺中的一种。

所述巯基磺酰基离子型化合物选自二甲基二硫代羰基丙烷磺酸钠中的一种。

吡啶鎓盐类化合物选自1-乙基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺。

以所述金属作为阳极，以惰性金属为阴极，清洗剂为电解液，在金属阳极和惰性金属阴极之间施加电源进行阳极金属的清洗。

所述清洗过程为：

（1）开启直流电源：电流密度4A/cm²，抛光时间为6min，温度为23℃，极间距为17mm。

（2）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度250rpm，搅拌温度20℃，搅拌时间为2.5min。

（3）开启毫秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为2.5mA/cm²，正向脉冲宽为125ms，正向占空比为12.5%，脉冲数为8，反向脉冲电流密度为2.5mA/cm²，反向脉冲宽为160ms，反向占空比为12.5%，脉冲数为1，温度为23℃，时间为2.5min。

（4）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度250rpm，搅拌温度20℃，搅拌时间为2.5min。

（5）开启微秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为1.5mA/cm²，正向脉冲宽为75μs，正向占空比为12.5%，脉冲数为13，反向脉冲电流密度为1.5mA/cm2，反向脉冲宽为75μs，反向占空比为12.5%，脉冲数为1，温度为14℃，时间为0.75min。

有后处理：关停电源、无水乙醇洗涤、惰性气氛吹扫烘干，惰性气氛为氮气或氩气，温度为38℃，时间为1.5h。

对比例3

一种金属表面抛光方法，首先配置抛光用清洗液，然后以待处理金属材料为阳极，浸泡于于清洗液中。

所述清洗剂由多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物、吡啶鎓盐类化合物组成，多元醇的含量为55vol.%，高氯酸的含量为4vol.%，所述多元醇胺的含量为12.5ml/L，所述巯基磺酰基离子型化合物的含量为4g/L，所述吡啶鎓盐类化合物为2g/L，余量去离子水。

所述多元醇选自丙三醇中的一种，。

所述多元醇胺选自三异丙醇胺中的一种。

所述巯基磺酰基离子型化合物选自二甲基二硫代羰基丙烷磺酸钠中的一种。

吡啶鎓盐类化合物选自1-乙基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺。

以所述金属作为阳极，以惰性金属为阴极，清洗剂为电解液，在金属阳极和惰性金属阴极之间施加电源进行阳极金属的清洗。

所述清洗过程为：

（1）开启直流电源：电流密度4A/cm²，抛光时间为10min，温度为23℃，极间距为17mm。

（2）后处理：关停电源、无水乙醇洗涤、惰性气氛吹扫烘干，惰性气氛为氮气或氩气，温度为38℃，时间为1.5h。

对比例4

一种金属表面抛光方法，首先配置抛光用清洗液，然后以待处理金属材料为阳极，浸泡于于清洗液中。

所述清洗剂由多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物、吡啶鎓盐类化合物组成，多元醇的含量为55vol.%，高氯酸的含量为4vol.%，所述多元醇胺的含量为12.5ml/L，所述巯基磺酰基离子型化合物的含量为4g/L，所述吡啶鎓盐类化合物为2g/L，余量去离子水。

所述多元醇选自丙三醇中的一种，。

所述多元醇胺选自三异丙醇胺中的一种。

所述巯基磺酰基离子型化合物选自二甲基二硫代羰基丙烷磺酸钠中的一种。

吡啶鎓盐类化合物选自1-乙基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺。

以所述金属作为阳极，以惰性金属为阴极，清洗剂为电解液，在金属阳极和惰性金属阴极之间施加电源进行阳极金属的清洗。

所述清洗过程为：

（1）开启毫秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为2.5mA/cm²，正向脉冲宽为125ms，正向占空比为12.5%，脉冲数为8，反向脉冲电流密度为2.5mA/cm²，反向脉冲宽为160ms，反向占空比为12.5%，脉冲数为1，温度为23℃，时间为13min。

（2）间歇步骤：关停电源，开启搅拌，搅拌速度250rpm，搅拌温度20℃，搅拌时间为2.5min。

（3）开启微秒脉冲电源：正向脉冲电流密度为1.5mA/cm²，正向脉冲宽为75μs，正向占空比为12.5%，脉冲数为13，反向脉冲电流密度为1.5mA/cm2，反向脉冲宽为75μs，反向占空比为12.5%，脉冲数为1，温度为14℃，时间为7.4min。

后处理：关停电源、无水乙醇洗涤、惰性气氛吹扫烘干，惰性气氛为氮气或氩气，温度为38℃，时间为1.5h。

表面粗糙度：通过RSE3000表面粗糙度仪在试样表面分别选择3个不同的区域进行检测,将所测得的3块区域的粗糙度取平均值作为试验结果。

表面关泽度：以铝材为试样，检测选择45^o反射角，以GB8807-88为标准测量试样表面光泽度测试。

表1

如上表所示，本发明实施例2通过基液+巯基磺酰+吡啶鎓盐，获得的铝合金表面的粗糙度为53nm，光泽度为81.3%，产品的腐蚀量小，相比而言，在同样电解参数条件下，如果改变电解液，如对比例1中删除巯基磺酰+吡啶鎓盐，对比例2中删除吡啶鎓盐，可以看出，电解液对产品的关泽度和粗糙度产生明显的影响，为十倍数量级，主要是所述添加剂对于生成的氧化颗粒在电镀液中迁移和扩散造成明显的影响。对比例3-4是电解液相同，电解参数不同，如果仅仅使用直流电解，抛光度和光泽度无法满足工业低粗糙度、高金属光泽的需求。相比于直接进行脉冲处理，对比例3的毫秒和微妙脉冲时间可调，通过调节对比例3的时间参数，获得与实施例2一致的表面粗糙度效果。，虽然都能获得高的镜面效果，但是其用时、损失消耗、设备负担明显高于本发明实施例2。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种金属表面抛光方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）配置抛光用清洗液；

（2）以金属材料为阳极，浸泡于步骤（1）中的清洗液中，开启直流电源；

（3）间歇；

（4）开启毫秒脉冲电源；

（5）间歇；

（6）开启微秒脉冲电源。

2.如权利要求1所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于步骤（2）的工艺参数：电流密度3-5A/cm²，抛光时间为5-7min，温度为20-25℃，极间距为15-20mm。

3.如权利要求1所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于步骤（3）的间歇参数：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200-300rpm，搅拌温度17-23℃，搅拌时间为2-3min。

4.如权利要求1所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于正向脉冲电流密度为2-3mA/cm²，正向脉冲宽为100-150ms，正向占空比为10-15%，脉冲数为5-10，反向脉冲电流密度为2-3mA/cm²，反向脉冲宽为150-170ms，反向占空比为10-15%，脉冲数为1，温度为20-25℃，时间为2-3min

如权利要求1所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于步骤（5）的间歇参数：关停电源，开启搅拌，搅拌速度200-300rpm，搅拌温度17-23℃，搅拌时间为2-3min。

5.如权利要求1所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于步骤（6）的工艺参数：正向脉冲电流密度为1-2mA/cm²，正向脉冲宽为50-100μs，正向占空比为10-15%，反向脉冲数为10-15，反向脉冲电流密度为1-2mA/cm2，反向脉冲宽为50-100μs，反向占空比为10-15%，脉冲数为1，温度为13-15℃，时间为0.5-1min。

6.如权利要求1所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于所述清洗液由多元醇、高氯酸、多元醇胺、巯基磺酰基离子型化合物和吡啶鎓盐类化合物组成。

7.如权利要求7所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于所述多元醇选自二丙二醇，丙三醇或丁二醇中的一种，

所述多元醇胺选自二异丙醇胺、三异丙醇胺或三乙醇胺中的一种

所述巯基磺酰基离子型化合物选自噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠、二甲基二硫代羰基丙烷磺酸钠、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠中的一种；

吡啶鎓盐类化合物选自1-乙基-3-甲基吡啶鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺，或3-(4-叔丁基1-吡啶基)丙磺酸盐，或3-(1-吡啶基) 丙磺酸盐中的一种。

8.如权利要求7所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于多元醇的含量为30-65vol.%，高氯酸的含量为3-5vol.%，所述多元醇胺的含量为10-15ml/L，所述巯基磺酰基离子型化合物的含量为3-5g/L，所述吡啶鎓盐类化合物为1.5-3g/L。

9.如权利要求1所述的一种金属表面抛光方法，其特征在于所述金属为不锈钢、铝合金或钛合金，优选铝合金。

Images