抛光

抛光(polishing)是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。

先进制造技术已经是衡量一个国家经济发展的重要手段之一。许多发达国家都十分重视先进制造技术的发展和水平，将它作为本国的科技优先发展领域和高技术的实施重点。它能够对产品革新、扩大再生产和提高国际市场经济竞争能力带来巨大影响，成为当今世界各国发展国民经济的重要举措。

有关数据显示，工业化国家中有70%～80%的物质是制造业创造的，而先进制造技术能够通过不断对制造技术优化和创新，实现制造企业及其产品对动态多变市场的适应性和核心竞争能力的发展目标。因此先进制造技术已成为衡量一个国家综合实力和科技发展水平的重要标志。

作为先进制造技术的一个重要组成部分，抛光加工可以明显改善机件表面的粗糙度及装饰效果，并保持其精度的稳定性。随着制造业装备的进一步发展，将会对抛光加工技术提出更高的要求。

将金属当作阳极并放置在特殊的电解液中通电，电解后金属表面会因溶解而获得平滑化及光亮化的抛光面。这种方法就称为电解抛光或电化学抛光，简称电抛光。

电抛光起源于20世纪初，但第一个进行系统研究并导致实际应用的是在法国电话公司工作的Jacpuet。他于1930年发明了电抛光技术并获得了专利。他发现某些金属在浓的酸溶液中进行阳极处理，可以获得光亮的表面，如铜在浓磷酸中，镍和铝在浓醋酸和高氯酸混合液中，以及钼在浓硫酸中均可被抛光。这是由于在阳极表面上形成了“黏液层”的结果。

与机械抛光法相比，电化学抛光法可视为“后起之秀”。它具有更多的优点，应用范围也更广泛。许多机械抛光法无法进行的复杂零件，电抛光法却可以进行。大家知道，机械抛光是利用物理手段通过切削、变形和磨耗而使表面平滑或光亮，它会引起金属结晶破坏、变质而产生塑性变形层或贝尔比层，以及因局部加热而产生组织变化层。

机械抛光不仅会在金属表面造成扭曲或组织性、构造性的不规范，而且会在金属表面留下研磨材料或油脂等异物，必须进行特种除蜡处理，才能获得光亮清洁的表面。下表是电化学抛光同机械抛光法的比较。

电化学抛光是用廉价的电能代替化学抛光的氧化剂，溶液可以长期使用，不会产生化学抛光时常出现的污染气体和机械抛光时产生的粉尘，是一种安全、价廉且效果好的处理方法。它可以获得比化学抛光更加光亮，耐蚀性比机械抛光更好的表面。下表是电化学抛光同化学抛光的比较。

电化学抛光对电子制冷放射有抑制作用，这种性质在电子管制作上很有用处。此外，电化学抛光还可降低表面的接触电阻，增加透磁率等。因此，电化学抛光在仪器、仪表、日用品和工艺美术晶等制造业中广泛采用，也用于提高反射率、清除金属表面氧化物，改善其焊接性能，提高其耐蚀力，以及用于金相或表面微观结构的研究等方面。它适于钢铁、不锈钢、铝、锡、镍、钨、钛及其合金的表面精饰加工。采用电化学抛光法还可以使电镀过程实现完全自动化，因此有利于提高劳动生产率和连续生产。

1、激光抛光机理

当材料表面有激光束聚焦时，很短的时间内，在近表面区域有大量的热积累，这就会使材料表面温度迅速升高，当温度达到材料的熔点时，近表面层开始熔化，当温度继续升高达到材料的沸点时，近表面层就开始蒸发，而材料基体的温度基本保持在室温。

当以上物理变化过程主要为熔化时，因为材料表面熔化部分各处曲率半径的不同，使熔融的材料向曲率低(即曲率半径大)的地方流动，至各处的曲率趋于一致。同时，固态和液态临界处快速凝固，最终获得理想光滑的表面。

在这个过程中，如果材料处于熔融状态的时间过长的话，熔化层就会向深处扩展，材料的整体外观和机械性能也会随之降低。因此，激光束和特定材料的相互作用必须产生一个高的温度梯度，促进材料快速加热和冷却，熔化极限，熔深和材料处于熔化状态的时间取决于入射光束和材料相互作用过程中不同的参数。当上述物理变化过程主要为蒸发时，激光抛光的实质就是去除材料表面一薄层物质。

2、激光抛光工艺特质与优势

激光抛光从使用温度方面可以简单分为热抛光和冷抛光，热抛光一般用连续长波长激光，通过熔化、蒸发等过程来去除材料表面的成分，但由于热效应温度梯度大，产生的热应力大，容易产生裂纹，抛光表面质量不是很好，通常用于粗抛光，多用于轴类、大型箱体的表面局部处理。

激光抛光在光学元件上的使用较为广泛，如蓝宝石，石英光纤等，对于表面大面积抛光激光是没有性能优势的，这是因为从理论上分析，辐照能量大面积作用在被抛工件上，就会减弱质量形成的维度间控制。

当通过基线辐射、光点间尺寸平衡，抛光作用被限制在熔化区以内，非常有效地降低了满足有限元内平滑条件的特征尺寸上限，因此激光脉冲参数、辐照内点尺寸及驻留时间的合理选择、扫描栅条的间距、熔化区的形态结构、温度梯度等都将最终决定被抛光去除量的多少。

这一工艺过程允许精确控制被抛光量。这样的工艺要求和实现途径，让工业制造在抛光领域大踏步地前进，在与目前传统的几类抛光方法相比，激光抛光有以下优点：

①非接触抛光对样品表面不会施加接触压力，脆性材料样品不易破裂;

②激光抛光基材面型要求不高，可进行多维度曲面抛光，尤其是局部小区域进行抛光;

③抛光精度较高，短波长短脉冲激光可达到纳米级抛光精度。

利用环形气囊抛光技术对工件进行抛光加工，工件表面材料去除的必要条件是环形气囊抛光磨头与工件表面相接触，并且工件表面受到环形气囊抛光磨头的压力。实现工件表面与抛光磨头受压接触的方式有两种：

一种是环形气囊提前充入一定压强的气体，将其安装在机床主轴上，调整工件与抛光磨头之间的间隙，从而使工件表面与抛光磨头相接触，接着使工件继续移向抛光磨头的方向，实现工件表面受到不同压力的效果;

另一种是将未充气的环形磨头安装在机床主轴上，使其与工件接触，然后利用气泵往环形气囊内充入不同压力值的气体，从而实现工件表面受到不同压力的效果。

由于压强值固定的环形气囊抛光头结构设计简单方便，因此实验平台采用第一种方式的环形气囊抛光磨头，其抛光原理示意图如下图所示，图中1为环形气囊抛光磨头，绕自身旋转，2为工件，绕自身轴线回转，抛光磨头轴线与工件轴线交于A点，两轴夹角为γ。

1-环形气囊抛光磨头;2-工件

抛光磨头与工件相互挤压并绕各自轴线旋转时，抛光磨头的环形表面在工件表面上抛光轨迹的包络面为一球面，从而实现工件的抛光。由上图可见，调整工件轴与抛光磨头的夹角γ，可抛光不同曲率半径的球面光学零件，当调整工件轴与抛光头的夹角γ为0°时，可实现平面光学零件抛光。

环形气囊抛光技术的抛光机理是被人们所普遍接受的Preston方程，由Preston方程可知材料的去除率为

α=KPV

式中：K为该模型中的Preston系数;P为抛光区内环形气囊对工件的压力;V为抛光区内气囊与工件表面的相对速度。抛光材料的去除受抛光粉直径、浓度、分布、压力和抛光布的微观结构以及相对速度等因素的影响。

在抛光过程中，抛光液中的微小抛光颗粒黏附在抛光布的外侧，并且受到环形气囊的压力而对工件表面产生较小的接触力，在工件与气囊的相对运动下，微小抛光颗粒不断地去除工件表面的微量材料，从而实现对工件表面的抛光。

抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成。不同的材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合各不相同。抛光粉的抛蚀率 ...[查看全部]

镜面抛光是运用机械、化学、电化学的作用，将需要加工的工件表面粗擦程度降低，从而使的工件表面光滑平整。镜面抛光工艺并不能够改变工件的尺寸和形状，镜面抛光的目的是为例光滑表面或者镜面光泽。

1、基体表面对镀覆层的影晌

金属基体的初始表面往往覆盖着氧化层、油层和普通沾污层，这些表层附着物妨碍电镀液或涂层与金属基体充分接触，影响着表面镀覆层的外观色泽、结晶粗细、致密性、结合力及均匀度等。只有去除这些附着物，露出金属的自然色泽和表面金相组织结构，镀覆层才能在其表面正常生成。

在表面处理过程中，金属基体表面的机加工纹路、毛刺、锈层、夹灰、结瘤及固体颗粒等必须清除干净，尽可能降低其表面粗糙度，确保工件表面光滑、平整。否则很难获得致密，孔隙率低，高平滑性的镀覆层。

在电镀过程中，基体表面与镀层是通过金属键结合，镀件表面粗糙度越低，其结合力越好;而在热喷涂陶资过程中，涂层与基体表面通过机械咬合作用结合，基体表面粗糙度越低，涂层表面越光滑，孔隙率越低，耐蚀性越高。

另一方面，基体表面的粗糙度越低，电镀时其表面真实电流密度较高，很容易达到金属的沉积电势，反之则不容易达到金属的沉积电势，在电镀过程中伴随有大量氢气的析出。

2、基体表面的整平机理

目前国内大部分制造商在辑轴类零件镜面抛光加工过程中，普遍采用非自由磨具机械法镜面抛光加工技术。

应用最为广泛的是干性磨轮镜面抛光法，有生产效率高，投入成本较低，适合批量性生产加工等特点，但粉尘和噪音均较大，镜面抛光精度及工件表面粗糙度较差，表面粗糙度最低为Ra0.045-0.070µm，外观呈镜面装饰效果;另一种为湿性砂带镜面抛光法，设备前期投入成本较高，生产过程无粉尘，噪音也较低，镜面抛光精度高，工件表面粗糙度最低为Ra0.001~0.005µm，外观呈超镜面装饰效果，但生产效率较低，适合高精度、小批量生产。

干式镜面抛

抛光打蜡是通过研磨蜡及抛光机去除车漆表面划痕及粗糙不平部位的一种方法，抛光打蜡可将漆面老化的漆膜研磨掉，使新的漆膜产生，恢复亮丽。

抛光主要是为了增加漆膜的光泽度与平滑度，消除涂面的粗粒、轻微流痕、泛白、橘皮、细微砂纸痕迹、划痕以及泛色层等漆膜表面细小的缺陷。汽车漆膜经过抛光后，一般均需在其表面打蜡。蜡质在漆膜表面干燥后会形成一层薄的保护膜，该保护膜可以反射阳光中的紫外线，降低对漆膜的破坏。

抛光剂：

抛光所使用的材料主要是由大小均匀的细微砂粒组成。其形态有粉末状、软膏状(不流动)和稀泥浆状(流动)。

根据组成有纯微细砂粒粉末;有硅藻土、矿物油、蜡、乳化剂、溶剂混合而成的软膏;有微细砂粒与蜡、硅氧烷和溶剂组成的混合液，以及不断涌现的含还原剂、去污剂和釉剂，而不含蜡、硅氧烷的新型高质量抛光剂。按抛光剂材料颗粒大小大致可分为粗、中等细度和超微粒子。

车蜡：

有一种含研磨剂的蜡，该蜡为黏稠的乳状物，内含抛光剂和蜡，具有抛光和上蜡的双重功能，可消除漆膜表面泛色、轻微划痕及抛光后产生的光环，是一种抛光、上蜡二合一的用品，既可作为抛光使用，也可作为上蜡使用。

此品虽有上蜡的效果，但保持时间不长，一般应再涂一层高质量的蜡。该品种简化抛光、上蜡的多道工序，适用于车辆上光，不能用于重新喷涂部位的抛光处理，以防新喷湿膜上产生缩孔。

要得到高质量的涂面，除了涂料本身质量及正确的施工方法，掌握正确的抛光打蜡工艺是增加漆膜美观的重要一环。抛光剂、车蜡的种类很多，性能各异，只有根据涂面状况和使用环境来正确选用抛光剂和车蜡，才能取得最佳效果。

一、抛光工艺

1、整车抛光工艺

整车抛光既有旧车涂面翻新抛光，也有新喷涂面抛光。对于新喷涂面，抛光应在漆膜实干后进行;对于挥发性涂料，则在喷涂后8～16h进行。双组份涂料应在喷涂后，经过60℃下烤干35min

研磨抛光，是一种表面加工工艺，有获得所需尺寸及表面质量的作用。抛光即利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。研磨是利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。

研磨抛光工艺由工件、加工液、磨粒和抛光盘四部分构成。

1、工件：抛光的目的是休整工件，随着横向尺寸和深度的变化可能会导致工件成分和材料特性的变化。由于磨粒方位、相变和材料的不同将导致横向尺寸的变化，长度尺寸从纳米级到微米级再到毫米级。而由于加工条件或抛光工艺不同，也可能导致高度在加工过程中发生变化。

2、加工液：化学成分和物理特性决定加工液特性。加工液的化学成分包括水(碳氢化合物)和非水流体(酒精)等。

3、磨粒：在液浆中磨粒的作用是从工件表面机械地去除材料。磨粒的化学成分、尺寸、形状和浓度对磨粒影响显著。根据化学成分不同，磨粒包括金刚石、CBN、硅石、氧化铝、二氧化铈等。

4、抛光盘：抛光盘在磨粒和工件之间施加相对运动并影响抛光液和金属屑的传输。抛光盘对于修正工件很重要,其特殊结构将影响去除率。最简单的抛光盘是刚性盘,如铸铁和其它金属盘等。金属抛光盘通常敷有沥青或其它不同的“衬料”、“衬垫”。

1、材料

尼龙材料重量轻、组织细密均匀、质软和耐磨性好。尼龙又称聚酰胺，它是热塑性塑料的一种。机械强度比重势0.85～2.2，只有钢铁的1/8~1/4强度;弹性模量及屈服点都较高，伸长率较大，硬度HB为14～21;干摩擦系数μ为0.15~0.4。因此，尼龙不仅可以作为一般机械零件，而且还是一种理想的研磨工具材料。

磨料是研磨抛光时起磨削作用的主要材料。磨料的磨削特性取决于硬度、耐磨性、强度、韧性、颗粒大小与形状、化学稳定性及高温性能等。人造金刚石磨料具有很高的硬度，这是它研磨效率高的

抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成。不同的材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合各不相同。

抛光是光学零件加工中最重要的工序，它直接决定了光学零件的产品质量。抛光粉的选择又是抛光工作中的重要环节，鉴于目前光学玻璃的型号较多，而铈基抛光粉的生产厂家亦众多，抛光粉的生产方法和制备工艺路线也不同，很难找到普适性的抛光粉。

抛光粉的质量指标很多，如抛光粉的铈及杂质含量、抛光粉的粒度、硬度、密度、粉的抛蚀率、粉的悬浮性以及抛光粉浆料的流变性等等。一般而言，抛光粉的物理指标要比其化学指标更为重要。抛蚀率是抛光粉的一项重要指标(尽管许多精密的光学玻璃加工并不希望抛光粉有很高的抛蚀率)。

1、抛光粉浆料浓度与抛蚀率的关系

将抛光粉配制成不同浓度的浆料，对ZF6型光学玻璃抛光10min，结果见下图。

从上图可看出，抛蚀率随抛光粉浆料浓度的提高而有所提高，但并非浆料的浓度愈高抛蚀率愈高，当抛光粉浓度大于2%时抛蚀率并不随浓度升高而增大，这是因为抛光粉浓度达到2%时已经足以维持抛光所需要的抛光粉活性粒子。

2、抛光粉灼烧温度与抛蚀率的关系

下图表明，与有些文献报道不同的是，抛蚀率的最大值并不出现在700~800℃，其原因可能是抛光粉制备原料的来源不同以及化学成分不同。实际上，氧化铈在灼烧时随着灼烧温度的升高逐渐转化为面心立方体，温度愈高氧化铈结晶愈完全，晶粒的硬度越大，因而抛蚀率越高。

3、抛光体系的温度对抛蚀率的影响

抛光体系的温度对抛蚀率的影响见下图。

从上图可看出，抛光体系的温度对抛光粉抛蚀率的影响很大，当体系的温度上升时，抛光粉的抛蚀率急剧下降。这是因为，在抛光粉的水溶液存在下，玻璃表面产生以下水解反应：

Na2SiO3+2H2O=H2SiO3+2NaOH

BaSiO3+2H2O=H2SiO3+Ba