铜及铜合金硝酸及其盐系列化学抛光液中各组分的作用
2.4硝酸及其盐系列化学抛光液中各组分的作用
2.4.1 硝酸及其盐的作用
硝酸是一种强氧化剂。在进行氧化反应时，它被还原的程度，与本身的质量分数有很大的关系。酸愈稀，被还原的程度愈深。浓硝酸与铜反应时，硝酸总是被还原为N02，而稀硝酸常被还原为N0，因此，黄烟( N02)的数量、质量分数与抛光液中HNO，的含量有密切关系。但是硝酸质量分数降低后要获得光亮的表面，就得加入适当的添加剂或光亮剂。
将硝酸盐加入含其它酸的抛光液中，它可与其它酸反应而转变为硝酸。这种反应是平衡反应：
在低温时，K2S04和NaCl的溶解度较小，反应易向右进行;高温时，平衡则向左进行，硝酸盐无法迅速地全部转化为硝酸，这就是使用硝酸盐时反应较为温和的原因。
由于硝酸可将铜及铜合金氧化成硝酸铜，它可迅速溶于酸性抛光液中。因此，随着硝酸质量分数的升高，铜及铜合金的腐蚀溶解加快，腐蚀失重随硝酸质量分数几乎呈线性关系。但是金属表面的光亮度并不是随腐蚀失重的升高而线性上升，而是出现最高点。这表明，当抛光液中腐蚀溶解一定量的铜离子并可形成稳定的牯液膜时，才能获得最好的光亮度(或最高的反射率)。硝酸质量分数太高或太低(或铜离子质量分数太高或太低)对形成稳定的粘液膜均不利，因此抛光效果变差。这表明，对任何特定的化学抛光液而言，硝酸或硝酸盐的质量分数均应控制在一最佳范围内，这样才能获得最佳的抛光效果，绝不可简单地认为硝酸起增加光亮的作用，加得越多越好。
2.4.2硫酸的作用
硫酸在化学抛光液中主要有以下几种作用。
(1)溶解铜及其合金表面的氧化皮铜及其合金在大气中很容易发生变色反应，其外观逐渐变为红色、绿色或黑色，其变色情况，决定于周围条件。铜件在加工过程中，如受热温度超过80℃时，铜表面迅速被氧化而形成红色的氧化亚铜
( Cu20)。温度低于80℃时也会氧化，只不过氧化速度慢一些而已。当受热温度升高到200 qc以上时，铜的氧化加剧，表面生成棕黑色的氧化皮( Cu0+CL12 0)，温度更高时则形成黑色的氧化皮(Cu0)。受热温度越高，氧化皮越密，氧化皮的颜色愈深，也愈难除去。硫酸在化学抛光液中的一个重要作用，就是除去氧化皮。
铜在含有水蒸气和二氧化碳的环境中会形成绿色的碱式碳酸铜[ Cu2( OH)2C03]，它也可被硫酸溶解。
(2)与硝酸盐反应游寓出硝酸
(3)使溶解下来的铜离子以硫酸铜晶体(CuSO。.SH20)形式析出。
随着抛光的进行，抛光液中的铜离子会不断积累。当达到饱和时，即以CuSO。.5H20形式结晶出来，可以过滤除去。硫酸对纯铜的溶解是随硫酸含量的升高先下降后上升，而对黄铜的溶解则是先上升后下降，这可能是黄铜中饽的溶解性能不同而造成的。
(4)使溶解下来的铜离子形盛高粘度的粘液膜
在三酸抛光孩中，硫酸的质量分数均较高，它可明显提高抛光液的密度和粘度。它一方面容易与溶解下来的铜离子形成液膜，使凹人部位的粘液层或扩散层的厚度比凸出部位来得厚，因而凸出部位的溶解速度快，而凹入部位溶解速度慢，从而使金属表面获得整平和光亮。另一方面，在含表面活性剂的低硝酸型化学抛光液中，高粘度的溶液可以留存大量的气泡，使反应生成的气体变得细而密，并附着在金属表面上，有利于抛光表面变得更加光亮。
2.4.3 盐酸的作用
在许多铜及其合金的化学抛光液中，都要加入少量的盐酸或氯离子，这样才能提高抛光表面的整平性和光亮度。至于它的作用机理，目前尚无人进行深入的研究。笔者认为可能是由于铜在化学溶解过程中先是形成一价铜离子(Cu+)，然后再形成二价铜离子(Cu2+).一定量CI-的存在，可在抛光表面上形成一层溶解度很小的氯化亚铜钝化膜。根据抛光的双层膜理论，粘液膜起的是宏观的整平作用，只有固体膜才有微观整平(或光亮)作用。因此，这种固体的CuCl盐膜有利于抛光面的微观整平，故可以提高抛光面的亮度。三酸抛光时，铜表面是否有CuCI固体盐膜存在，尚待进一步证实。
2.4.4硝酸盐的作用
硝酸盐的作用主要是与硫酸反应并游离出硝酸。实践证明，当硝酸盐过少时，抛光后的制件表面发红。反之，过多的硝酸盐，又会使抛光后的制件表面形成一层金黄色不均匀的氧化膜，且会产生较多的氮氧化物气体，对环境有严重污染。显然硝酸盐的含量适当与否，会直接影响溶液的抛光能力。好在它的适宜范围较宽。使用硝酸盐的好处，是硝酸盐的化学稳定性强于硝酸，对人的皮肤无直接腐蚀作用，它本身为中性盐，对环境无污染，因此，工人操作比较安全。
2.4.5光亮剂的作用
所谓光亮剂，就是能够使金属表面不均匀的化学腐蚀转变为有规律的溶解，并能够使金属表面达到一定光亮度的物质。常用的光亮剂主要是缓蚀剂和表面活性剂两类。
(1)缓蚀剂
低硝酸型化学抛光液的光亮剂大多数由缓蚀剂和表面活性剂组成。缓蚀剂是指一种在很低质量浓度(一般小于5 g/L)下，能明显减缓金属在腐蚀性介质中的腐蚀速度的物质。它的分子大多由两部分组成，一部分是容易被金属表面吸附的极性基团(含有N、O、P、S等元素)，另一部分是非极性基团，主要由碳氢结构组成。缓蚀剂的缓蚀机理可蹦用吸附理论、成膜理论及电极过程抑制理论米解释。缓蚀剂的缓蚀效果取决于缓蚀剂本身的结构、含量、pH、温度、抛光液的组成及被抛光材料的组成、结构和性质等因素。常用的缓蚀剂及其适用范围如表4所示。
表3常用缓蚀剂及其适用范围
缓蚀剂在化学抛光液中的作用主要有以下方面：防止制品抛光时产生过腐蚀或氢脆现象，提高化学批学液的增光作用，扩大抛光液的适用范围，部分缓蚀剂可减少有害氮氧化物的产生，改善操作条件，减少抛光液的无效消耗。
(2)表面活性剂
表面活性剂是化学抛光光亮剂的主要成份之一，它可以单独用作光亮剂，也可与缓蚀剂联合组成光亮剂。多数光亮剂都含有多种表面活性剂。表面活性剂本身具有吸咐、渗透、润湿、发泡、增调和缓蚀等作用。它作为光亮添加剂主要起以下作用：
(1)表面活性剂具有饭强的发泡作用，在化学抛光时可;X形成较厚的泡沫层：试验证明，在含有硝酸的化学抛光液中抛光铜与铜合金时，只要在零件表面形成泡沫层，就能获得光亮表面，而且泡沫层愈厚，愈密实，光亮度愈好。
(2)表面活性剂的泡沫层具有很强的抑雾作用，它可以阻止抛光时形成的氮氧化物逸出，或将它阻隔在泡沫内，使部分氮氧化物被抛光液吸收，或被液中的氮氧化物抑制剂吸收。
(3)有些表面活性剂容易在金属表面形成致密的吸附膜或钝化膜。根据抛光的双层膜理论，这种致密的钝化膜可起到优良的微观整平作用。从而使金属表面光亮。
(4)表面活性剂具有优良的去麻点作用。这是由于它具有优良的润湿作用，可以使化学抛光时产生的各种气体不会固定停留在金属表面某处而形成麻点。
为了获得数量多宜径细小而又密实的泡沫层。在多数化学抛光光亮剂中大都同时选用阴离子表面活性与非离子表面活性剂，因为这两类表面活性剂有很好的相容性。阴离子表面活性剂有很强的发泡功能，而非离子表面活性剂有很强的渗透能力与分散能力，两者合用就可达到上述的各项性能。
