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CuBi、CuBiCe真空触头金相试样的电解抛光
宁德亮
(桂林电器科学研究所 541004)
摘 要：本文对真空开关触头材料CuBi,CuBiCe的电解抛光方法进行了研究。根据电解抛光的一般原理通过试验选定了电解抛光的温度、时间、电流、电压、极距及抛光过程，获得了比机械抛光优良的CuBi、CuBiCe金相制样方法。
前言
CuBi、CuBiCe在国内已是一种成熟的真空开关触头材料。由于这种材料比较软，因此检查其金相组织比较困难，经机械抛光后遗留下来的磨痕不易去掉，虽经反复抛光浸蚀能消除一些磨痕，但最终仍遗留一部份磨痕而影响制样的质量。为提高CuBi、CuBiCe金相试样的制样质量，我们试验研究了CuBi、CuBiCe的电解抛光方法，所用设备简单，抛光方法简单，抛光溶液容易解决，效果较好，有一定的实用性。下面简述上述材料电解抛光的有关问题。
一
金相试样电解抛光的依据
虽然电解抛光目前已成功地应用于科研生产中，但是还没有一个完善的理论能说明电解抛光的一切现象。大多数人认为“薄膜理论”是合理的电解抛光理论的推测。所谓“薄膜理论”的模型可叙述为：当电流通过电解液时，在阳极表面产生一层由阳极溶解产物形成的粘度高、电阻大的薄膜，若试样高低不平，那么在凸起部份薄膜厚度小，而在凹处薄膜厚度大。由此造成表面的“绝缘”程度不同，因而电流分布就不均匀，在凸起处的电流密度大，而在凹处电流密度小，所以凸起部份比凹处溶解快，结果就使粗糙表面被整平而产生抛光，同时对金属的许多物理、化学性质及浸蚀性质有着良好的影响。
金相学中制备金相磨片的电解抛光仅仅是电解抛光应用的一个方面。制备金相试样若用机械抛光时，由于试样表面受应力作用，容易造成变形组织层，因而影响真实组织的显示。而电解抛光是电化学溶解作用，没有应力作用，所以金相试样表面能显示真实组织，对比较软的金属及合金更加合适。当然，任何方法都不是十全十美的，用电解抛光法制备金相试样也不是没有缺点，电解抛光对化学成份的不均匀性、偏析等特别敏感，所以对偏析显著的材料或检验非金属夹杂物是不合适的。凹处溶解快，结果就使粗糙表面被整平而产生抛光，同时对金属的许多物理、化学性质及浸蚀性质有着良好的影响。
金相学中制备金相磨片的电解抛光仅仅是电解抛光应用的一个方面。制备金相试样若用机械抛光时，由于试样表面受应力作用，容易造成变形组织层，因而影响真实组织的显示。而电解抛光是电化学溶解作用，没有应力作用，所以金相试样表面能显示真实组织，对比较软的金属及合金更加合适。当然，任何方法都不是十全十美的，用电解抛光法制备金相试样也不是没有缺点，电解抛光对化学成份的不均匀性、偏析等特别敏感，所以对偏析显著的材料或检验非金属夹杂物是不合适的。
二
电解抛光条件的选择
1.试验装置
试验装置如图1所示，整个装置由调压器、直流电源、电解抛光槽组成。直流电源可用WYZ～8型直流稳压器，抛光槽可以用有机玻璃或塑料板制作，也可直接用玻璃杯进行抛光。
2.电解抛光液及抛光条件
电解抛光液成份为：硫酸、蒸馏水、磷酸。电解液总量为380m1,磷酸(H2PO4)和硫酸(H2SO4)纯度均为“分析纯”或者“化学纯”。阴极为不锈钢板，阳极面积lcm2左右，极距4cm,温度28℃左右。
3.试验过程
将试样粗磨、细磨、机械抛光、清洗、吹干后备用。试验时先将准备好的试样夹于试样架上，然后连同阴极一起放入电解槽中，接通电源开始试验。先用调压器调节电压使电压缓慢上升，在增加电压的同时，观察电流的变化，以便绘制电流、电压曲线。
在电解抛光的整个过程中，为了绘制电压—电流曲线，也可用XY记录仪记录出电流随电压变化的曲线。电流、电压变化曲线如图2所示。
4.确定电解抛光条件试验
从所绘制的曲线看，在增加电压初始阶段，电流也随之升高，如曲线ab段；当电压加到一定值时(对CuBi而言是8伏，而CuBiCe是7～8伏)，可以观察到电压自发升高，而电流则自发降低，一直降到C点(CuBi材料C点的电压是12伏，电流是0.4～0.5安培，CuBiCe材料C点的电压是10～11伏，电流是0.5～0.6安培)；当到达C点后，在比较狭窄的电压范围内，虽增加电压，电流却保持一定值(如曲线CD段所示)，CD段只有0.5伏左右；以后再增加电压时，电流也随之增加(如DE段)。
根据前人的工作，认为试样在CD段即是实现电解抛光的有效范围。
对两种材料按绘制曲线时的加电压方法加电压至C点后停留20～30秒，然后将试样取出洗净，稍加浸蚀后在显微镜下观察，结果基本满意。由于用一般的电压表不容易观察电压何时自动上升，这种加电压的方法比较难以控制，于是又试验了另一种调电压方法，先把电压调到定值，然后接通电源，观察不同抛光时间的抛光效果.经过多次试验，CuBi材料抛光时电压值为3～4伏、电流为0.8～0.9安，经过20秒可得到满意的结果。而CuBiCe材料抛光时电压、电流值与CuBi材料相同，时问需延长为40～60秒。
三
实验结果
1.电解抛光溶液成份
磷酸(化学纯或分析纯)40～50%。
硫酸(化学纯或分析纯)+蒸馏水余量
2.阴极
不锈钢板，尺寸：2～4cm2；极距：4cm；样品(阳极)面积：lcm2左右。
3.电解抛光条件
CuBi：
电压；3～4伏电流：0.8～0.9A/cm2
时间：20秒温度：25～30℃
CuBiCe：
电压：3～4伏电流：0.8～0.9A/cm2
时间：40～60秒温度：25～30℃
4.电解抛光和机械抛光比较
电解抛光后的试样，其显微组织比机械抛光后的组织清晰，且磨痕基本消失。用机械抛光时，反复抛光、浸蚀，虽然也可以提高制样质量，但是比较麻烦，也不如电解抛光的效果好。另外，机械抛光的试样，在浸蚀后较电解抛光的试样容易氧化。
四 讨论
虽然电解抛光取得了一定的成效，但是还有一些问题需要进一步研究.例如：
1.CuBi及CuBiCe是铸造组织，本身存在着结晶偏析、夹杂、气孔等缺陷，由于它们的电极电位不同，所以在选定的条件下进行抛光时，有的晶粒或个别地方就表现出抛光不足或抛光过度，所以抛光后的组织不能非常全面的代表整个铸锭组织.当然，机械抛光也同样存在某些问题，这需要进一步探讨解决办法。
2.按照图2所示曲线选择电压，只能用于从零慢慢升压到该值的抛光方法，而不适用于先加到一定电压再接通线路的方法进行抛光。按后一种方法抛光所用的电压低、电流大.是否可以认为对这两种材料有两种抛光规范，前一种是固定电压的方法，后一种是固定电流的方法，这些需进一步试验和探索。
3.目前关于电解抛光和电解浸蚀有两种不同的解释，一种认为实现电解抛光的必要条件是阻止金属表面组织浸蚀，电解抛光时的电流密度是电解浸蚀时的10倍。另一种观点认为电解抛光的过程就是出现组织浸蚀。
从我们的试验工作看，CuBi、CuBiCe两种材料在选定的抛光条件下，不仅进行了抛光，而且组织也被浸蚀。这种现象也可能是由于我们的试验工作做的不多，还没有找到更合适的抛光规范，因而没有实现最好的抛光所造成的组织浸蚀。
关于其它真空触头材料如CuBiAl、CuBiAg、CuTeSe的电解抛光，我们也进行了一些试验工作，抛光结果基本满意。其有关参数：
a.溶液配方：
FeCl2+HCl+乙醇，按总体积103m1进行配制
b.抛光条件：
阴极：不锈钢板(2～4cm2)
阳极面积：lcm2左右
极距：4cm
抛光溶液温度：20℃左右
抛光时间：15～20秒
电压：3～4伏
五 结论
1.CuBi、CuBiCe等真空触头材料电解抛光后的显微组织比机械抛光后的组织清晰，磨痕基本消失，解决了机械抛光质量差磨痕不易消除的困难。
2.电解抛光设备简单，只要有直流电源及小型调压器即可，一般化验室均可实现，因此有一定的实用价值。
3.抛光方法简单，容易掌握，抛光溶液的原材料容易解决。
注：CuBi、CuBiCe的电解抛光项目是作者和吴萍同志共同完成的，现在整理发表，供有关厂家参考。
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