当PS版的电化学磨版机理

PS版的电化学磨版机理

PS版用铝版基需要具有亲水性和保水性及对感光树脂层的吸附性，在PS版的生产中电解磨版工序就是使其达到这一目的的，故电解磨版无疑是PS版生产的关键。

每个厂家均有适合自己的工艺条件和控制方法，但必须遵循一个基本原则，即酸浓度必须与电流密度相匹配。一旦其工艺条件发生偏差（机械或人为的），使二者不能很好地匹配，则会造成产品质量不合格，给工厂带来经济损失。一般说来，酸浓度与电流密度不匹配可从下机后的PS版表观上判断出来。下面就以在盐酸（HCl）溶液中的电化学磨版为例，对此问题加以阐述。

版基发黑现象

1）生产线启动后，将电解液注入电解槽，在电解电流由零升至正常值的过程中，版基总有一段是黑的；生产线准备停车时，电解电流由正常值降至零的过程中，也会观察到版基发黑的现象，我们将版基发黑的现象称为“烧版”。

2）生产线运行过程中，涂布前观察运行中的从此拉开了人造合成树脂和塑料加工业发展的序幕版基会发现版面上隐约有一些形状不规则的，颜色略黑的片状物。

3）有时下机后的PS版很亮，在安全灯下调整视角，会发现在某个角度下版基发黑的现象尤为明显。

以上3种现象，其产生原因均可归结为酸浓度与电流密度不匹配，其中前两种为盐酸浓度过高，后一种为盐酸浓度过低。为什么盐酸浓度与电流密度不匹配会产生版基黑白度的变化呢？我们需要先了解电化学磨版的机理。

电解机理

我们使用的电源一般是三相交流电，石墨电极通电，而铝板不通电，在对称的三相交流电的作用下，铝板的电位为零。实际中三相交流电可能不完全对称，但其电位为零附近的某一定值，当石墨通正弦波交流电时，正半周石墨电位比铝板电位高，石墨为阳极，而铝板为阴极；负半周石墨电位比铝板电位低，石墨为阴极，而铝板为阳极。

就铝板而言，当作阳极时，主要发生铝的溶解：

Al-3e=Al3+

作阴极时，发生析氢反应：3H++3e=3/2H2↑

总反应为：Al+3H+=Al3++3/2H2↑

1.铝板作阴极时

铝板作阴极时，由于析氢造成电解液pH值升高（超过14），发生阴极腐蚀，反应式为：Al+4OH--3e=Al(OH)4-，这样阳极的电流就会发生变化，如阳极电流效率大于100％，约为130％左右。若仅对铝板通阳极电流，而滤掉阴极电流，就会发现相同的时间内，无阴极电流时铝的溶解量少于有阴极电流时（即正常的正弦波）铝的溶解量。

发生阴极腐蚀更多是因为化学作用而非电化学作用，因为在电化学作用下，阴极是被保护的，不会发生铝的阳极反应；而在化学作用下，只要Al周围的实验开始计时碱性足够强，则会在任何时间任何地点发生反应。其化学反应可表示为：

Al+4OH--3e= Al(OH)4-

3H++3e=3/2H2↑

总反应为：Al+4OH-+3H+=Al(OH)4-+3/2H2↑

而H2的析出还有一部分是因电化学作用，即H+直接在电极上得电子变成H2。正因为电化学作用引起电解液pH值升高，才导致Al被OH-侵蚀，而铝板被侵蚀的结果更加重了电解液2.试样用酒精或丙酮清洗pH值的升高。

Al(OH)4-只有在pH 9时才能稳定存在；在pH为4～9时，以亚稳态胶体形式存在；pH 4时，则会以沉淀形式存在。而电解液本身的pH值约为1，当铝板不作阴极时，则pH值马上恢复到原水平，发生如下反应：

Al(OH)4-+H+=Al(OH)3↓+H2O

从而沉积在铝板表面，其表观为白色。

2.铝板作阳极时

铝板作阳极发生Al→Al3+的过程中，起蚀点的发生往往是由化学作用引起的，其中Cl-极具侵蚀性，且侵蚀优先发生在铝合金的晶界上，从而产生小坑状的起蚀点。由于PS版用铝为商用纯铝，故其活性比超纯铝（99.99％Al）高，极易受Cl-侵蚀而发生晶界腐蚀，结果使一些Al的晶团及一些晶间颗粒从基体脱落而混在Al(OH)3沉淀中，如图１所示。由于铝屑高度分散而强烈吸光，故版基显黑色。

版基发黑的解释

由以上分析可知，电解磨版过程是化学和电化学共同作用的结果。电解所产生的“灰质”主要由H2O、Al(OH)3和Al屑组成。其中Al(OH)3为白色，铝屑为黑色，正常电解所产生的“灰质”为灰色，这是Al(OH)3和铝屑共同作用的结果。

原因一，在电解后的碱洗工序中，“灰质”被洗去，而碱洗后仍发黑。因为正常条件下，铝屑是分散在Al(OH)3中的，故易洗去，但当Al(OH)3中的铝屑增多时，一则铝屑发生聚合的机会增大，洗去不易；二则“灰质”多，要求增加碱洗的强度或时间。故正常的碱洗条件不能将其彻底除去。

原因二，HCl浓度与电流密度对电解磨版表观的影响。如图2所示，当电流密度一定时，HCl浓度过低，因具有侵蚀性的Cl-减少，单位面积上起蚀点数目变少，则造成电解平台过多，对光的反射也多，故版基发亮。HCl浓度过高，则因具有侵蚀性的Cl-浓度增多，则单位面积上起蚀点数目变多，因Cl-侵蚀造成的铝屑增多，故版基发黑。此时若增加电流密度，版基表观会恢复正常，因为增加电流密度，印版单位面积上发生Al→Al3+的Al原子增多，则因Cl-的侵蚀造成的铝屑还未来得及从基体脱落便反应生成Al3+，从而使铝屑减少。

原因三，电流继续升高，使砂目变大，砂目与砂目连在一起形成大坑，砂目形状不再是半球形而变得不规则，但版基不会发黑。这与某些文献报道的不相符，也与我们想像中的情形不相符。我们由“烧版”联想到，电流密度越大，产生的热量越多，越易“烧版”。但是我们平时说的“烧版”的直接原因不是热量，而是因Cl-的侵蚀造成的铝屑。当HCl浓度一定时，电流密度过高，版基不会变黑，它的正确性已被实验和生产实际所证实。

结 论

由以上分析，我们可得出以下结论：

1）HCl溶液在交流电作用下，商用纯铝的电解磨版是电化学与化学作用共同的结果。

2）化学作用决定了起蚀点的生成，电化学作用决定了起蚀点长大变成半球形砂目。

3）好的电解磨版效果必须是化学作用与电化学作用达到一种平衡，化学作用过强，会造成侵蚀性太强，发生所谓的“隧道腐蚀”，版基变黑。电化学作用过强，则会造成起蚀点不完全，电解平台多，砂目粗大。这与HCl浓度必须与电流密度相匹配是本质与现象的关系。

4）HCl浓度适当的情况下，单位面积上的起蚀点发生得比以实现从源头控制原材料下降本钱较充分，则当电流密度高于其适当值时，只会造成Rz值偏高，不会造成版基发亮或发黑。

来源：科印传媒