铝合金表面光亮腐蚀处理.pdf
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1、铝合金光亮酸蚀技术专利申请号:200410015335.7一、研究背景铝合金光亮酸蚀技术是在本公司研制的 整平光亮技术 和化学磨砂抛光技术 的基础,成功开发出的又一项独家专有技术。近几年来,本公司研发部门对铝合金阳极氧化前处理各项传统工艺,如碱蚀、酸蚀、三酸抛光等进行了详细研究,结果发现:1、铝合金亮度:三酸抛光液中,由于硝酸等强氧化剂的存在,使铝合金表面很容易被氧化出一层含致密 氧化铝的钝化层,据此形成镜面,因而三酸抛光 最亮;碱蚀无钝化作用,没有抛光效果,但却能保留金属色;酸蚀最暗,铝合金表面被一层酸蚀灰覆盖,完全没有金属光泽。2、机械纹:酸蚀液中,反应产物粘附在铝合金表面并填平机械纹沟底
2、,沟底的铝合金与酸蚀液完全隔绝,反应速度几乎为零,而沟表面的粘附产物较薄,酸蚀液可与铝合金接触,反应可快速进行。这样,沟表面与沟底产生了很大的反 应速度差,从而实现了最强的去机械纹能力;碱蚀也具备较强的去机械纹能力,但利用的是粘性理论,即沟底的铝离子浓度高于沟表面的铝离子浓度,决定了沟 表面的反应速度快于沟底的反应速度,从而实现了后车追上前车,消除机械纹的 目的。由于沟底的反应速度只是被减缓,而不是象酸蚀那样被彻底抑制,因而碱 蚀去机械纹能力比酸蚀弱得多,且铝耗是酸蚀的五倍以上。三酸抛光含有一定浓 度的强氧化剂,使铝合金表面产生钝化膜,因而不具备去机械纹能力。3、砂面:酸蚀与碱蚀形成砂面的机理
3、不同,因而生成的砂粒各异。在酸蚀液中,以阴极相(Mg2Si,AlFeSi等)为中心,与之周边相邻的阳极相(纯铝相)被 不断溶解,铝离子进入槽液,形成砂坑;同时,氟离子有可能与一些金属阳离子络合,借助氟作为运载工具,在阴极相析出,形成砂峰;由此可见,阴极相是形成砂粒的砂源,其在合金中的均匀、细腻的分布程度直接决定酸蚀砂面的外观质 量;为此,国内很多厂家采用掺复锭的方法,在不超标的前提下,适当增加合金 元素含量,形成均匀细腻的阴极相,从而生产出比仅用纯铝锭漂亮得多的酸蚀砂 面材。在碱蚀液中,铝的反应方式略有不同。首先,按原电池原理,阴极相周围 的纯铝相(阳极相)被不断溶解,形成砂坑;但由于没有氟离
4、子作为运载工具,阴 极相区域没有析出,不能形成较尖的砂峰;另外,在碱性条件下,由于没有象酸 性条件下的钝化反应制约,碱蚀反应可以毫无障碍地快速进行,相邻砂坑可能连 通,形成较大砂坑;因此,碱蚀砂因其砂峰不尖,砂坑过大而远没有酸蚀砂漂亮!三酸抛光是在酸性条件下进行,强氧化剂的存在使铝合金表面的钝化反应非常明 显,几乎无法起砂和去机械纹。4、综合成本对比:三酸抛光成本最高。因为滴流时间不能超过40秒,大量的抛光液被带进水洗槽(约400-500Kg/吨材),既增加了废水处理成本,又使抛 光成本非常昂贵,高达2000-3000元;此外,黄烟的处理需要很大的设备投资,并需要大量的处理费用;另外,抛光材成
5、品率不高,进一步增加了生产成本。尽管碱蚀磨砂消耗的药剂成本不高,但需要损耗40-50Kg铝/吨材,约800-1000元,并且还需增加额外废水处理费用。普通酸蚀磨砂药剂消耗成本较低,约300元/吨材,铝耗也很低,约8-10Kg/吨材。从综合成本考虑,三酸抛光最贵,碱蚀次之,酸蚀最低。(详细比较请参考,jing-)5、外观质量对比:就亮度而言,三酸抛光最亮,碱蚀次之,酸蚀最暗;从 砂面来看,酸蚀砂均匀细腻,碱蚀砂粗大不匀;三酸抛光基本不起砂;同样,酸蚀去机械纹的能力是碱蚀的三倍以上,而三酸抛光没有去线纹能力。基于上述对氧化前处理的深刻认识,本公司研发部门确定了三大科研课题:A、:本项技术是对酸蚀技
6、术的深刻改造,既要求 保留酸蚀均匀细腻的砂面,高效彻底的去机械纹能力,又必须彻底清除酸蚀灰,恢复金属色,并具备一定程度的抛光能力。通过近三年的科技攻关,上述技术指 标均已实现,并申报国家发明专利(200410015335.7)。2004年初,光亮酸蚀铝 合金已大量上市。B、:本项技术是对三酸抛光技术的深刻改造,既 要求保留三酸抛光的亮度,又必须移植酸蚀去机械纹和起砂的能力;同时,杜绝 黄烟,改进滴流,尽可能延长滴流时间,降低药剂消耗,提高成品率。经过不懈努力,铝合金整平光亮技术基本实现了高亮度、无黄烟、可长时间滴流、低药剂消耗(约200-250Kg/吨材)、铝合金表面永无流痕和成品率高的技术优
7、势,并于2002年初成功推向市场(详见jing-)。C、:近年来,生产平光铝合金采用较低成本的碱蚀或酸性低温抛光等方法,药剂消耗低,铝耗低。碱蚀方法有13Kg/吨材的铝耗,且铝合金亮度不高;酸性低温抛光方法,如除油,三合一等确实能降低铝耗,但增加的亮度很有限。铝合金酸性低温半抛光技术 正是为生产一定亮度的 平光材而设计的一项新颖技术。她保留了三合一的低铝耗,却把铝合金的亮度提 高到普通碱蚀或三合一所无法迄及的水平。本项技术难度很大,还在开发中。经过两年多的生产运行,发现铝合金整平光亮技术仍存在如下缺陷:(1)亮度不够,仅相当于三酸抛光的80%;(2)容易起砂,不能做镜面材;(3)腐蚀钛夹具,影
8、响做工业材。为此,本公司对自行设计的整平光亮技术进行了系列改进,并于2004初成 功推出其换代技术-铝合金化学磨砂抛光技术(详见jing-)。二、产品简介:2000年以来,铝合金酸蚀技术以其去机械纹能力强、起砂 快、铝耗低等诸多优势,在不到一年的时间内,迅速取代碱蚀,成为目前铝合金氧化前处理的主流生产工艺。然而,自该技术推广之日起,铝合金表面发暗的问 题一直困绕着生产厂家,也影响了产品档次。为了克服上述缺陷,大部分厂家都 配备了碱蚀槽和中和槽,即便如此,酸蚀材仍然比碱蚀材要暗得多,没有根本解 决问题。此外,令铝合金表面发暗的酸蚀灰十分顽固,即使经过碱蚀槽、出光槽 和氧化槽,也不能完全除掉,仍然
9、会带进着色槽和电泳槽,使着色材挂灰、电泳 材缩孔,许多铝合金厂不得不重新启用碱槽。光亮酸蚀作为一种铝合金表面处理 的前沿技术,是对酸蚀槽液进行深刻改造后,配备砂面抛光槽和平光抛光槽,对 酸蚀材进行光亮处理,不仅保留了酸蚀去机械纹能力强、起砂快、铝耗低的优点,而且能彻底清除酸蚀灰,解决酸蚀材表面发暗和着色槽、电泳槽被污染的弊端,是一项难得的技术突破。同时,机械喷砂材也存在表面挂灰和发暗的问题,同样 需要进行光亮处理。经光亮酸蚀技术处理的砂面材,表面无纹、无灰、细砂、亮丽。另外,由光亮酸蚀技术进行除油、去膜、增亮和除灰,可以取代低温抛光槽,以及三合一槽,生产平光料。可以预见,随着光亮酸蚀技术的迅速
10、普及,我国砂面铝合金的国际竞争能力有望得到迅速提升。说明:1、蜡槽:除油脱蜡水洗增亮酸蚀砂面抛光水平光洗抛光水洗水氧洗化三、操作方式氧化前处理槽按下述方式安排:槽不同于一般的AC除油,除了脱脂、脱蜡功能外,还可脱自然氧化膜,并进行 低温抛光;由除油脱蜡槽和平光抛光槽组合,可实现迄今为止能力最强的低温抛光功能,生产光亮酸蚀除油脱平光材;此除油2、增亮酸蚀槽:此槽是在现有酸蚀槽的基础上添加特殊的添加剂改造而成,保留原有抽渣设备不变,不需加温和降温。增亮酸蚀与普通酸蚀有本质的不同。首先,普通酸蚀去机械纹及表面瑕疵的能力较弱,经光亮处理后,表面缺陷暴露无余。增亮酸蚀极大限度提高了酸蚀槽的能力,能在相同
11、或更短的时间内完全消 除表面缺陷;其次,铝合金经普通酸蚀处理后表面很暗,要除灰和增亮,难度很大,增加了砂面抛光槽和平光抛光槽的压力。除了延长光亮时间外,还增加了砂面抛光剂和平光抛光剂的药剂消耗。增亮酸蚀在提高酸蚀能力的同时,能使铝合 金底色发青、发亮,为以后的砂面抛光和平光抛光工序打下良好基础。3、砂面抛光槽:砂面抛光是一种全新的表面处理概念,是对酸蚀技术的深 刻改造和变革。铝合金经酸蚀后,不是过碱槽,而是砂面抛光槽,对酸蚀材进行除灰、抛光,既保留了酸蚀材的细砂,无纹和低铝耗,又增加了光亮度和金属色,增亮酸蚀和砂面抛光技术的接合,能生产出一个新的材种表面无纹、细砂、光亮、保留金属色的光亮酸蚀磨
12、砂材。此外,砂面抛光槽可对喷砂材增亮,提高 喷砂材档次,生产 光亮酸蚀喷砂材。砂面抛光槽在普通防腐槽内开槽,不加温,不降温,不抽渣,少量酸渣结晶于槽底,年底清槽。4、平光抛光槽:设置本槽有两大目的,即对经砂面抛光处理的铝合金进行 平光抛光氧化和精除灰。A、平光抛光:平光抛光槽既能生成一定厚度的氧化膜,又能大幅增加铝合金亮度。由于阳极氧化使经砂面抛光处理后的铝合金失光,先行进行处理,表面先形成一层致密氧化层,将光泽固定下来,然后再进行阳极氧化,大幅降低失光;另外,铝合金从砂面抛光到阳极氧化之前,需多道水洗,并有可能在空中或水洗 槽滞留,产生点蚀,若先过平光抛光槽,预制一定厚度的化学氧化膜,先行保
13、护起来,从而避免氧化之前在水洗槽中产生点蚀或花材,提高成品率。B、精除灰:酸蚀灰很顽固,一般方法很难清除,能严重影响酸蚀材的外观 质量。尽管砂面抛光槽能清除绝大部分酸蚀灰,但在某些特殊条件下,仍可能有 少量残留。平光抛光槽能彻底清除酸蚀灰,从而保证铝合金质量,并彻底杜绝了酸蚀灰对着色槽和电泳槽的污染。5、操作方式:铝合金经2-4分钟除油、经一道水洗后进增亮酸蚀槽,反应6-12分钟后,不用水洗,直接进砂面抛光槽,反应3-7分钟,经一道水洗,进 平光抛光槽,反应3-5分钟后,经两道水洗,即可进阳极氧化槽,完成表面前处 理。四、产品技术特点光亮酸蚀技术由除油脱蜡、增亮酸蚀、砂面抛光和平光抛光四道工序
14、组成,除油脱蜡槽负责脱脂、脱蜡、去自然氧化膜;增亮酸蚀槽负责去纹、起砂和调整铝合金底色至初步发青发亮;砂面抛光槽负责除掉酸蚀灰和对砂面材进行低温抛 光;平光抛光槽负责进一步增加亮度和精除灰,并固定铝合金金属光泽。四道工 序互相依存、互相配合,组成一套完整且严密的光亮酸蚀技术。本套技术的核心 是磨砂材低温抛光和平光材低温抛光。即由除油脱蜡槽、增亮酸蚀槽、砂面抛光 槽和平光抛光槽组合可生产 光亮酸蚀磨砂材;由砂面抛光槽和平光抛光槽组合可 生产 光亮酸蚀喷砂材;由除油脱蜡槽和平光抛光槽组合可生产 光亮酸蚀平光材。本套技术的使用,可使碱槽彻底退出生产过程(仅保留作退膜用),大大降低铝 耗。本技术与着色
15、、电泳等后处理技术的接合,能生产出迄今为止最亮丽的 光亮 酸蚀磨砂(着色、电泳)铝合金。本套技术的特点如下:1、首次提出一套完整的四槽组合技术,完全用酸性方法处理铝合金,涵盖低温条件下的所有氧化前处理工艺。虽然传统碱蚀方法也可以生产磨砂材、平光 材和喷砂材,但过高的铝耗、亮度不够和砂粒太粗,使其逐步被取代;普通酸蚀 不能生产平光材,而一般低温抛光又不能生产磨砂材。本套技术,由除油脱蜡槽、增亮酸蚀槽、砂面抛光槽和平光抛光槽组合,可生产 光亮酸蚀磨砂材;由除油脱 蜡槽和平光抛光槽组合,可生产 光亮酸蚀平光材;由砂面抛光槽和平光抛光槽组 合,能生产 光亮酸蚀喷砂材。由于这些铝合金都是在酸性条件下生产
16、,且又经历 过抛光过程,均具有低铝耗、高亮度的特征。2、首次提出增亮酸蚀的概念,铝合金在去纹,起砂的同时,底色已发青发亮。普通酸蚀槽,其功能仅限于起砂和去纹,铝合金底色呈灰白色,十分难看。本公司研发部门充分关注到这个问题,对酸蚀槽进行了深刻改造,成功开发出增 亮酸蚀剂,使铝合金在酸蚀的同时,底色已发青发亮!3、首次提出砂面抛光的概念,集除灰和抛光于一槽,实现了彻底清除酸蚀灰的重大技术突破,同时还获得了砂面材的低温抛光效果。自从酸蚀砂面技术问 世以来,如何清除酸蚀灰,是铝加工行业面临的一个十分令人头痛的问题。尽管提出了许多解决方案,但都不能从根本上解决问题,不得已延用碱槽和中和槽,既增加了铝耗,
17、又没有彻底解决酸蚀灰问题。砂面抛光剂的应用,使绝大部分酸蚀灰得以清除,铝合金恢复了金属色,并获得了相当程度的抛光效果。4、首次提出了平光抛光的概念,将铝合金抛光后的亮度先行固定下来,有效降低阳极氧化失光。阳极氧化造成抛光材失光,是铝加工行业的共识,一般都是在阳极氧化槽本身寻找降低失光的途径,很难有大的技术突破。研发小组首次 在阳极氧化槽以外寻找解决失光问题途径:即借用洗相术中定影的技术思路,设 法让铝合金的抛光亮度先行固定下来,然后再进行阳极氧化,有效降低亮度损失。经过近三年的潜心研究,终于找到了解决问题的巧妙办法,即在砂面抛光槽和阳 极氧化槽之间设置平光抛光槽,对抛光材先进行不失光(反而增光
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