四、铝的化学抛光

四、铝的化学抛光为了取得表面光亮的铝和铝合金，除了进行机械抛光外，对于光亮度要求较高的零件还需进行化学抛光，化学抛光的特点是设备简单，节省电能，效率高和成本低，而且不受零件形状和尺寸的限制、特小，特薄和形状复杂的零件以及异型管。孔和槽的内腔均可加工。不过化学抛光也还存在不少问题，例：在多数情况下，其质量还不能完全赶上电化学抛光，而且还有大量氮氧化合物气体产生。化学抛光的反应过程是金属在电介质溶液中的自溶过程。关于化学抛光的机理迄今尚无成熟理论。一般认为与电化学抛光相似，化学抛光时金属表面显微凸起部分的溶解速度比凹下部分快得多，因而使表面变得平坦光亮。在工业上用于化学抛光的溶液主要是磷酸、硝酸、硫酸、醋酸或其它化合物。下面介绍常用化学抛光配方：1.适用高纯铝及铝镁合金化抛配方：磷酸（H3PO4）70%(容量比)硫酸（H2S04）20%(容量比)硝酸（HNO3）10%(容量比)温度90~115℃时间3~8分钟新溶液温度控制为90℃，（因溶液粘度小，离子活动快）。老溶液温度控制为115℃，（因老溶液粘度大，离子活动慢）铝化学抛光质量于溶液中硝酸的含量多少有着极为重要的关系。硝酸含量低于5%会引起铝件表面结晶腐蚀，大于12%，会引起点状腐蚀。抛光溶液成份及工艺条件的影响：(1)磷酸含量的影响：一般磷酸含量约在50~85%之间，最佳范围在70%，过低的磷酸含量光洁度较差，过高含量抛光速度缓慢。(2)硫酸含量的影响：在无硫酸条件下，同样可以得到光洁表面，但易产生点蚀，抛光速度慢，过多硫酸光亮度显著下降，表面易产生雾状，因此硫酸含量宜控制20%左右。(3)硝酸含量的影响：硝酸含量在5%~10%，过多硝酸不但使铝制件表面出现点腐蚀，而在温度条件下产生乳白色，低于5%光亮度显著下降。(4)铝离子含量的影响：铝离子含量有利于提高抛光整平性能，但不宜超过30克/升，否则抛光速度缓慢，使溶液的粘度增大，导致溶液的排泄困难，而洗涤后亦将引起表面斑渍。(5)温度的影响：温度最佳控制为105℃，气体的发生量也少，金属的溶解速度亦缓慢，温度过高后，不仅气体发生增加，制品腐蚀和产生雾状表面。2.稀的化学抛光其含量：硝酸（HNO3）30~70克/升氟化氢铵（NH4HF2）4~12克/升铝及铝合金的碱性化学抛光：近来研究一种碱性化学抛光，它可克服酸性化学抛光成本高，腐蚀性强，污染空气严重的缺点，抛光质量基本上与酸性抛光相似，效果令人满意。3.碱性化学抛光工艺配方及规范如下：氢氧化钠NaOH350~650克/升亚硝酸钠NaNO2100~250克/升氟化钠NaF20~50克/升磷酸三钠Na3PO410~50克/升温度100~130℃时间5~15秒碱性化学抛光后速用50℃左右温水清洗，清洗后再用硝酸（HNO3）250~300毫升/升。温度：室温。时间：10~30秒中和出光。4.普通铝材（纯度为99.5%）化学抛光溶液。磷酸—硝酸—冰乙酸组成的化学抛光溶液对普通铝抛光效果较好，铝的溶解速度，抛光后的表面质量（散光系数K6）与组成溶液成份的关系，从而达到最为理想的抛光质量，散光系数值小）。表5普通铝材的溶解速度和散光系数与溶液组成的关系（溶液温度95℃，抛光持续时间工分）序号化抛溶液成份（%）溶解速度毫克/厘米2秒散光系数（K）H3PO4HNO3CH3COOH16030100.0874.326020200.0532.436010300.0152.247020100.0341.257010200.0081.868010100.0331.875040100.11316.185030200.0985.295020300.0375.2105010400.0152.3114020400.03711.1124030300.08418.0134040200.06755.3从图1中可以看出铝化学抛光溶液成份最佳范围只占图的一小部分，它与下列含量相对应（体积%）其中：磷酸，H3PO460%硝酸，HNO310~30%冰乙酸，CH3COOH，10~30%其它可从温度及时间二个因素来说，对质量也起着一定作用，将温度掌握在85~105℃之间（最佳点95℃），那散光系数值小，抛光表面质量高。温度在95℃时间可在0.5~2.5分钟之间。（最佳为1.5~2分），达到最小值。铝离子对溶液来说也起着一定作用，一般Al+3含量应＜5克/升，这样对K值影响颇小，铝表面质量好。K=折散反光/总反光*100%，K值愈小，抛光表面质量愈高。5.无硝酸化学抛光铝及其合金化学抛光，含有硝酸，因而有大量有毒的氮氧化合物气体俗称“黄龙”，严重污染空气，为了减少有毒气体NO气体污染，并要求抛光产品有光亮均匀的外观，抛光溶液稳定，操作方便，成本低，废水处理容易。目前有WXP铝化学抛光无黄烟添加剂。铝化学抛光机理简述：根据粘膜理论认为，由于在被抛光试片表面产生了一层薄膜，这层薄膜在凹洼部分和棱角上较在凸起部分上更为厚些，因为抛光溶液在凸起部分上溶解作用更为剧烈些，凸起部分被除去，表面就整平了。当薄膜具有一定粘度时，就能完成这种作用。无硝酸化学抛光工艺配方：磷酸H3PO4500毫升硫酸H2SO4500毫升多硫化物SX0.5~1克铜离子Cu0.5~5克两性离子表面活性剂0.1~.02毫升温度100~120℃时间1~2分配置方法：1.将H3PO4，H2SO4按量倒入2.多硫化物、铜离子用少量水溶解好倒入3.加入两性离子表面活性剂，加热后即可抛光无硝酸化学抛光成份作用及操作条件的影响：1.磷酸：主要缓和反应的作用，同时具有一定亮度的作用。2.硫酸：抛光速度可加快。3.多硫化物及金属离子铜，均具有光亮作用，含量低，光亮作用微弱，含量过高，光亮度无显著提高。4.两性离子表面活性剂，起表面润滑，细化和抑雾作用。5.温度：温度低，光亮度减弱，温度高表面易粗糙。6.时间：抛光时间短，不亮，抛光时间长易，过溶解。无硝酸，铝的化学抛光具有下列优点：1.不产生有毒氮氧化物气体。2.废水容易治理。3.对高纯铝，铝镁合金具有较好的光亮度。4.溶液稳定，操作维护方便。但对质量不高的铝材，光亮度较差，要获得好的光亮度，应提高铝的纯度。