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酸蚀铝型材表面预处理技术的应用

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发表于 2011-6-20 22:44:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  摘要:简单介绍了酸蚀砂面亚光工艺,阐述了酸蚀作用机理及酸蚀添加剂的作用,通过酸蚀、碱蚀工艺试验对比,考察了两种工艺的差别,对酸蚀技术的生产应用作了描述。
9 F* X; F) a* q4 ^" c  关键词:酸蚀;碱蚀;溶铝量;挤压痕;粗晶;焊合线。' `, f6 x3 w8 {( P$ I8 Y
  1、工艺简介
6 a8 u0 h" V1 F# i: F9 z" S  近年来,铝合金亚光型材生产和销售量越来越大,市场占有率在80%以上。目前亚光型材生产普遍使用碱蚀方法,铝溶损在3%-5%之间,造成巨大资源浪费,而且大大增加了环保治理难度,加重了企业的“三废”处理负担。酸蚀技术是针对碱蚀方法的不足而研制开发的,在原理上完全有别于碱蚀亚光砂面处理。工艺主要采用了独特的使铝型材表面产生高度均匀的、高密度分子点腐蚀,通过改善型材表面凹凸处的物质结构,从而达到平整表面和消除冶金工艺造成的表面缺陷的效果(如能消除挤压痕、掩盖焊合线、缓和粗大晶粒等缺陷),使铝型材表面平整细腻,金属光泽柔和,大大提高了铝型材的表面质量。采用酸蚀亚光工艺,铝溶损在0.5%-0.8%之间,使生产成本降低到传统亚光工艺的二分之一以下,生产效率又有大幅度的增加,具有很大的实用和经济价值。
! y$ n% s; @3 y0 R  @7 t# k  2、酸蚀机理5 U% \* [  \5 v4 o6 ?6 U
  酸蚀是在特定条件下的化学浸蚀。铝型材接触蚀液,在很短时间内迅速反应生成络合物,反应方程如下:. E. S: p, i8 c! h
  3F-+A1-A1F3
! @8 `# n5 ~3 [9 ]7 _. z  Y  6F-+A13+-A1.F63-
# D/ g/ n2 ^! V8 a: q9 Z  A1F63-+A12O3.3H2O-A13(OH)3F6+30H-
; O  X# q( t- t$ \* O1 g  生成的络合物且具有一定的粘度,容易附着于铝基体表面,形成一种保护膜。挤压型材一般都有许多轻微的模痕,在高倍显微镜下观察呈峰状,粘附于铝基体的保护膜在凹处较厚,凸处较薄,薄处接触酸蚀液的几率较大,能继续较快地进行溶解反应;厚处受到粘附物的屏蔽而使浓液反应速度放慢,由于凹凸部位溶解速度的不同,从而达到平整表面、消除挤压痕的(砂面)亚光效果。缓解粗晶和焊合线与酸蚀的特定性能有直接关系,在铝型材生产中,粗晶和焊合线与模具、挤压工艺及铸棒均匀化有很大关系,氧化预处理时,碱蚀程度越深,粗晶和焊合线就越严重。由于酸蚀速度快,时间短,在还未出现严重粗晶和焊合线的情况下,反应就已结束,因此酸蚀工艺能有效缓解粗晶和焊合线。! @9 q9 ^; ]6 @5 r6 B/ \
  酸蚀添加剂在酸蚀工艺中主要作用有以下几个方面:(1)缓蚀作用:由于F-与自然氧化膜及铝基体反应速度很快,且反应剧烈,容易出现粗晶和焊合线等表面质量缺陷。为了既能保持一定反应速度,又不至于造成质量缺陷,添加葡萄酸钠、柠檬酸钠、甘油等有机化合物来抑制酸蚀反应速度,从而达到缓蚀效果。(2)整平作用:挤压型材有许多轻微的模痕,在高倍镜下观察呈山峰一般,加入磷酸三钠、硅藻土、多元醇等化合物,可使型材模痕谷底受到保护,尖峰磨平,从而达到整平效果。(3)促进作用:加入促进剂可使酸蚀添加剂充分扩散到槽液中去,且有效进入被络合物覆盖的铝基体表面内层,使反应得以继续进行,以免造成型材腐蚀不匀。(4)表面活性剂作用;加入十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等表面活性剂可进一步增强除油能力,以及在槽液表面产生一层泡沫,抑制热量损失及槽液挥发,更重要作用是增加槽液稳定性,这是因为带负电荷的表面活性剂能吸附在微粒周围,使微粒产生静电反力,从而使微粒能很好地悬浮在槽液中不易沉淀。(5)金属离子作用:加入Cu2+、Ag+等金属离子可防止过腐蚀,使砂面效果更细腻、均匀、砂面清晰。
6 F1 x; s4 g) c- Z$ f9 N  3、试验  C. }4 N  P9 v0 j
  3.1试验目的/ Z9 w& j( Z" T: ?
  通过对铝型材进行酸蚀、碱蚀工艺试验,比较两种工艺获得的型材表面质量以及生产过程中溶铝量的大小。$ n8 x5 y1 [4 m% r
  3.2试验材料
0 ?5 H. T! \8 @* _6 J6 Z* H  取同一批次、同一型号尺寸的幕墙型材作为试验材料。幕墙型材特别是几何尺寸大、壁厚较厚的型材,很容易在传统碱蚀后出现粗晶和焊合线等缺陷,做酸蚀、碱蚀工艺试验对比,具有一定代表性。
4 U/ @. k6 [$ C9 Z9 Z. B# ^  3.3试验内容; k- s( T, J  S( J4 j  }# g
  3.3.1碱蚀工艺试验! p) I& d* X/ e  q2 ~) N5 Z
  取两件试样在碱蚀液中进行碱蚀处理,其它工序按常规氧化工艺操作。碱蚀工艺试验要求见表1.: N& a& ]: R9 N3 {! q3 M
  表1碱蚀工艺试验要求7 u  q; ~0 W1 v- X. L
  3.3.2酸蚀工艺试验
9 W3 u2 e) ?9 [  取两件试样在酸蚀液中进行酸蚀处理。型材经过酸蚀、水洗后在碱液中碱洗1min,其它工序按常规氧化工艺操作。
1 L6 }- J/ D& ?0 X- z( s  3.4试验结果及分析
  S' [5 V3 H- B/ }  l- V9 S, S  观察碱蚀工艺制得的1#、2#样件表面状态。1#样件表面砂面细微,有轻微挤压痕,粗晶和焊合线不明显;2#样件表面砂面清晰,看不到挤压痕,但有轻微粗晶及焊合线暴露。表明随着碱蚀时间的增长,型材表面挤压痕被蚀平,砂面更细致、均匀,但容易暴露出粗晶及焊合线等缺陷。9 W0 j" p& S7 Z" a, D
  观察酸蚀工艺制得的3#、4#样件表面状态。两个样件表面质量相差无几,都表现为砂面细腻、柔和,基本看不到挤压痕、粗晶及焊合线的存在。表明酸蚀工艺能使型材在几分钟内获得质量好的砂面状态,挤压痕被消除,能有效遮盖焊合线,缓解粗晶现象,而且随着酸蚀时间的增长,型材表面不容易产生过腐蚀。
* ^0 g7 @. t: U' \. u: h% P  测量1#、2#样件氧化前壁厚为3.0mm,氧化后1#样件测得壁厚为2.96mm,壁厚损失0.04mm;2#样件测得壁厚为2.92mm,壁厚损失0.08mm.表明碱蚀时间的增长,型材腐蚀量增大,生产砂面亚光型材,碱蚀溶铝量在3%以上。* m/ r7 O# I. {& Z. d2 c
  测量3#、4#样件氧化前壁厚为3.0mm,氧化后3#样件测得壁厚不少于2.99mm,壁厚损失不超过0.01mm;4#样件测得壁厚为2.99mm,壁厚损失不超过0.01mm.表明酸蚀时间的增长,型材溶铝量增加很少,生产砂面亚光型材,酸蚀溶铝量在0.5%以上。; Z# N+ ^0 F2 O
  3.5试验结论3 v+ M" v$ q( [9 S
  从以上试验结果及分析中可以得出结论:铝型材氧化表面处理采用酸蚀工艺是可行的。比较碱蚀而言,亚光砂面型材经酸蚀外理后铝材损耗量大大降低,而且型材表面质量得以提高,预处理时间缩短,生产效率提升,综合成本下降。; W7 G2 M' E# l$ A. F
  4、生产应用
) E% {4 y; u$ J/ I# L1 M% E  4.1工艺流程
- t  b6 }  C& v3 V  脱脂-水洗-酸蚀-水洗-碱洗-水洗-水洗-中和-水洗-常规阳极氧化" j2 L& J  _$ }
  (酸蚀时要循环过滤)6 Z- A6 K% r" z. z
  铝型材经脱脂和水漂洗后进入酸蚀工序。酸蚀并经水漂洗后再碱洗30s-1min,以去除表面粘附的络合物。水洗、中和后按正常氧化工序完成阳极氧化(着色)及封孔处理。
- n) x3 `7 x. R! d# B  滤装置,能有效保证槽液的除渣效果。有的厂家循环过滤装置只是一台板框压滤机,随着滤渣的增多,槽液循环流量不够,造成除渣不良,影响槽液的使用。: G" X- I; _' R
  4.3常见故障及对策
6 t' @: H6 T% R" R$ ]7 A  (1)表面有点状斑" B8 I+ l3 M0 g9 }- w1 |5 D$ K7 S
  型材表面出现局部点状斑,说明槽液排渣不良,酸蚀槽有铝渣,需改进槽液出液法,加大铝渣回收量。0 q0 S  \/ M8 q8 H4 y
  (2)表面无光泽
5 o& z- R' ~* O* b4 e, F; f* ~0 u  生产出来的型材表面粗糙无光,说明酸蚀添加剂中的促进剂含量不足,需补充促进剂含量。
3 G, K# J6 X% E, z3 {2 T  (3)表面有机械纹7 x: z! i( z( _- X4 Q8 m" R
  生产出来的型材表面有机械纹,说明酸蚀时间不够,或槽液中酸蚀添加剂含量偏低,需补充氟化氢铵或添加剂含量。0 U$ ~4 b* E8 `0 D! u) U2 C: w2 _' [
  (4)表面过腐蚀
: b  z4 f4 H8 ]- n6 w! Q7 `  型材表面出现过腐蚀,说明酸蚀时间太长,或酸蚀添加剂中的缓蚀剂及金属离子含量不足,需调整酸蚀时间,补充槽液中酸蚀添加剂含量。
1 [) K, n9 ]+ L( J  5、结束语
: J0 k  s& Z4 v  酸蚀表面预处理技术的应用,收到良好的表面质量效果和可观的经济效益。在提高产品表面质量,降低生产成本,为高档化、集约化生产开辟新的途径。- s) n: c5 h* T1 f( E
文章关键词: 铝材   表面预处理
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