酸蚀铝型材表面预处理技术的应用

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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。
- U2 S3 ]' g6 s& V　　关键词：酸蚀；碱蚀；溶铝量；挤压痕；粗晶；焊合线。
　　1、工艺简介
7 L+ A6 a* m4 `8 v　　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。
( p+ v5 T; D! j; d　　2、酸蚀机理
# \/ ]4 K- n+ F0 s8 `: z　　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：
3 L: ~7 ~  ~6 O; y3 v( w7 Y　　3F-+A1-A1F3
# q2 G3 X# S. m/ H, j! C* N　　6F-+A13+-A1.F63-
( c: N9 Q- V8 M　　A1F63-+A12O3.3H2O-A13(OH)3F6+30H-
! z, t4 l' }: b% K　　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。
　　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。
, M: c; h1 c3 W4 _+ p8 w# {　　3、试验
6 x/ @0 x$ H. d! x　　3.1试验目的
1 F1 d) N( I3 G　　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。
' X9 |: ]1 p5 C: I1 _$ f! {0 e　　3.2试验材料
　　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。
　　3.3试验内容
　　3.3.1碱蚀工艺试验
$ A0 e! @: @3 o　　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.
　　表1碱蚀工艺试验要求
　　3.3.2酸蚀工艺试验
　　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。
　　3.4试验结果及分析
　　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。
2 Y) Q, m- h& b" Q! V- @　　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。
) S3 s8 P% T9 _, x8 @) l　　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。
$ A3 D, n# A& a1 `. L　　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。
　　3.5试验结论
　　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。
: M7 {* @1 c4 z0 }6 w　　4、生产应用
, \$ H' Y% C# i  ]　　4.1工艺流程
; `9 E6 N- X- \. Z/ {9 N, r4 y' K　　脱脂-水洗-酸蚀-水洗-碱洗-水洗-水洗-中和-水洗-常规阳极氧化
  T7 g2 P  C, X( u" L　　(酸蚀时要循环过滤)
! e0 D3 t" A/ L+ I" j7 O  w　　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。
( b6 ]+ O$ q9 @' u4 E　　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。
) {$ y% r  R" z8 p8 g* v! \# ~. g1 d- g　　4.3常见故障及对策
' P7 _& v5 [6 ]' r3 a　　(1)表面有点状斑
* U5 Z& _% r, `  e$ D　　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。
8 N, \8 x7 V* h  F( ?5 p9 K　　(2)表面无光泽
　　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)表面有机械纹
　　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。
　　(4)表面过腐蚀
- K- g# v5 f4 h　　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。
　　5、结束语
" k' D, Y. O4 w8 r8 a& D7 D3 y　　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。
文章关键词： 铝材   表面预处理