鋁材光亮砂面工藝

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• 發(fā)布日期：2011-1-14   點(diǎn)擊：7978   

一、概述

鋁合金光亮酸性砂面技術(shù)是在我院研制的普通酸蝕、化學(xué)磨砂的基礎，成功開(kāi)發(fā)出的一項前沿技術(shù)。

鋁合金光亮酸性砂面技術(shù)徹底解決了酸蝕砂面材發(fā)暗的世界難題，是現有普通堿蝕、普通酸蝕、低溫拋光等多項鋁表面前處理的升級換代技術(shù)；不僅能生產(chǎn)平光材和噴砂材，還能生產(chǎn)一種全新的光亮酸蝕磨砂材。該技術(shù)的大面積運用將對我國鋁材加工企業(yè)產(chǎn)生廣泛而深遠的影響。

鋁合金酸蝕技術(shù)以其去機械紋能力強、起砂快、鋁耗低等諸多優(yōu)勢，在不到一年的時(shí)間內，迅速取代堿蝕，成為目前鋁合金氧化前處理的主流生產(chǎn)工藝。然而，自該技術(shù)推廣之日起，鋁合金表面發(fā)暗的問(wèn)題一直困繞著(zhù)生產(chǎn)廠(chǎng)家，也影響了產(chǎn)品檔次。為了克服上述缺陷，大部分廠(chǎng)家都配備了堿蝕槽和中和槽，即便如此，酸蝕材仍然比堿蝕材要暗得多，沒(méi)有根本解決問(wèn)題。此外，令鋁合金表面發(fā)暗的酸蝕灰十分頑固，即使經(jīng)過(guò)堿蝕槽、出光槽和氧化槽，也不能完全除掉，仍然會(huì )被帶進(jìn)著(zhù)色槽和電泳槽，使著(zhù)色材掛灰、電泳材縮孔，許多鋁合金廠(chǎng)不得不重新啟用堿槽。鋁合金光亮酸性砂面技術(shù)作為一種鋁合金表面處理的前沿技術(shù)，是對酸蝕槽液進(jìn)行深刻改造后，配備砂面拋光槽和平光拋光槽，對酸蝕材進(jìn)行光亮處理，不僅保留了酸蝕去機械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優(yōu)點(diǎn)，而且能徹底清除酸蝕灰，解決酸蝕材表面發(fā)暗和著(zhù)色槽、電泳槽被污染的弊端，是一項難得的技術(shù)突破。同時(shí)，機械噴砂材也存在表面掛灰和發(fā)暗的問(wèn)題，同樣需要進(jìn)行光亮處理。經(jīng)酸性砂面工藝處理的砂面材，表面無(wú)紋、無(wú)灰、細砂、亮麗。另外，由除油脫蠟液進(jìn)行除油、去膜、增亮和除灰，可以取代低溫拋光槽，以及三合一槽，生產(chǎn)平光材?？梢灶A見(jiàn)，隨著(zhù)光亮酸性砂面技術(shù)的迅速普及，我國砂面鋁合金的國際競爭能力有望得到迅速提升。

近幾年來(lái)，我院研發(fā)部門(mén)對鋁合金陽(yáng)極氧化前處理各項傳統工藝，如堿蝕、酸蝕、三酸拋光等進(jìn)行了詳細研究，結果發(fā)現：

1、光亮度方面：三酸拋光液中，由于硝酸等強氧化劑的存在，使鋁合金表面很容易被氧化出一層含致密氧化鋁的鈍化層，據此形成鏡面，因而三酸拋光最亮；堿蝕無(wú)鈍化作用，沒(méi)有拋光效果，但卻能保留金屬色；酸蝕最暗，鋁合金表面被一層酸蝕灰覆蓋，完全沒(méi)有金屬光澤。

2、去機械紋方面：普通酸蝕液中，反應產(chǎn)物粘附在鋁合金表面并填平機械紋溝底，溝底的鋁合金與酸蝕液完全隔絕，反應速度近乎為零，而溝表面的粘附產(chǎn)物較薄，酸蝕液可與鋁合金接觸，反應可快速進(jìn)行。這樣，溝表面與溝底產(chǎn)生了很大的反應速度差，從而實(shí)現了最強的去機械紋能力；堿蝕也具備較強的去機械紋能力，但利用的是粘性理論，即溝底的鋁離子濃度高于溝表面的鋁離子濃度，決定了溝表面的反應速度快于溝底的反應速度，從而實(shí)現了后車(chē)追上前車(chē)，消除機械紋的目的。由于溝底的反應速度只是被減緩，而不是像酸蝕那樣被徹底抑制，因而堿蝕去機械紋能力比酸蝕弱得多，且鋁耗是酸蝕的五倍以上。三酸拋光含有一定濃度的強氧化劑，使鋁合金表面產(chǎn)生鈍化膜，因而不具備去機械紋能力。

3、砂面作用：酸蝕與堿蝕形成砂面的機理不同，因而生成的砂粒各異。在酸蝕液中，以陰極(Mg2Si,Al2Fe3Si等)為中心，與之周邊相鄰的陽(yáng)極相(純鋁相)被不斷溶解，鋁離子進(jìn)入槽液，形成砂坑；同時(shí)，氟離子有可能與一些金屬陽(yáng)離子絡(luò )合，借助氟作為運載工具，在陰極相析出，形成砂峰；由此可見(jiàn)，陰極相是形成砂粒的砂源，其在合金中的均勻、細膩的分布程度直接決定酸蝕砂面的外觀(guān)質(zhì)量；為此，國內很多廠(chǎng)家采用摻復錠的方法，在不超標的前提下，適當增加合金元素含量，形成均勻細膩的陰極相，從而生產(chǎn)出比僅用純鋁錠漂亮得多的酸蝕砂面材。在堿蝕液中，鋁的反應方式略有不同。首先，按原電池原理，陰極相周?chē)募冧X相(陽(yáng)極相)被不斷溶解，形成砂坑；但由于沒(méi)有氟離子作為運載工具，陰極相區域沒(méi)有析出，不能形成較尖的砂峰；另外，在堿性條件下，由于沒(méi)有像酸性條件下的鈍化反應制約，堿蝕反應可以毫無(wú)障礙地快速進(jìn)行，相鄰砂坑可能連通，形成較大砂坑；因此，堿蝕砂因其砂峰不尖，砂坑過(guò)大而遠沒(méi)有酸蝕砂漂亮!三酸拋光是在酸性條件下進(jìn)行，強氧化劑的存在使鋁合金表面的鈍化反應非常明顯，幾乎無(wú)法起砂和去機械紋。

4、綜合成本對比：三酸拋光成本最高。因為滴流時(shí)間不能超過(guò)40秒，大量的拋光液被帶進(jìn)水洗槽(約500Kg/噸材)，既增加了廢水處理成本，又使拋光成本非常昂貴；此外，黃煙的處理需要很大的設備投資，并需要大量的處理費用；另外，拋光材成品率不高，進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本。盡管堿蝕磨砂消耗的藥劑成本不高，但需要損耗40-50Kg鋁/噸材,約800-1000元，并且還需增加額外廢水處理費用。普通酸蝕磨砂藥劑消耗成本較低，約300元/噸材，鋁耗也很低，約8-10Kg/噸材。從綜合成本考慮，三酸拋光最貴，堿蝕次之，酸蝕最低。

5、外觀(guān)質(zhì)量對比：就亮度而言，三酸拋光最亮，堿蝕次之，酸蝕最暗；從砂面來(lái)看，酸蝕砂均勻細膩，堿蝕砂粗大不勻；三酸拋光基本不起砂；同樣，酸蝕去機械紋的能力是堿蝕的三倍以上，而三酸拋光沒(méi)有去線(xiàn)紋能力。

6、和酸蝕對比：“鋁合金光亮酸蝕工藝”采用四槽方式對鋁合金進(jìn)行酸蝕，其中光亮酸蝕和砂面拋光兩個(gè)槽子的作用就是起砂和促使砂面提高亮度。能否采用一個(gè)槽處理就能達到要求。經(jīng)我院不斷深入研究終于開(kāi)發(fā)出集起砂、光亮于一身的“鋁材光亮酸砂劑”，鋁合金光亮酸性砂面工藝中光亮酸砂槽集去紋、起砂、除灰、拋光于一身，對于部分鋁材表面處理，可以簡(jiǎn)化“鋁合金光亮酸蝕工藝”中的砂面拋光步驟，減少了原料成本（750元/噸材）和生產(chǎn)成本。為鋁材表面處理工序的減化和節約資源作出了更重要的貢獻。

二、工藝說(shuō)明如下

（1）除油脫蠟槽：此除油槽不同于一般的酸性除油劑，除了脫脂、脫蠟功能外，還可脫自然氧化膜，去表面毛剌，并進(jìn)行低溫拋光；由除油脫蠟槽、砂面拋光和平光拋光槽組合，可實(shí)現迄今為止能力最強的低溫拋光功能，生產(chǎn)光亮酸蝕平光材；

（2）光亮酸砂槽：此槽是在現有酸蝕槽的基礎上添加特殊的添加劑改造而成，保留原有抽渣設備不變，不需額外加溫和降溫。光亮酸蝕與普通酸蝕有本質(zhì)的不同。首先，普通酸蝕去機械紋及表面瑕疵的能力較弱，經(jīng)光亮處理后，表面缺陷暴露無(wú)余。光亮酸蝕極大限度提高了酸蝕槽的能力，能在相同或更短的時(shí)間內完全消除表面缺陷；其次，鋁合金經(jīng)普通酸蝕處理后表面很暗，要除灰和增亮，難度很大，增加了砂面拋光槽和平光拋光槽的壓力。除了延長(cháng)拋光時(shí)間外，還增加了砂面拋光劑和平光拋光劑的藥劑消耗。光亮酸蝕在提高酸蝕能力的同時(shí)，能使鋁合金底色發(fā)青、發(fā)亮，為以后的砂面拋光和平光拋光工序打下良好基礎。

（3）砂面拋光槽：砂面拋光是一種全新的表面處理概念，是對酸蝕技術(shù)的深刻改造和變革調整。鋁合金經(jīng)酸蝕后，不是過(guò)堿槽，而是砂面拋光槽，對酸蝕材進(jìn)行除灰、拋光，既保留了酸蝕材的細砂，無(wú)紋和低鋁耗，又增加了光亮度和金屬色，光亮酸蝕和砂面拋光技術(shù)的接合，能生產(chǎn)出一個(gè)新的鋁材種——表面無(wú)紋、細砂、光亮、保留金屬色的光亮酸蝕磨砂材。此外，砂面拋光槽可對噴砂材增亮，提高噴砂材檔次，生產(chǎn)光亮酸蝕噴砂材。砂面拋光槽在普通防腐槽內開(kāi)槽，不加溫，不降溫，不抽渣，少量酸渣結晶于槽底，年底清槽。

（4）平光拋光槽：設置本槽有兩大目的，即對經(jīng)砂面拋光處理的鋁合金進(jìn)行平光拋光和精除灰。

A、平光拋光：平光拋光槽既能生成一定厚度的氧化膜，又能大幅增加鋁合金亮度。由于陽(yáng)極氧化使經(jīng)砂面拋光處理后的鋁合金失光，先進(jìn)行平光拋光處理，表面先形成一層致密氧化層，將光澤固定下來(lái)，然后再進(jìn)行陽(yáng)極氧化，大幅降低失光；另外，鋁合金從砂面拋光到陽(yáng)極氧化之前，需多道水洗，并有可能在空中或水洗槽滯留，產(chǎn)生點(diǎn)蝕，若先過(guò)平光拋光槽，預制一定厚度的化學(xué)氧化膜，先行保護起來(lái)，從而避免氧化之前在水洗槽中產(chǎn)生點(diǎn)蝕或花材，提高成品率。

B、精除灰：酸蝕灰很頑固，一般方法很難清除，能?chē)乐赜绊懰嵛g材的外觀(guān)質(zhì)量。盡管砂面拋光槽能清除絕大部分酸蝕灰，但在某些特殊條件下，仍可能有少量殘留。平光拋光槽能徹底清除酸蝕灰，從而保證鋁合金質(zhì)量，并徹底杜絕了酸蝕灰對著(zhù)色槽和電泳槽的污染。

（5）水性有機封孔槽：對于部分不需要陽(yáng)極氧化的鋁合金材料，可以采用“水性有機封孔劑”直接封孔出廠(chǎng)，“水性有機封孔劑”能在鋁材表面形成一層堅固耐蝕、高硬度（3H）、抗手印、抗劃傷膜層，在保證各項優(yōu)異性能的同時(shí)增加底材的光澤度。

3、操作方式：鋁合金經(jīng)1-4分鐘除油、經(jīng)一道水洗后進(jìn)光亮酸蝕槽，反應4-12分鐘后，不用水洗，直接進(jìn)砂面拋光槽（選擇性使用該槽），反應3-9分鐘，經(jīng)一道水洗，進(jìn)平光拋光槽，反應3-7分鐘后，經(jīng)兩道水洗，即可進(jìn)陽(yáng)極氧化槽或水性有機封孔槽，完成表面前處理。

三、鋁合金光亮酸性砂面工藝特點(diǎn)

鋁合金光亮酸性砂面工藝由除油脫蠟、光亮酸砂、砂面拋光和平光拋光四道工序組成，除油脫蠟槽負責脫脂、脫蠟、去自然氧化膜；光亮酸砂槽負責去紋、起砂和調整鋁合金底色至初步發(fā)青發(fā)亮；砂面拋光槽負責除掉酸蝕灰和對砂面材進(jìn)行低溫拋光；平光拋光槽負責進(jìn)一步增加亮度和精除灰，并固定鋁合金金屬光澤。四道工序互相依存、互相配合，組成一套完整且嚴密的光亮酸蝕技術(shù)。

本套技術(shù)的核心是光亮酸蝕砂面、磨砂材低溫拋光及平光材低溫拋光。即由除油脫蠟槽、光亮酸砂槽、砂面拋光槽和平光拋光槽組合可生產(chǎn)光亮酸蝕磨砂材；由砂面拋光槽（或光亮酸蝕槽）和平光拋光槽組合可生產(chǎn)光亮酸蝕噴砂材；由除油脫蠟槽和平光拋光槽組合可生產(chǎn)光亮酸蝕平光材。本套技術(shù)的使用，可使堿槽徹底退出生產(chǎn)過(guò)程（僅保留作退自然氧化膜用），大大降低鋁耗。本技術(shù)與著(zhù)色、電泳等后處理技術(shù)的接合，能生產(chǎn)出迄今為止最亮麗的光亮酸蝕磨砂(著(zhù)色、電泳)鋁合金。

1、提出一套完整的四槽組合技術(shù)，完全用酸性方法處理鋁合金，涵蓋低溫條件下的所有氧化前處理工藝。雖然傳統堿蝕方法也可以生產(chǎn)磨砂材、平光材和噴砂材，但過(guò)高的鋁耗、亮度不夠和砂粒太粗，使其逐步被取代；普通酸蝕不能生產(chǎn)平光材，而一般低溫拋光又不能生產(chǎn)磨砂材。本套技術(shù)，由除油脫蠟槽、光亮酸砂槽、砂面拋光槽和平光拋光槽組合，可生產(chǎn)光亮酸蝕磨砂材；由除油脫蠟槽和平光拋光槽組合，可生產(chǎn)光亮酸蝕平光材；由砂面拋光槽和平光拋光槽組合，能生產(chǎn)光亮酸蝕噴砂材。由于這些鋁合金都是在酸性條件下生產(chǎn)，且又經(jīng)歷過(guò)拋光過(guò)程，均具有低鋁耗、高亮度的特征。

2、提出光亮酸砂的概念，鋁合金在去紋，起砂的同時(shí)，底色已發(fā)青發(fā)亮。普通酸蝕槽，其功能僅限于起砂和去紋，鋁合金底色呈灰白色，十分難看。本公司對酸蝕槽進(jìn)行了深刻改造，成功開(kāi)發(fā)出鋁材光亮酸砂劑，使鋁合金在酸蝕的同時(shí)，底色已發(fā)青發(fā)亮!

3、提出砂面拋光的概念，集除灰和拋光于一槽，實(shí)現了徹底清除酸蝕灰的重大技術(shù)突破，同時(shí)還獲得了砂面材的低溫拋光效果。自從酸蝕砂面技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，如何清除酸蝕灰，是鋁加工行業(yè)面臨的一個(gè)十分令人頭痛的問(wèn)題。盡管提出了許多解決方案，但都不能從根本上解決問(wèn)題，不得已延用堿槽和中和槽，既增加了鋁耗，又沒(méi)有徹底解決酸蝕灰問(wèn)題。砂面拋光劑的應用，使絕大部分酸蝕灰得以清除，鋁合金恢復了金屬色，并獲得了相當程度的拋光效果。

4、提出了平光拋光的概念，將鋁合金拋光后的亮度先行固定下來(lái)，有效降低陽(yáng)極氧化失光。陽(yáng)極氧化造成拋光材失光，是鋁加工行業(yè)的共識，一般都是在陽(yáng)極氧化槽本身尋找降低失光的途徑，很難有大的技術(shù)突破。我院在陽(yáng)極氧化槽以外尋找解決失光問(wèn)題途徑：即借用洗相術(shù)中定影的技術(shù)思路，設法讓鋁合金的拋光亮度先行固定下來(lái)，然后再進(jìn)行陽(yáng)極氧化，有效降低亮度損失。即在砂面拋光槽和陽(yáng)極氧化槽之間設置平光拋光槽，對拋光材先進(jìn)行不失光(反而增光)的化學(xué)氧化，使鋁合金表面生成一層非常致密的化學(xué)氧化膜，將亮度先固定下來(lái)，然后再進(jìn)行陽(yáng)極氧化，有效降低失光；對許多工業(yè)材和室內裝修材而言，只需進(jìn)行有機封孔就可出廠(chǎng)，拋光亮度可100%保留!

四、光亮酸性砂面技術(shù)與其它氧化前處理技術(shù)比較

目前，現有的鋁合金陽(yáng)極氧化前處理方法主要包括堿蝕磨砂、堿蝕平光、酸蝕磨砂、鏡面拋光、三酸拋光等幾種技術(shù)。與上述幾種技術(shù)相比，經(jīng)常溫光亮酸性砂面技術(shù)處理過(guò)的鋁合金，表面平整、光亮，更加美觀(guān)。常溫光亮酸性砂面技術(shù)與其它處理技術(shù)相比有下述優(yōu)勢：

1、堿蝕磨砂：堿蝕磨砂作為一種傳統處理技術(shù)，一直存在著(zhù)腐蝕時(shí)間長(cháng)(約15分鐘)、鋁耗高(約50公斤)、堿耗高(約50公斤)，廢水處理量太大等弊端。不僅如此，盡管付出如此高昂的代價(jià)，堿蝕砂面鋁合金表面還是砂粒太粗，機械紋不能完全除掉。因此，堿蝕砂面技術(shù)對模具要求非常高，一套模具大約只能擠壓八噸材。光亮酸性砂面技術(shù)既具有酸蝕時(shí)間短(8-10分鐘)、鋁耗低(8-10公斤)、酸渣可回收、廢水少的優(yōu)點(diǎn)，又具備普通酸蝕磨砂技術(shù)起砂快、去機械紋能力強、對模具要求不高(一套模具能擠壓16噸材)的能力，還添加了磨砂材低溫拋光功能，使得鋁合金表面細砂、無(wú)紋、光亮。從綜合成本角度分析，光亮酸蝕比堿蝕磨砂成本相當；從鋁合金表面質(zhì)量看，明顯高一個(gè)檔次。

2、普通酸蝕磨砂：酸蝕磨砂技術(shù)具有去機械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優(yōu)點(diǎn)，但由于鋁合金經(jīng)酸蝕處理后，表面附著(zhù)大量酸蝕灰，不得以仍須過(guò)堿蝕槽和中和槽，以便清除部分酸蝕灰；盡管如此，還殘存著(zhù)一些十分頑固的酸蝕灰，使鋁合金表面發(fā)暗，并且污染著(zhù)色槽和電泳槽。光亮酸性砂面技術(shù)不僅保留了酸蝕去機械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優(yōu)點(diǎn)，而且能徹底清除酸蝕灰，從根本上解決酸蝕材表面發(fā)暗、著(zhù)色槽、電泳槽被污染的問(wèn)題。經(jīng)光亮酸性砂工藝處理的鋁合金，既恢復了金屬色，又顯示出相當程度的低溫拋光效果。

3、堿蝕平光：（堿性脫脂）堿蝕平光是鋁合金表面前處理的最古老的技術(shù)之一，一直沿用至今。該技術(shù)只有兩種功能，即除油和脫自然氧化膜。但為此也付出了12-15公斤的鋁耗。常溫光亮酸性砂面技術(shù)除了具有除油、脫膜功能外，還具備低溫拋光功能，能對鋁合金進(jìn)行低溫拋光；此外，鋁耗也只有3公斤左右；

4、鏡面拋光：鏡面拋光具有鋁耗低、可起砂、去機械紋、亮度超過(guò)三酸拋光的優(yōu)點(diǎn)，但存在著(zhù)對材質(zhì)要求高（不能摻廢鋁）、藥劑消耗較大（約250Kg）、工作溫度高（110度）的缺點(diǎn)。光亮酸性砂面技術(shù)既能起砂、去機械紋，又能進(jìn)行低溫拋光，使鋁合金恢復金屬色。盡管其亮度比不上鏡面拋光材，但仍具有工作溫度低、砂粒比鏡面拋光材均勻、細膩、機械紋去得徹底，且材質(zhì)可摻廢鋁（約30%左右）等技術(shù)優(yōu)勢。

5、三酸拋光技術(shù)：三酸拋光具有鋁耗低、鋁合金表面能形成鏡面的優(yōu)點(diǎn)，但存在工作溫度高（110度）、藥劑消耗大（約500Kg）、不能起砂、不能去機械紋、嚴重污染環(huán)境的弱點(diǎn)，且綜合成本太高；正因為如此，三酸拋光材的市場(chǎng)份額不足砂面材的十分之一。光亮酸性砂面技術(shù)能去機械紋、能起均勻、細膩亮砂的優(yōu)點(diǎn)正好彌補了上述不足，且綜合成本只有三酸拋光的一半。

6、與光亮酸蝕技術(shù)相比：常溫光亮酸性砂面處理槽集合光亮酸蝕和砂面拋光起砂、調砂、拋光的優(yōu)點(diǎn)。處理過(guò)的鋁材其光亮度優(yōu)于增亮酸蝕，一槽頂兩槽用。