云清化工鋁材光亮砂面工藝
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- 發布日期：2011-1-14 點擊：8905
一、概述
鋁合金光亮酸性砂面技術是在我院研制的普通酸蝕、化學磨砂的基礎，成功開發出的一項前沿技術。
鋁合金光亮酸性砂面技術徹底解決了酸蝕砂面材發暗的世界難題，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；不僅能生產平光材和噴砂材，還能生產一種全新的光亮酸蝕磨砂材。該技術的大面積運用將對我國鋁材加工企業產生廣泛而深遠的影響。
鋁合金酸蝕技術以其去機械紋能力強、起砂快、鋁耗低等諸多優勢，在不到一年的時間內，迅速取代堿蝕，成為目前鋁合金氧化前處理的主流生產工藝。然而，自該技術推廣之日起，鋁合金表面發暗的問題一直困繞著生產廠家，也影響了產品檔次。為了克服上述缺陷，大部分廠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，沒有根本解決問題。此外，令鋁合金表面發暗的酸蝕灰十分頑固，即使經過堿蝕槽、出光槽和氧化槽，也不能完全除掉，仍然會被帶進著色槽和電泳槽，使著色材掛灰、電泳材縮孔，許多鋁合金廠不得不重新啟用堿槽。鋁合金光亮酸性砂面技術作為一種鋁合金表面處理的前沿技術，是對酸蝕槽液進行深刻改造后，配備砂面拋光槽和平光拋光槽，對酸蝕材進行光亮處理，不僅保留了酸蝕去機械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優點，而且能徹底清除酸蝕灰，解決酸蝕材表面發暗和著色槽、電泳槽被污染的弊端，是一項難得的技術突破。同時，機械噴砂材也存在表面掛灰和發暗的問題，同樣需要進行光亮處理。經酸性砂面工藝處理的砂面材，表面無紋、無灰、細砂、亮麗。另外，由除油脫蠟液進行除油、去膜、增亮和除灰，可以取代低溫拋光槽，以及三合一槽，生產平光材?？梢灶A見，隨著光亮酸性砂面技術的迅速普及，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，我院研發部門對鋁合金陽極氧化前處理各項傳統工藝，如堿蝕、酸蝕、三酸拋光等進行了詳細研究，結果發現：
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；堿蝕無鈍化作用，沒有拋光效果，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，完全沒有金屬光澤。
2、去機械紋方面：普通酸蝕液中，反應產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，而溝表面的粘附產物較薄，酸蝕液可與鋁合金接觸，反應可快速進行。這樣，溝表面與溝底產生了很大的反應速度差，從而實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，從而實現了后車追上前車，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，與之周邊相鄰的陽極相(純鋁相)被不斷溶解，鋁離子進入槽液，形成砂坑；同時，氟離子有可能與一些金屬陽離子絡合，借助氟作為運載工具，在陰極相析出，形成砂峰；由此可見，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質量；為此，國內很多廠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，陰極相周圍的純鋁相(陽極相)被不斷溶解，形成砂坑；但由于沒有氟離子作為運載工具，陰極相區域沒有析出，不能形成較尖的砂峰；另外，在堿性條件下，由于沒有像酸性條件下的鈍化反應制約，堿蝕反應可以毫無障礙地快速進行，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，砂坑過大而遠沒有酸蝕砂漂亮!三酸拋光是在酸性條件下進行，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。因為滴流時間不能超過40秒，大量的拋光液被帶進水洗槽(約
5、外觀質量對比：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，而三酸拋光沒有去線紋能力。
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行酸蝕，其中光亮酸蝕和砂面拋光兩個槽子的作用就是起砂和促使砂面提高亮度。能否采用一個槽處理就能達到要求。經我院不斷深入研究終于開發出集起砂、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，可實現迄今為止能力最強的低溫拋光功能，生產光亮酸蝕平光材；
（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的不同。首先，普通酸蝕去機械紋及表面瑕疵的能力較弱，經光亮處理后，表面缺陷暴露無余。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間內完全消除表面缺陷；其次，鋁合金經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。除了延長拋光時間外，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，能使鋁合金底色發青、發亮，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，是對酸蝕技術的深刻改造和變革調整。鋁合金經酸蝕后，不是過堿槽，而是砂面拋光槽，對酸蝕材進行除灰、拋光，既保留了酸蝕材的細砂，無紋和低鋁耗，又增加了光亮度和金屬色，光亮酸蝕和砂面拋光技術的接合，能生產出一個新的鋁材種——表面無紋、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，生產光亮酸蝕噴砂材。砂面拋光槽在普通防腐槽內開槽，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，即對經砂面拋光處理的鋁合金進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。由于陽極氧化使經砂面拋光處理后的鋁合金失光，先進行平光拋光處理，表面先形成一層致密氧化層，將光澤固定下來，然后再進行陽極氧化，大幅降低失光；另外，鋁合金從砂面拋光到陽極氧化之前，需多道水洗，并有可能在空中或水洗槽滯留，產生點蝕，若先過平光拋光槽，預制一定厚度的化學氧化膜，先行保護起來，從而避免氧化之前在水洗槽中產生點蝕或花材，提高成品率。
B、精除灰：酸蝕灰很頑固，一般方法很難清除，能嚴重影響酸蝕材的外觀質量。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，從而保證鋁合金質量，并徹底杜絕了酸蝕灰對著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，“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，在保證各項優異性能的同時增加底材的光澤度。
3、操作方式：鋁合金經1-4分鐘除油、經一道水洗后進光亮酸蝕槽，反應4-12分鐘后，不用水洗，直接進砂面拋光槽（選擇性使用該槽），反應3-9分鐘，經一道水洗，進平光拋光槽，反應3-7分鐘后，經兩道水洗，即可進陽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
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青發亮；砂面拋光槽負責除掉酸蝕灰和對砂面材進行低溫拋光；平光拋光槽負責進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。
本套技術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光亮酸蝕噴砂材；由除油脫蠟槽和平光拋光槽組合可生產光亮酸蝕平光材。本套技術的使用，可使堿槽徹底退出生產過程（僅保留作退自然氧化膜用），大大降低鋁耗。本技術與著色、電泳等后處理技術的接合，能生產出迄今為止最亮麗的光亮酸蝕磨砂(著色、電泳)鋁合金。
1、提出一套完整的四槽組合技術，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磨砂材、平光材和噴砂材，但過高的鋁耗、亮度不夠和砂粒太粗，使其逐步被取代；普通酸蝕不能生產平光材，而一般低溫拋光又不能生產磨砂材。本套技術，由除油脫蠟槽、光亮酸砂槽、砂面拋光槽和平光拋光槽組合，可生產光亮酸蝕磨砂材；由除油脫蠟槽和平光拋光槽組合，可生產光亮酸蝕平光材；由砂面拋光槽和平光拋光槽組合，能生產光亮酸蝕噴砂材。由于這些鋁合金都是在酸性條件下生產，且又經歷過拋光過程，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，底色已發青發亮。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。本公司對酸蝕槽進行了深刻改造，成功開發出鋁材光亮酸砂劑，使鋁合金在酸蝕的同時，底色已發青發亮!
3、提出砂面拋光的概念，集除灰和拋光于一槽，實現了徹底清除酸蝕灰的重大技術突破，同時還獲得了砂面材的低溫拋光效果。自從酸蝕砂面技術問世以來，如何清除酸蝕灰，是鋁加工行業面臨的一個十分令人頭痛的問題。盡管提出了許多解決方案，但都不能從根本上解決問題，不得已延用堿槽和中和槽，既增加了鋁耗，又沒有徹底解決酸蝕灰問題。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，有效降低陽極氧化失光。陽極氧化造成拋光材失光，是鋁加工行業的共識，一般都是在陽極氧化槽本身尋找降低失光的途徑，很難有大的技術突破。我院在陽極氧化槽以外尋找解決失光問題途徑：即借用洗相術中定影的技術思路，設法讓鋁合金的拋光亮度先行固定下來，然后再進行陽極氧化，有效降低亮度損失。即在砂面拋光槽和陽極氧化槽之間設置平光拋光槽，對拋光材先進行不失光(反而增光)的化學氧化，使鋁合金表面生成一層非常致密的化學氧化膜，將亮度先固定下來，然后再進行陽極氧化，有效降低失光；對許多工業材和室內裝修材而言，只需進行有機封孔就可出廠，拋光亮度可100%保留!
四、光亮酸性砂面技術與其它氧化前處理技術比較
目前，現有的鋁合金陽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。與上述幾種技術相比，經常溫光亮酸性砂面技術處理過的鋁合金，表面平整、光亮，更加美觀。常溫光亮酸性砂面技術與其它處理技術相比有下述優勢：
1、堿蝕磨砂：堿蝕磨砂作為一種傳統處理技術，一直存在著腐蝕時間長(約15分鐘)、鋁耗高(約
2、普通酸蝕磨砂：酸蝕磨砂技術具有去機械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優點，但由于鋁合金經酸蝕處理后，表面附著大量酸蝕灰，不得以仍須過堿蝕槽和中和槽，以便清除部分酸蝕灰；盡管如此，還殘存著一些十分頑固的酸蝕灰，使鋁合金表面發暗，并且污染著色槽和電泳槽。光亮酸性砂面技術不僅保留了酸蝕去機械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優點，而且能徹底清除酸蝕灰，從根本上解決酸蝕材表面發暗、著色槽、電泳槽被污染的問題。經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之一，一直沿用至今。該技術只有兩種功能，即除油和脫自然氧化膜。但為此也付出了12
4、鏡面拋光：鏡面拋光具有鋁耗低、可起砂、去機械紋、亮度超過三酸拋光的優點，但存在著對材質要求高（不能摻廢鋁）、藥劑消耗較大（約
5、三酸拋光技術：三酸拋光具有鋁耗低、鋁合金表面能形成鏡面的優點，但存在工作溫度高（110度）、藥劑消耗大（約
6、與光亮酸蝕技術相比：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、拋光的優點。處理過的鋁材其光亮度優于增亮酸蝕，一槽頂兩槽用。