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酸蝕鋁型材表面預處理技術的應用

1、工藝簡介

  近年來,鋁合金亞光型材生產和銷售量越來越大,市場占有率在80%以上。目前亞光型材生產普遍使用堿蝕方法,鋁溶損在3%-5%之間,造成巨大資源浪費,而且大大增加了環保治理難度,加重了企業的“三廢”處理負擔。酸蝕技術是針對堿蝕方法的不足而研制開發的,在原理上完全有別于堿蝕亞光砂面處理。工藝主要采用了獨特的使鋁型材表面產生高度均勻的、高密度分子點腐蝕,通過改善型材表面凹凸處的物質結構,從而達到平整表面和消除冶金工藝造成的表面缺陷的效果(如能消除擠壓痕、掩蓋焊合線、緩和粗大晶粒等缺陷),使鋁型材表面平整細膩,金屬光澤柔和,大大提高了鋁型材的表面質量。采用酸蝕亞光工藝,鋁溶損在0.5%-0.8%之間,使生產成本降低到傳統亞光工藝的二分之一以下,生產效率又有大幅度的增加,具有很大的實用和經濟價值。

  2、酸蝕機理

  酸蝕是在特定條件下的化學浸蝕。鋁型材接觸蝕液,在很短時間內迅速反應生成絡合物,反應方程如下:

  3F-+A1-A1F3

  6F-+A13+-A1.F63-

  A1F63-+A12O3.3H2O-A13(OH)3F6+30H-

  生成的絡合物且具有一定的粘度,容易附著于鋁基體表面,形成一種保護膜。擠壓型材一般都有許多輕微的模痕,在高倍顯微鏡下觀察呈峰狀,粘附于鋁基體的保護膜在凹處較厚,凸處較薄,薄處接觸酸蝕液的幾率較大,能繼續較快地進行溶解反應;厚處受到粘附物的屏蔽而使濃液反應速度放慢,由于凹凸部位溶解速度的不同,從而達到平整表面、消除擠壓痕的(砂面)亞光效果。緩解粗晶和焊合線與酸蝕的特定性能有直接關系,在鋁型材生產中,粗晶和焊合線與模具、擠壓工藝及鑄棒均勻化有很大關系,氧化預處理時,堿蝕程度越深,粗晶和焊合線就越嚴重。由于酸蝕速度快,時間短,在還未出現嚴重粗晶和焊合線的情況下,反應就已結束,因此酸蝕工藝能有效緩解粗晶和焊合線。 

  酸蝕添加劑在酸蝕工藝中主要作用有以下幾個方面:(1)緩蝕作用:由于F-與自然氧化膜及鋁基體反應速度很快,且反應劇烈,容易出現粗晶和焊合線等表面質量缺陷。為了既能保持一定反應速度,又不至于造成質量缺陷,添加葡萄酸鈉、檸檬酸鈉、甘油等有機化合物來抑制酸蝕反應速度,從而達到緩蝕效果。(2)整平作用:擠壓型材有許多輕微的模痕,在高倍鏡下觀察呈山峰一般,加入磷酸三鈉、硅藻土、多元醇等化合物,可使型材模痕谷底受到保護,尖峰磨平,從而達到整平效果。(3)促進作用:加入促進劑可使酸蝕添加劑充分擴散到槽液中去,且有效進入被絡合物覆蓋的鋁基體表面內層,使反應得以繼續進行,以免造成型材腐蝕不勻。(4)表面活性劑作用;加入十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉等表面活性劑可進一步增強除油能力,以及在槽液表面產生一層泡沫,抑制熱量損失及槽液揮發,更重要作用是增加槽液穩定性,這是因為帶負電荷的表面活性劑能吸附在微粒周圍,使微粒產生靜電反力,從而使微粒能很好地懸浮在槽液中不易沉淀。(5)金屬離子作用:加入Cu2+、Ag+等金屬離子可防止過腐蝕,使砂面效果更細膩、均勻、砂面清晰。

  3、試驗

  3.1試驗目的

  通過對鋁型材進行酸蝕、堿蝕工藝試驗,比較兩種工藝獲得的型材表面質量以及生產過程中溶鋁量的大小。

  3.2試驗材料

  取同一批次、同一型號尺寸的幕墻型材作為試驗材料。幕墻型材特別是幾何尺寸大、壁厚較厚的型材,很容易在傳統堿蝕后出現粗晶和焊合線等缺陷,做酸蝕、堿蝕工藝試驗對比,具有一定代表性。

  3.3試驗內容

  3.3.1堿蝕工藝試驗

  取兩件試樣在堿蝕液中進行堿蝕處理,其它工序按常規氧化工藝操作。

  3.3.2酸蝕工藝試驗

  取兩件試樣在酸蝕液中進行酸蝕處理。型材經過酸蝕、水洗后在堿液中堿洗1min,其它工序按常規氧化工藝操作。

  3.4試驗結果及分析

  觀察堿蝕工藝制得的1#、2#樣件表面狀態。1#樣件表面砂面細微,有輕微擠壓痕,粗晶和焊合線不明顯;2#樣件表面砂面清晰,看不到擠壓痕,但有輕微粗晶及焊合線暴露。表明隨著堿蝕時間的增長,型材表面擠壓痕被蝕平,砂面更細致、均勻,但容易暴露出粗晶及焊合線等缺陷。

  觀察酸蝕工藝制得的3#、4#樣件表面狀態。兩個樣件表面質量相差無幾,都表現為砂面細膩、柔和,基本看不到擠壓痕、粗晶及焊合線的存在。表明酸蝕工藝能使型材在幾分鐘內獲得質量好的砂面狀態,擠壓痕被消除,能有效遮蓋焊合線,緩解粗晶現象,而且隨著酸蝕時間的增長,型材表面不容易產生過腐蝕。

  測量1#、2#樣件氧化前壁厚為3.0mm,氧化后1#樣件測得壁厚為2.96mm,壁厚損失0.04mm;2#樣件測得壁厚為2.92mm,壁厚損失0.08mm.表明堿蝕時間的增長,型材腐蝕量增大,生產砂面亞光型材,堿蝕溶鋁量在3%以上。

  測量3#、4#樣件氧化前壁厚為3.0mm,氧化后3#樣件測得壁厚不少于2.99mm,壁厚損失不超過0.01mm;4#樣件測得壁厚為2.99mm,壁厚損失不超過0.01mm.表明酸蝕時間的增長,型材溶鋁量增加很少,生產砂面亞光型材,酸蝕溶鋁量在0.5%以上。

  3.5試驗結論

  從以上試驗結果及分析中可以得出結論:鋁型材氧化表面處理采用酸蝕工藝是可行的。比較堿蝕而言,亞光砂面型材經酸蝕外理后鋁材損耗量大大降低,而且型材表面質量得以提高,預處理時間縮短,生產效率提升,綜合成本下降。 

  4、生產應用

  4.1工藝流程

  脫脂-水洗-酸蝕-水洗-堿洗-水洗-水洗-中和-水洗-常規陽極氧化

  (酸蝕時要循環過濾)

  鋁型材經脫脂和水漂洗后進入酸蝕工序。酸蝕并經水漂洗后再堿洗30s-1min,以去除表面粘附的絡合物。水洗、中和后按正常氧化工序完成陽極氧化(著色)及封孔處理。

  濾裝置,能有效保證槽液的除渣效果。有的廠家循環過濾裝置只是一臺板框壓濾機,隨著濾渣的增多,槽液循環流量不夠,造成除渣不良,影響槽液的使用。

  4.3常見故障及對策

  (1)表面有點狀斑

  型材表面出現局部點狀斑,說明槽液排渣不良,酸蝕槽有鋁渣,需改進槽液出液法,加大鋁渣回收量。

  (2)表面無光澤

  生產出來的型材表面粗糙無光,說明酸蝕添加劑中的促進劑含量不足,需補充促進劑含量。

  (3)表面有機械紋

  生產出來的型材表面有機械紋,說明酸蝕時間不夠,或槽液中酸蝕添加劑含量偏低,需補充氟化氫銨或添加劑含量。

  (4)表面過腐蝕

  型材表面出現過腐蝕,說明酸蝕時間太長,或酸蝕添加劑中的緩蝕劑及金屬離子含量不足,需調整酸蝕時間,補充槽液中酸蝕添加劑含量。

  5、結束語

  酸蝕表面預處理技術的應用,收到良好的表面質量效果和可觀的經濟效益。在提高產品表面質量,降低生產成本,為高檔化、集約化生產開辟新的途徑。

 

錄入人:孫寧 
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