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    技術連載“鋁材化學磨砂拋光”(一)

    來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理  作者:*  日期:2010-1-7
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    關鍵詞:鋁材 化學 磨砂 拋光 技術 研發(fā)部門 處理 研究

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      一、研究背景

      鋁材化學磨砂拋光技術是在整平光亮技術和光亮酸蝕技術的基礎上,成功開發(fā)出的又一項獨家專有技術。

      近幾年來,研發(fā)部門對鋁材陽極氧化前處理各項傳統(tǒng)工藝,如堿蝕、酸蝕、三酸拋光等進行了詳細研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):

      1、鋁材亮度:三酸拋光液中,由于硝酸等強氧化劑的存在,使鋁材表面很容易被氧化出一層含致密氧化鋁的鈍化層,據(jù)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,鋁材表面被一層酸蝕灰覆蓋,完全沒有金屬光澤。

      2、機械紋:酸蝕液中,反應產(chǎn)物粘附在鋁材表面并填平機械紋溝底,溝底的鋁材與酸蝕液完全隔絕,反應速度幾乎為零,而溝表面的粘附產(chǎn)物較薄,酸蝕液可與鋁材接觸,反應可快速進行。這樣,溝表面與溝底產(chǎn)生了很大的反應速度差,從而實現(xiàn)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(xiàn)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,而不是象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,使鋁材表面產(chǎn)生鈍化膜,因而不具備去機械紋能力。

      3、砂面: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,以陰極相(Mg2Si,AlFeSi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(zhì)量;為此,國內(nèi)很多廠家采用摻復錠的方法,人為引人雜質(zhì)金屬,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(qū)域沒有析出,不能形成較尖的砂峰;另外,在堿性條件下,由于沒有象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材表面的鈍化反應非常明顯,幾無去機械紋和起砂能力。

      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400-500Kg/噸材),既增加了廢水處理成本,又使拋光成本非常昂貴,高達2000-3000元;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。

      A.<<鋁材光亮酸蝕技術>>:本項技術是對酸蝕技術的深刻改造,既要求保留酸蝕均勻細膩的砂面,高效徹底的去機械紋能力,又必須徹底清除酸蝕灰,恢復金屬色,并具備一定程度的拋光能力。2004年初,光亮酸蝕鋁材已大量上市。

      B.<<鋁材整平光亮技術>>:本項技術是對三酸拋光技術的深刻改造,既要求保留三酸拋光的亮度,又必須移植酸蝕去機械紋和起砂的能力;同時,杜絕黃煙,改進滴流,盡可能延長滴流時間,降低藥劑消耗,提高成品率。經(jīng)過不懈努力,鋁材整平光亮技術基本實現(xiàn)了高亮度、無黃煙、可長時間滴流、低藥劑消耗(約200-250Kg/噸材)、鋁材表面永無流痕和成品率高的技術優(yōu)勢,并于2002年初成功推向市場。

      C.<<鋁材酸性低溫半拋光技術>>:近年來,生產(chǎn)平光鋁材采用較低成本的堿蝕或酸性低溫拋光等方法,藥劑消耗低,鋁耗低。堿蝕方法有13Kg/噸材的鋁耗,且鋁材亮度不高;酸性低溫拋光方法,如除油,三合一等確實能降低鋁耗,但增加的亮度很有限。鋁材酸性低溫半拋光技術正是為生產(chǎn)一定亮度的平光材而設計的一項新穎技術,她保留了三合一的低鋁耗,卻把鋁材的亮度提高到普通堿蝕或三合一所無法迄及的水平。本項技術難度很大,還在開發(fā)中。

      經(jīng)過兩年多的生產(chǎn)運行,發(fā)現(xiàn)鋁材整平光亮技術仍存在如下缺陷:

      (1)亮度不夠,僅相當于三酸拋光的80%;

      (2)容易起砂,不能做鏡面材;

      (3)腐蝕鈦夾具,影響做工業(yè)材。

      為此,本公司對自行設計的整平光亮技術進行了系列改進,并于2004初成功推出其換代技術--鋁材化學磨砂拋光技術。

      二、產(chǎn)品簡介

      鋁材化學磨砂拋光技術是在鋁材整平光亮技術的基礎上發(fā)展起來的,她保留了整平光亮技術的大部分優(yōu)點,如能起砂、去機械紋,能以任意時間滴流而沒有流痕和花材、大幅度降低拋光液消耗等,并對其弱點進行了深刻改進,如亮度不夠、不能做鏡面材、腐蝕鈦夾具和不能自動清除鋁材表面殘存拋光黑灰等,這些長期困擾本公司的技術難題,通過鋁材化學磨砂拋光技術,得到有效合理的解決。

      三、操作方式

      化學磨砂拋光技術按下述方式安排反應槽:

      化學磨砂:鏡面拋光→水洗→水洗→保光氧化→水洗→水洗

      風干:有機封孔→涼干→烘干

      說明:

      1.化學磨砂槽:本槽相當于原整平光亮槽,主要功能是在80-120度下對鋁材去機械紋、起砂和拋光(約相當三酸拋光亮度的80%);本槽工作過程中無黃煙,鋁材從本槽取出時,可任意滴流,絕對沒有流痕,也不會花材。

      2.鏡面拋光槽:本槽富含強氧化劑,相當于三酸拋光槽,能對鋁材進行鏡面拋光。與三酸槽相比,本槽具有如下特點:

      a.近無黃煙:本槽添加有足夠量的煙霧抑制劑,黃煙的分解被抑制到最低限度;由于強氧化劑分解較慢,濃度比三酸槽穩(wěn)定,因此不同批次鋁材的亮度差別比三酸拋光要小得多。

      b.亮度增加:三酸拋光的亮度,除了與磷酸濃度、硝酸濃度、溫度有關外,還與拋光液的含水量有關。含水量越高,亮度越低;三酸拋光液中磷酸含量高達80%(磷酸的含水量為15%),相應水含量不低于12%;如此高的水含量必然降低拋光材的亮度,同時也為我們提高亮度留足了技術改造空間。鏡面拋光液在制作過程中,經(jīng)過長時間的高溫濃縮,水含量不足5%,因此鏡面拋光材的亮度明顯提高。

      c.可長時間滴流:考慮到三酸拋光反應過于劇烈,鋁材離開槽液后,滴流時間不能超過40秒,大量拋光液被帶進水洗槽,造成拋光材成本過于昂貴的弱點,鏡面拋光液中添加有足夠量的緩蝕劑,保護鋁材離開槽液后,可在空中按任意時間滴流而不花材,也沒流痕,由此可節(jié)約拋光液50%以上。

      d.自動除灰:摻有一定比例復錠的鋁材(或拋光液老化)經(jīng)三酸拋光后,表面往往有一層黑灰,一般方法很難除去,嚴重影響拋光材質(zhì)量;瘜W磨砂槽和鏡面拋光槽中,均添加有除灰成份,可自動清除拋光灰。

      e.成品率高:由于鏡面拋光槽解決了色差、流痕、花材、拋光灰等問題,使得成品率大幅提高,從而降低了成本,提高了生產(chǎn)效率。

      3.保光氧化槽:設置本槽有兩大目的,即對鏡面拋光材進行保光化學氧化和精除灰。

      a.保光氧化:保光氧化槽既能生成一定厚度的氧化膜,又能完全保留原有亮度。由于陽極氧化使鏡面拋光材失光,而有些鋁材,如燈飾、機殼、家什等,不需要厚氧化膜,因此可用保光氧化方法,經(jīng)有機封孔后,直接出廠,避免失光;另外,鋁材從鏡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(chǎn)生點蝕,若先過保光氧化槽,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(chǎn)生點蝕或花材,提高成品率。

      b.精除灰:拋光灰的來源有兩種,一是鋁合金中有摻雜,二是拋光液老化。拋光灰用一般方法很難清除,能嚴重影響拋光材的外觀質(zhì)量。盡管化學磨砂和鏡面拋光槽中已添加有除灰劑,能清除絕大部分拋光灰,但在某些特殊條件下,仍可能有少量殘留拋光灰。保光氧化槽能徹底清除拋光灰,從而保證拋光材質(zhì)量。

      4.有機封孔槽:本槽是專門為保光氧化槽配備的后處理槽。鋁材經(jīng)保光氧化后,表面已經(jīng)鈍化,形成一層致密氧化層,拋光亮度被完全固定下來,并有一定程度的增亮效果,還需進行恰當氧化后處理,才能出廠。經(jīng)多種比對,反復選擇,研發(fā)小組最終決定選用有機封孔方案,既不影響鏡面材光澤,又能徹底保護保光氧化槽形成的化學氧化膜免受指紋、油污等污染。

      由化學磨砂槽、鏡面拋光槽、保光氧化槽和有機封孔槽組合,可生產(chǎn)化學磨砂拋光材、機械噴砂拋光材和平光鏡面拋光材:

      a.化學磨砂拋光材:鋁材放入化學磨砂槽中,80-120度下反應5-8分鐘,可去機械紋、起砂,并獲得相對三酸拋光80%亮度的亮度;反應完畢,鋁材從化學磨砂槽取出,滴流2-3分鐘(滴干為止),直接進鏡面拋光槽,100-120度下反應1-2分鐘,提高亮度至鏡面,然后取出,滴干(大約2-3分鐘),放入水洗槽;經(jīng)兩道水后(水洗時間不要太長,以免點蝕),迅速進入保光氧化槽,常溫下反應15-30分鐘(反應時間視對化學氧化膜厚度要求而定),生成一定厚度的化學氧化膜,并進一步增亮和精除灰;瘜W氧化膜能保護拋光材在陽極氧化前的滯留時間內(nèi)不被點蝕,同時降低陽極氧化對拋光材的失光程度;保光氧化后,經(jīng)兩道水洗,可進行陽極氧化,完成表面前處理。對許多工業(yè)材或室內(nèi)裝修材而言,保光氧化后,進風干槽風干,再進有機封孔槽,封孔3-5分鐘,然后烘烤20-30分鐘,完成全套表面處理。由于鋁材經(jīng)化學磨砂槽和鏡面拋光槽取出后都能滴干,藥劑消耗在200-250Kg/噸材內(nèi),比三酸拋光降低一半以上;同時,本技術設計為鏡面拋光槽對化學磨砂槽兼容,鋁材經(jīng)化學磨砂槽后直接進鏡面拋光槽,兩槽之間沒有藥劑損失,實際藥劑消耗為鏡面拋光槽的帶出損失,功能增加,成本反而大幅降低!【完】

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