一、鋁合金型材電解拋光的優(yōu)越性
在鋁型材表面預處理中,與傳統(tǒng)的機械拋光相比,電解拋光具有以下的優(yōu)點:
1、設備簡單,工藝參數(shù)易于調控,可取代機械拋光,或在某些特殊要求情況下繼續(xù)機械拋光后再進行化學拋光或電解拋光,其表面光亮度更高,且相對于機械拋光更易采用自動化規(guī)模生產(chǎn);
2、對型材結構和尺寸范圍要求較寬,可處理用作精密件的表面要求較高的工業(yè)材,外尺寸較大或極小以及形狀復雜機械拋光無法處理的型材;
3、經(jīng)過電解拋光后的鋁型材表面更清晰、潔凈,無殘留的機械拋光粉塵,具有更加好的抗腐蝕性;
4、電解拋光的表面鏡面反射率更高,金屬感會更好。
而與化學拋光相比,電解拋光則更勝一籌。首先,內外色澤更加均勻一致,光澤持久,具有更好的耐蝕性;其次,產(chǎn)品生產(chǎn)效率高,生產(chǎn)成本較為穩(wěn)定;此外,采用特殊無鉻電解拋光液具有普通電解拋光無法達到的環(huán)保效益。
二、鋁合金電解拋光機理
電解拋光又稱為電化學拋光,是以鋁材作為陽極浸入到配制好的電解質溶液中,以耐腐蝕而且微小凸出部分而且性能良好的材料(如不銹鋼)作為陰極,根據(jù)電解尖端放電原理,通電后的鋁型材表面微小突出部位優(yōu)先溶解,與此同時溶解產(chǎn)物與表面的電解液形成高電阻的粘稠性液膜層,微小凸出部位的液膜層較薄,其電阻較小,從而保持優(yōu)先溶解,同時凹洼部位的液膜層較厚,電阻增大,其溶解速度相對緩慢,經(jīng)過短時間電解處理后,突出部位被溶解整平直至凹洼部位的位置,最終使鋁材表面粗糙度降低達到平滑光亮的過程。以純鋁為例其拋光機理可以通過陽極拋光過程的極化曲線(圖1)來說明。
圖1 鋁的典型陽極化曲線
AB段電流密度隨陽極電位升高而增大,是正常的陽極溶解過程,即Al→Al3+3e到B點后,電位繼續(xù)升高時,電流密度反而下降,B點表示金屬陽極的溶解速度與溶解產(chǎn)物向電解液內部的擴散速度相等。而后金屬溶解速度大于溶解產(chǎn)物擴散速度而出現(xiàn)黏膜層,直到C點,陽極表面附件液層中溶解的金屬達到飽和狀態(tài),黏膜層達到增長到一個確定不變的厚度,這時陽極的反應速度完全受擴散速度步驟控制,其電流密度與電位無關直到D點。到達D點后電極上發(fā)生新的反應,如OH-放電析氧等,因有氣體放出攪拌槽液,破壞黏膜層,加速溶解,這時電流密度隨電位升高而迅速增加。
因此可知,B點之后黏膜層開始出現(xiàn),D點以后氣體開始析出,在陽極電位處于C點和D點之間時,陽極表面才能產(chǎn)生拋光效果,但最佳拋光效果在D點之后某個電位,因此時有氣體析出加速對黏膜層攪拌,在微觀凸出部位電流更集中,致使鋁材凹凸部位溶解速度差異更大,此時拋光所需時間短且效果更好。
三、無鉻電解拋光的選擇及應用
1、典型的電解拋光工藝
電解拋光能使鋁材表面的光亮效果呈現(xiàn)出高鏡面反射性能,適用于工業(yè)及科技領域有特殊光亮表面品質要求的鋁材。典型的電解拋光工藝包括酸性電解拋光和堿性電解拋光,主要有如下幾類:
①碳酸鈉-磷酸三鈉堿性電解拋光工藝(Brytal工藝),這一工藝尤其適合于拋光高純鋁,常用于已作機械拋光處理仍需進一步提高亮度的鋁制品,優(yōu)點是使用的電流密度低,拋光液對鋁基材溶解速度小,缺點是溶液消耗較快,對雜質比較敏感。
②磷酸-鉻酸-硫酸酸性電解拋光法(Battle法),硫酸能有效降低拋光操作電流密度、電壓,并在一定范圍內容許在較高溫度下進行電解拋光,同時還能抑制點蝕的發(fā)生,鉻酸提高鋁材拋光表面鏡面反射率。
③氟硼酸電解拋光工藝,以氟硼酸為主要成分電解液,這一工藝比較適合高純鋁材,其反射率可達到85%。
④硫酸-鉻酸電解拋光工藝(Aluflex法),其槽液控制相對比較簡單,在此拋光液中鋁的溶解速度在初期的2min相當快,約為25μm左右。且當槽液中鋁離子含量太高時,會出現(xiàn)光亮度不足或表面有附著物等缺陷。
2、無鉻電解拋光工藝
由于傳統(tǒng)的鋁及鋁合金電解拋光溶液中含有毒性很大的鉻酸,嚴重污染環(huán)境,廢水難以處理,不利于清潔生產(chǎn)的正常實施。為此,采用一種對環(huán)境無危害的新型拋光工藝來取代原有的典型電解拋光工藝勢在必行。
總結前輩們在無鉻電解拋光上所做的工藝研究,此類拋光液大都以磷酸為主,用醇類物質代替作為緩蝕劑的鉻酸,利用醇分子間可形成氫鍵從而產(chǎn)生的締合作用這一特殊性質來實現(xiàn)平整作用。根據(jù)電解拋光理論,有締合特性的醇類電解拋光液,在被拋光鋁材表面形成黏膜層,使其凹陷位置處于穩(wěn)定的鈍化狀態(tài),而凸突處則以更快的速度溶解,最后獲得平滑光亮的表面。增加醇類分子的羥基數(shù)目是有利于拋光的,采用含有更多羥基的可溶性多元醇聚合物效果更加明顯。
無鉻電解拋光工藝具有無黃煙、無流痕、穩(wěn)定性高、高亮度、高效率的巨大優(yōu)勢。