铝化学抛光

为了取得表面光亮的铝和铝合金，除了进行机械抛光外，对于光亮度要求较高的零件还需进行化学抛光，化学抛光的特点是设备简单，节省电能，效率高和成本低，而且不受零件形状和尺寸的限制、特小，特薄和形状复杂的零件以及异型管。孔和槽的内腔均可加工。不过化学抛光也还存在不少问题，例：在多数情况下，其质量还不能完全赶上电化学抛光，而且还有大量氮氧化合物气体产生。
化学抛光的反应过程是金属在电介质溶液中的自溶过程。关于化学抛光的机理迄今尚无成熟理论。一般认为与电化学抛光相似，化学抛光时金属表面显微凸起部分的溶解速度比凹下部分快得多，因而使表面变得平坦光亮。
在工业上用于化学抛光的溶液主要是磷酸、硝酸、硫酸、醋酸或其它化合物。
下面介绍常用化学抛光配方：
1.适用高纯铝及铝镁合金化抛配方：
磷酸（H3PO4） 70% (容量比)
硫酸（H2S04） 20% (容量比)
硝酸（HNO3） 10% (容量比)
温度 90~115℃
时间 3~8分钟
新溶液温度控制为90℃，（因溶液粘度小，离子活动快）。老溶液温度控制为115℃，（因老溶液粘度大，离子活动慢）
铝化学抛光质量于溶液中硝酸的含量多少有着极为重要的关系。硝酸含量低于5%会引起铝件表面结晶腐蚀，大于12%，会引起点状腐蚀。
抛光溶液成份及工艺条件的影响：
(1)磷酸含量的影响：
一般磷酸含量约在50~85%之间，最佳范围在70%，过低的磷酸含量光洁度较差，过高含量抛光速度缓慢。
(2)硫酸含量的影响：
在无硫酸条件下，同样可以得到光洁表面，但易产生点蚀，抛光速度慢，过多硫酸光亮度显著下降，表面易产生雾状，因此硫酸含量宜控制20%左右。
(3)硝酸含量的影响：
硝酸含量在5%~10%，过多硝酸不但使铝制件表面出现点腐蚀，而在温度条件下产生乳白色，低于5%光亮度显著下降。
(4)铝离子含量的影响：
铝离子含量有利于提高抛光整平性能，但不宜超过30克/升，否则抛光速度缓慢，使溶液的粘度增大，导致溶液的排泄困难，而洗涤后亦将引起表面斑渍。
(5)温度的影响：
温度最佳控制为105℃，气体的发生量也少，金属的溶解速度亦缓慢，温度过高后，不仅气体发生增加，制品腐蚀和产生雾状表面。
2.稀的化学抛光其含量：
硝酸（HNO3） 30~70克/升
氟化氢铵（NH4HF2） 4~12克/升
铝及铝合金的碱性化学抛光：
近来研究一种碱性化学抛光，它可克服酸性化学抛光成本高，腐蚀性强，污染空气严重的缺点，抛光质量基本上与酸性抛光相似，效果令人满意。
3.碱性化学抛光工艺配方及规范如下：
氢氧化钠 NaOH 350~650克/升
亚硝酸钠 NaNO2 100~250克/升
氟化钠 NaF 20~50克/升
磷酸三钠 Na3PO4 10~50克/升
温度 100~130℃
时间 5~15秒
碱性化学抛光后速用50℃左右温水清洗，清洗后再用硝酸（HNO3）250~300毫升/升。温度：室温。时间：10~30秒中和出光。
4.普通铝材（纯度为99.5%）化学抛光溶液。
磷酸—硝酸—冰乙酸组成的化学抛光溶液对普通铝抛光效果较好，铝的溶解速度，抛光后的表面质量（散光系数K6）与组成溶液成份的关系，从而达到最为理想的抛光质量，散光系数值小）。
表5 普通铝材的溶解速度和散光系数与溶液组成的关系
（溶液温度95℃，抛光持续时间工分）

序号
化抛溶液成份（%）
溶解速度
毫克/厘米2秒
散光系数
（K）
H3PO4
HNO3
CH3COOH
1
60
30
10
0.087
4.3
2
60
20
20
0.053
2.4
3
60
10
30
0.015
2.2
4
70
20
10
0.034
1.2
5
70
10
20
0.008
1.8
6
80
10
10
0.033
1.8
7
50
40
10
0.113
16.1
8
50
30
20
0.098
5.2
9
50
20
30
0.037
5.2
10
50
10
40
0.015
2.3
11
40
20
40
0.037
11.1
12
40
30
30
0.084
18.0
13
40
40
20
0.067
55.3

从图1中可以看出铝化学抛光溶液成份最佳范围只占图的一小部分，它与下列含量相对应（体积%）其中：
磷酸，H3PO4 60%
硝酸，HNO3 10~30%
冰乙酸，CH3COOH， 10~30%
其它可从温度及时间二个因素来说，对质量也起着一定作用，将温度掌握在85~105℃之间（最佳点95℃），那散光系数值小，抛光表面质量高。温度在95℃时间可在0.5~2.5分钟之间。（最佳为1.5~2分），达到最小值。
铝离子对溶液来说也起着一定作用，一般Al+3含量应＜5克/升，这样对K值影响颇小，铝表面质量好。
K=折散反光/总反光 *100%，K值愈小，抛光表面质量愈高。
5.无硝酸化学抛光
铝及其合金化学抛光，含有硝酸，因而有大量有毒的氮氧化合物气体俗称“黄龙”，严重污染空气，为了减少有毒气体NO气体污染，并要求抛光产品有光亮均匀的外观，抛光溶液稳定，操作方便，成本低，废水处理容易。
目前有WXP铝化学抛光无黄烟添加剂。
铝化学抛光机理简述：
根据粘膜理论认为，由于在被抛光试片表面产生了一层薄膜，这层薄膜在凹洼部分和棱角上较在凸起部分上更为厚些，因为抛光溶液在凸起部分上溶解作用更为剧烈些，凸起部分被除去，表面就整平了。当薄膜具有一定粘度时，就能完成这种作用。
无硝酸化学抛光工艺配方：
磷酸 H3PO4 500毫升
硫酸 H2SO4 500毫升
多硫化物 SX 0.5~1克
铜离子 Cu 0.5~5克
两性离子表面活性剂 0.1~.02毫升
温度 100~120℃
时间 1~2分
配置方法：
1.将H3PO4，H2SO4按量倒入
2.多硫化物、铜离子用少量水溶解好倒入
3.加入两性离子表面活性剂，加热后即可抛光
无硝酸化学抛光成份作用及操作条件的影响：
1.磷酸：主要缓和反应的作用，同时具有一定亮度的作用。
2.硫酸：抛光速度可加快。
3.多硫化物及金属离子铜，均具有光亮作用，含量低，光亮作用微弱，含量过高，光亮度无显著提高。
4.两性离子表面活性剂，起表面润滑，细化和抑雾作用。
5.温度：温度低，光亮度减弱，温度高表面易粗糙。
6.时间：抛光时间短，不亮，抛光时间长易，过溶解。
无硝酸，铝的化学抛光具有下列优点：
1.不产生有毒氮氧化物气体。
2.废水容易治理。
3.对高纯铝，铝镁合金具有较好的光亮度。
4.溶液稳定，操作维护方便。
但对质量不高的铝材，光亮度较差，要获得好的光亮度，应提高铝的纯度。

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@ 赵工

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