鋁合金弱侵蝕鏡面化學拋光工藝研究

岳磊磊，張金生，李衛東

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鋁合金弱侵蝕鏡面化學拋光工藝研究

岳磊磊，張金生，李衛東*

（武漢紡織大學 化學與化工學院，湖北 武漢 430073）

鋁合金三酸化學拋光工藝存在溶鋁量大，轉移性過腐蝕傾向強，不適宜自動線生產等缺點。通過光亮度、溶鋁量及過腐蝕現象的觀察與檢測，研究鎳離子的添加、鋁離子含量對拋光過程中鋁合金的溶解量，溶液的過腐蝕傾向及拋光效果的影響。結果表明鎳離子的存在可抑制轉移性過腐蝕，提高拋光效果，而拋光液中鋁離子含量對溶鋁量及過腐蝕均有顯著影響，鋁離子含量高，拋光液粘度大，溶鋁量小，拋光速度慢，過腐蝕的傾向下降。

鋁合金；化學拋光；工藝

因鋁合金具有質輕、易于加工、耐腐蝕性好等優點，使其成為民用制品尤其是電子電器框架、外殼等部件的主要材料[1,2]。電子電器產品的鋁合金框架、外殼等多要求鏡面光亮，這類產品的加工量大，特別適宜自動化生產[3,4]。機械拋光和化學拋光是提高鋁制品光亮度的主要方法[5,6]，其中，化學拋光工藝簡單、快速、處理面積大、應用廣，但此工藝較難控制，尤其是拋光后如不迅速水洗易產生過腐蝕，出現麻點、斑紋、霧狀膜等不良品[7]，而自動化生產線工序間的時間間隔較長，壓縮空間有限，要想在自動線上提高產品的拋光質量及合格率，必須對現有適宜手工操作的化學拋光工藝進行改造與優化。市面上大多數的化學拋光產品在拋光過程中溶鋁量過大，拋光過程容易破壞噴砂面，而且轉移性過腐蝕傾向大，不適宜自動線生產。本課題在已有化學拋光工藝基礎上進行相應改進與優化，降低拋光過程中鋁的溶解量，使光面及砂面效果均達到客戶質量要求，同時降低拋光液的轉移性腐蝕傾向，使工藝適宜自動線生產。

1 實驗方法

實驗材料為6063鋁合金，尺寸為5×10×0.4cm3，試樣表面積為0.5dm2，將試樣沿著窄邊中線折成90度角的折頁狀，一個平面采用機械磨光的方法制成光面，其它三個平面噴砂處理。實際產品的要求為：經過化學拋光后，光面具有鏡面效果，而砂面光亮但保持柔和的噴砂效果。

試樣一般處理工序為：機械布輪拋光——光面保護——噴砂——溶劑除油——中性超聲波除油——水洗——化學拋光——兩道水洗——出光——水洗——干燥。

采用重量法分析拋光溶液的溶鋁量：試樣除油水洗后于烘箱中，80℃干燥半小時，再于干燥器中冷卻半小時后稱量，對稱量好的試樣進行化學拋光處理，水洗，50%硝酸除灰，水洗，同樣條件干燥冷卻后再稱量，計算失重量。

光亮度檢測：通過光澤度儀(投射角：600)對拋光效果作出評價；拋光液抗轉移性過腐蝕性能考察：拋光后試樣在空氣中懸停60秒后再水洗，觀察光面過腐蝕情況。

化學拋光基礎液組成及工藝條件為：磷酸（85%）：860ml/L，硫酸（98%）：100ml/L，硝酸（65%）：40 ml/L，硫脲（抑霧劑）：15g/L，五水硫酸銅（光亮劑）：2.0 g/L（含銅離子約0.4 g/L）；拋光操作溫度：100℃，拋光時間：60秒，懸停時間：60秒。

研究方案為：考察鋁離子含量的影響，配置好拋光液后，加入相應含量的鋁屑，溶解完全，添加量分別為10 g/L，15 g/L，20 g/L，25 g/L，30 g/L；鎳離子加入量的考察，加入量依次為0、100、200、300、400ppm，以六水硫酸鎳的形式加入。

2 結果與討論

2.1 鎳離子含量的影響

每組拋光液中鋁離子含量固定為15g/L，分別加入不同量的鎳離子，檢測光面光亮度、溶鋁量，并觀察試樣砂面效果及過腐蝕情況。

2.1.1 鎳離子對光亮度、砂面效果及轉移性過腐蝕的影響

表1為拋光液中鎳離子添加量不同時，試樣光亮度、砂面效果和過腐蝕情況的數據及統計結果。從表1可以看出，當拋光液無鎳離子或含量很少時，銅離子為主要的光亮劑，處理過的試樣光亮度一般，溶液對噴砂面的侵蝕過強，弱化了試樣原有的砂化工藝效果，且拋光液抗轉移性過腐蝕能力較差；當鎳含量進一步提高時，試樣的光亮度增加，拋光液抗過腐蝕能力提高，對鋁合金的侵蝕作用下降，減輕了對噴砂面的破壞。金屬離子拋光劑的作用機理為：重金屬離子與基體發生置換沉積，基體表面凹凸點沉積量有差異，凹點沉積少，凸點沉積多，重金屬沉積后與基體形成微小電池，使基體的溶解更加均勻，從而提高拋光效果。鎳離子與銅離子在拋光液中的擴散速度有差異，單獨使用銅離子做拋光劑時，銅沉積后形成的置換點均勻性差，容易引發基體表面過腐蝕。添加鎳離子后，二者協同達到優勢互補，使置換沉積點更均勻細密，不僅能顯著提高鋁合金表面光亮度，也可抑制點蝕等不良狀態發生。

表1 鎳離子對光亮度、砂面效果及轉移性過腐蝕的影響

○砂面效果差 ◎砂面效果一般 ●砂面效果好 □點蝕嚴重，膜發霧有腐蝕紋路 ■有腐蝕點，膜發霧 ☆膜光亮，有少量腐蝕點 ★膜光亮

2.1.2 鎳離子對拋光液溶鋁量的影響

圖1為鎳離子含量不同時，拋光液溶解鋁量的趨勢圖，從圖中可看出，當拋光液中只有銅離子時，試樣拋光處理60秒，鋁溶解量高達5.82g/L，隨著鎳含量的增加，拋光液對鋁合金基體的溶解量明顯下降，表1中砂面被消溶程度隨著

鎳含量增加而減弱也可證明這一點。其原因主要是鎳可與銅離子共沉積于基體表面，置換沉積點更均勻致密，形成的微電池數量更多，鋁合金基體電化學溶解速度更慢。

圖1 拋光液中鎳離子含量對溶鋁量的影響

2.2 鋁離子含量對光亮度、砂面效果、溶鋁量及拋光液抗過腐蝕能力的影響

將拋光基礎液中銅離子含量固定為0.4 g/L，鎳離子含量固定為0.4 g/L，然后添加不同量的鋁離子（以鋁屑形式加入），添加量分別為10、15、20、25、30 g/L，以不同鋁含量的拋光液對試樣進行拋光處理，考察其對拋光效果的影響。

表2 鋁離子對光亮度、砂面效果及轉移性過腐蝕的影響

○砂面效果差 ◎砂面過于光亮 ●砂面效果柔和 □點蝕嚴重，膜發霧有腐蝕紋路 ■有腐蝕點或膜發霧 ☆膜光亮，有少量腐蝕點 ★膜光亮

表2為鋁含量不同時，試樣光亮度、砂面效果及過腐蝕情況測量結果與統計情況，圖2為鋁離子含量對拋光液溶鋁量的影響。從表2和圖2可以看出，鋁離子含量越低，出光速度越快，含量為10 g/L時，光面的光亮度達到700Gs以上，完全符合鏡面光亮標準，但拋光液的溶鋁量較大，噴砂面消溶量大，砂面光澤過強，光面易起砂。隨著鋁離子含量的增加（30g/L以下），出光速度趨緩，砂面光澤愈發柔和，光面的光澤度較好，效果佳。鋁含量過高，達到30g/L以上時，溶液粘度過高，水洗難，易出現霧面等毛病。

拋光液中鋁離子含量對拋光過程中的氧化-溶解平衡有重要的影響。當鋁離子低于15 g/L時，拋光液的粘度不大，銅鎳等光亮劑離子擴散沉積快，氧化-溶解平衡利于溶解，使拋光液具備很強的溶解能力，造成砂面效果下降，而且懸停時，表面液膜薄，冷卻速度快，容易出現發霧、點蝕等過腐蝕情況；鋁含量增加，拋光液的粘度增大，氧化-溶解平衡利于氧化，所以溶液的溶鋁量下降，能很好地保持噴砂面的工藝效果，而且試樣懸停時，表面液膜厚度適中，冷卻速度較慢，可有效抑制轉移性過腐蝕。鋁離子含量過高時，拋光液粘度很高，銅鎳金屬離子的擴散速度慢，其拋光效率下降，造成光亮度有所下降，且試樣懸停時表面液膜過厚，難于水洗，容易出現水洗性過腐蝕。

圖2 拋光液中鎳離子含量對溶鋁量的影響

3 結論

鋁合金三酸拋光單純使用銅離子做光亮劑時，如果懸停時間過長，表面容易出現發霧、點蝕、氣道腐蝕等轉移性過腐蝕情況，無法滿足自動線生產工藝要求；鎳離子與銅離子在拋光溶液中具備協同效應，可有效抑制過腐蝕情況發生；拋光液中鋁離子的含量對溶鋁量、拋光效果，拋光液抗過腐蝕能力的影響巨大；拋光液中添加鎳離子，鋁含量維持在20-30g/L這一工藝范圍，完全符合自動線大規模生產的工藝要求。

[1] 薛光勝．鋁合金型材在電子工業產品中的應用[J]．鋁加工，1993，16（5）:46-48

[2] 解立川，彭超群，王日初，等．高硅鋁合金電子封裝材料研究進展[J]．中國有色金屬學報，2012，22(9):2578-2584．

[3] 方景禮．金屬材料拋光技術[M]． 北京: 國防工業出版社，2007．201-232．

[4] 許振明，徐孝勉．鋁和鎂的表面處理[M]．上海: 上?？茖W技術文獻出版社，2005．56-58．

[5] 龐宏濤，李鑫慶，王菊榮．鋁及鋁合金高亮度無黃煙化學拋光工藝[J]．材料保護，2002，35（11）：38-40．

[6] 陳一鳴．鋁制件化學拋光最佳工藝條件的篩選[J]．表面技術，2001，30(4):13-15．

[7] 方景禮．金屬的化學拋光技術系列講座：鋁及鋁合金制件的化學拋光[J]．電鍍與涂飾，2005，24(9):43-45．

Study of Slight Etching Mirror Chemical Polishing Process of Aluminum Alloys

YUE Lei-lei, ZHANG Jin-sheng , LI Wei-dong

(School of Chemistry and Chemical Engineering ,Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

The common tri-acid chemical polishing process for aluminum alloys is not suitable for automatic line production, because of the heavy dissolution and metastatic erosion on aluminum substrate while polishing. In this paper, the effects of nickel ion and aluminum ion in polishing solution as additive was studied, through investigating the dissolution, as well as the brightness and the anti-metastatic corrosion performance of aluminum substrate. The results shows that nickel ion can restrain metastatic corrosion and improve the polishing effect. It also shows that the content of aluminum ion in polishing solution has significant effect to the dissolution ability of aluminum substrate and the anti-metastatic corrosion of polishing solution. It also shows that, the more aluminum ion, the thicker of the polishing becomes, and lesser the aluminum substrate dissolves, the slower the polishing rate becomes, as well as the easier to decrease the over-etching tendency.

Aluminum Alloys；Chemical Polishing；Process

李衛東（1963-），男，副教授，博士，研究方向：化學與化工.

TG174.4

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2095－414X(2014)03－0071－03