6061鋁合金堿性拋光液及工藝的研究

郭美甜　張曉珊　孫甜　張云　曹經(jīng)倩　邵志松

摘 要：鋁和鋁合金材料的化學(xué)拋光工藝多以酸性（硫酸、磷酸、硝酸）拋光為主，拋光效果好，但腐蝕速率大，使用溫度高，產(chǎn)生的黃煙（即氮氧化物）環(huán)境污染嚴重，危害極大。通過對堿性拋光液中各成分的研究，發(fā)現(xiàn)以質(zhì)量濃度為250 g/L的硝酸鈉、275 g/L的氫氧化鈉為基礎(chǔ)試劑，以質(zhì)量濃度為2.5 g/L的五水合硫酸銅和體積分數(shù)為15 mL/L的三乙醇胺為增亮劑的堿性配方在拋光溫度為85 ℃、拋光時間為30 s的條件下，拋光效果最好，可以在6061表面獲得鏡面光亮，實現(xiàn)了低溫堿性拋光。

關(guān)鍵詞：鋁合金；堿性拋光液；化學(xué)拋光；拋光效果

中圖分類號：TG175.3 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.075

鋁件表面的光潔度和平滑度直接關(guān)系到產(chǎn)品的外觀和價值。化學(xué)拋光是提高鋁件表面光亮度的主要方法之一，現(xiàn)在常用的化學(xué)拋光方法是“三酸”拋光工藝。眾所周知，硝酸會產(chǎn)生大量的黃色氣體，影響空氣質(zhì)量，而磷酸的大量使用會對水造成污染，硫酸更是酸雨的罪魁禍?zhǔn)祝虼耍瑢Νh(huán)境污染小的堿性化學(xué)拋光工藝再次成為熱點。但由于鋁質(zhì)材料在堿性溶液中所需拋光溫度較高，腐蝕速度快，拋光時間把握不當(dāng)會造成麻點等，所以拋光工藝仍需完善。為了找到拋光質(zhì)量好、拋光溫度低的拋光液及其工藝條件，本文進行了以下研究。

1 實驗

實驗采用規(guī)格為50 mm×25 mm×0.7 mm的6061鋁合金片，對材料進行分組試驗，按計算量稱取氫氧化鈉和硝酸鈉，將氫氧化鈉放入250 mL的燒杯中攪拌溶解后加入硝酸鈉攪拌溶解，然后加入自來水稀釋至 200 mL，放到恒溫水浴鍋加熱到85 ℃，在拋光液中拋光30 s后立即放入清水中清洗，最后評級。

確定氫氧化鈉和硝酸鈉的質(zhì)量濃度之后，進行添加劑研究，分別按計算量稱取五水合硫酸銅和三乙醇胺加入到配好的氫氧化鈉和硝酸鈉溶液中攪拌溶解，然后進行加熱拋光，完成后按照表1對亮度進行評分。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 硝酸鈉的質(zhì)量濃度對拋光效果的影響

將氫氧化鈉的質(zhì)量濃度初定在300 g/L，溫度定為85 ℃，改變硝酸鈉的質(zhì)量濃度，使其保持在225～300 g/L的范圍內(nèi)，拋光時間為20 s，研究硝酸鈉的質(zhì)量濃度對拋光效果的影響，結(jié)果如表2所示。

硝酸鈉在溶液中可生成亞硝酸根離子，與微觀上表面凸起的鋁反應(yīng)可使鋁片表面平整，從而達到光亮的效果。硝酸鈉的質(zhì)量濃度較低時，反應(yīng)速率慢，效果不佳；而當(dāng)硝酸鈉的質(zhì)量濃度偏大時，造成鋁片表面麻點較多，平整度降低，影響美觀。實驗結(jié)果表明，硝酸鈉的質(zhì)量濃度為250 g/L比較適宜。

2.2 氫氧化鈉的質(zhì)量濃度對拋光效果的影響

氫氧化鈉作為主要腐蝕劑，硝酸鈉的質(zhì)量濃度為250 g/L，溫度為100 ℃，拋光時間為20 s，研究氫氧化鈉的質(zhì)量濃度對拋光效果的影響，結(jié)果如表3所示。

鋁片可以與溶液中的氫氧根發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)氫氧化鈉的質(zhì)量濃度偏低時，反應(yīng)速率慢，效果不佳；當(dāng)氫氧化鈉的質(zhì)量濃度偏高時，反應(yīng)劇烈，不易控制，造成工件公差尺寸變化明顯，且易出現(xiàn)過腐蝕。實驗結(jié)果表明，氫氧根離子可以整平工件表面，增加鋁片光亮度，且隨著質(zhì)量濃度的升高，光亮度先増后減，氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為275 g/L時綜合增亮效果最好。

2.3 五水合硫酸銅的質(zhì)量濃度對拋光效果的影響

銅離子作為光亮劑，硝酸鈉的質(zhì)量濃度為250 g/L，氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為275 g/L，拋光時間為20 s，研究銅離子的質(zhì)量濃度對拋光效果的影響，結(jié)果如表4所示。

銅離子在溶液中可隨凸面擴展，由于金屬表面凹凸不平，局部凸面被銅離子覆蓋，與鋁合金表面凸點形成眾多微小腐蝕原電池，使鋁片表面平整，光亮度提高。當(dāng)銅離子的質(zhì)量濃度低時，對鋁合金表面凸點覆蓋少，整平效果差；而過高的銅離子濃度會導(dǎo)致與溶液中的氫氧根反應(yīng)，降低金屬的腐蝕效果。

在85 ℃的條件下，通過改變堿性拋光液的組分質(zhì)量濃度和添加光亮劑雖然能使6061試片光亮度有所增加，但是光亮度達不到要求。

2.4 三乙醇胺的體積分數(shù)對拋光效果的影響

在硝酸鈉的質(zhì)量濃度為250 g/L、氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為275 g/L、拋光時五水硫酸銅的質(zhì)量濃度為2.5 g/L的槽液中加入不同體積分數(shù)的三乙醇胺，結(jié)果如表5所示。

表5顯示，隨著三乙醇胺的加入，拋光效果先增加后減小，可見三乙醇胺的體積分數(shù)在10～20 mL/L時，可以顯著增加6061鋁合金的拋光效果，可以達到鏡面拋光效果，實現(xiàn)了低溫堿性拋光。

2.5 6061堿性拋光前后表面形貌研究

圖1和圖2 分別為拋光前后和拋光后的表面微觀形貌。對比發(fā)現(xiàn)，6061鋁合金開始存在的表面凹凸不平的現(xiàn)象在拋光后已經(jīng)消失，表面十分光滑，說明拋光過程對鋁合金表面起到了較好的整平作用。

3 結(jié)論

以質(zhì)量濃度為250 g/L的硝酸鈉、275 g/L的氫氧化鈉為基礎(chǔ)試劑，以質(zhì)量濃度為2.5 g/L的五水合硫酸銅和體積分數(shù)為15 mL/L的三乙醇胺為增亮劑的堿性配方在拋光溫度為85 ℃、拋光時間為30 s的條件下，拋光效果最好，可以達到鏡面光亮效果。此工藝的優(yōu)點是拋光溫度低、對鋁基材的腐蝕小、環(huán)境污染小，有較好的實際應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]《輕金屬材料加工手冊》編寫組.輕金屬材料加工手冊（上冊）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.

[2]龐洪濤.鋁及鋁合金環(huán)保型化學(xué)拋光研究[D].武漢：武漢材料保護研究所，2002.

[3]胡擁軍，龍力平.堿性無污染鋁合金電化學(xué)拋光[J].中國表面工程，2003（2）.

[4]陳祖秋.鋁合金無鉻電化學(xué)拋光研究[J].電鍍與精飾，1992（2）.

[5]李巧玲，葉云，趙興國.常溫電解拋光液研制及參數(shù)選擇研究[J].山西機械，1997（4）.

[6]彭榮華，李國斌，馬凇江.銅及其合金化學(xué)拋光工藝研究[J].材料保護，2005（6）.

[7]李珍芳，李康寧.鋁合金化學(xué)拋光工藝研究[J].材料防護，2011（1）.

[8]李東光.拋光劑配方與生產(chǎn)[M].北京：北京化學(xué)工業(yè)出版社，2012（9）.

[9]馬曉春，樓程華.鍛造鋁合金拋光新工藝[J].新技術(shù)新工藝，2001（5）.

〔編輯：王霞〕