CN102260461A - 高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液及使用方法 - Google Patents
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Abstract
高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液及使用方法，其特征在于包括浓度为85%的H3PO4、浓度为98%的H2SO4、浓度为30%的双氧水或高锰酸钾或高氯酸或钼酸钠或过硫酸铵或钒酸钠、硝酸铈或硅酸钠、咪唑啉或苯并三氮唑或植酸或硫脲、十二烷基苯硫酸钠或苯磺酸钠或甲苯磺酸钠或二甲苯磺酸钠、氯化镍或硫酸镍或醋酸铅。本发明与已有技术相比，具有不会产生高污染的NOx黄色烟雾的、且赋予铝型材表面优良光泽度且无麻点微观缺陷的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种抛光液及使用方法，特别是铝型材用抛光液及其使用方法。
背景技术
铝型材因其密度小、比强度高、易加工成型、可铸造、可强化、导热导电能力强、无低温脆性、无磁性、对光和热反射能力强、耐核辐射等性能优点，应用于汽车、航空航天、建筑装饰、家电、仪器仪表、电脑、手机、日用五金等诸多领域，目前已成为用量仅次于钢铁而位居第二的金属结构材料。由于铝合金加工成型过程中容易受到机械损伤，造成划痕、磨损等表面缺陷，为了消除加工过程中的这些表面缺陷，通常可以采用机械抛光、化学抛光或电化学抛光的方法，从而获得良好的表面光泽度。化学抛光不但具有优良的抛光效果，同时其处理工艺简便、操作简单、生产效率高、适用范围广、生产成本较低、不受工件形状尺寸限制，在建筑用铝型材、装饰性材料、工业型材、汽车零部件、光学材料等到其它高科技产品应用极为广泛。
目前铝型材化学抛光采用的工艺主要是以传统的“三酸”化学抛光工艺为主，即是将铝型材在“三酸”(磷酸一硫酸一硝酸)化学抛光液中浸泡一段时间后即可达到抛光目的。传统的“三酸”化学抛光液里含有大量的硝酸，因此在抛光过程中会产生大量毒性大的NOx黄色烟雾，严重损害工人身体健康，腐蚀设备、污染大气环境及降低液槽寿命。目前国内外正在倡导环境友好型生产工艺的发展，传统的“三酸”化学抛光工艺在工业中的应用受到越来越严格的限制，无硝酸的两酸型化学抛光工艺代表了未来的发展方向，而各种添加剂在无烟抛光配方中起到极其重要的作用。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种不会产生高污染的NOx黄色烟雾的、且赋予铝型材表面优良光泽度且无麻点微观缺陷的高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液及使用方法。
本发明的高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液是这样实现的，包括浓度为85%的H3PO4、浓度为98%的H2SO4、浓度为30%的双氧水或高锰酸钾或高氯酸或钼酸钠或过硫酸铵或钒酸钠、硝酸铈或硅酸钠、咪唑啉或苯并三氮唑或植酸或硫脲、十二烷基苯硫酸钠或苯磺酸钠或甲苯磺酸钠或二甲苯磺酸钠、氯化镍或硫酸镍或醋酸铅，上述组分的含量为：
H3PO4 ： 375mL～750mL
H2SO4 ： 250mL
双氧水或高锰酸钾或高氯酸或钼酸钠或过硫酸铵或钒酸钠： 1 ～10 g/L
硝酸铈或硅酸钠： 0.05～1g/L
咪唑啉或苯并三氮唑或植酸或硫脲：
0.1～1g/L
十二烷基苯硫酸钠或苯磺酸钠或甲苯磺酸钠或
二甲苯磺酸钠： 0.1 ～1g/L
氯化镍或硫酸镍或醋酸铅0.1～2g/L
本发明的高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液的使用方法是这样实现的，依次包括：
（1）将铝型材用去离子水水洗，除去尘埃附着物；
（2）将铝型材表面作预处理，其工艺流程为，水洗—除油；
（3）使用本发明的高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液进行抛光处理，温度为80～90℃，铝型材化学抛光处理时间为60～250S；处理反应完成后，即可形成具有高光泽度的铝型材表面；
（4）用水冲洗铝型材工件，自然晾干，即可。
抛光处理时，铝型材表面电化学不均匀性使得表面微阴极、微阳极发生电化学反应，在铝型材试样表面的铝溶解变成Al3+，溶解的Al3+ 从表面向溶液内部扩散。
铝型材表面Al3+生成的反应可表示成如下：
阳极反应：Al - 3e- → Al3+ （1）
阴极反应：2H+ + 2e- → H2 （2）
容易中含有高锰酸钾等氧化剂时，阴极反应还存在以下反应（3），因此可以加速阴极反应过程，建立起Al溶解与钝化动态平衡，整个表面微电池反应的加速，因此提高了铝型材表面的溶解速度。
MnO4 2- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O （3）
本发明抛光处理液由H3PO4、H2S04与添加剂组成。磷酸的主要作用是溶解铝型材表面组织微观凸起部分的铝和氧化铝，溶液中的磷酸能够和Al3+结合生成一层粘性液膜，附着在铝型材的表面，随着反应的进行，再溶解下来的铝离子向溶液本体扩散时，铝型材表面凸出部分的粘性液膜薄，溶解下来的铝离子易于扩散，而凹处粘液液膜较厚，铝离子不易扩散。结果凸出部分溶解快，凹部溶解慢，从而实现了整平抛光过程。若磷酸浓度低则抛光质量差，如果其浓度过高，则抛光速度过慢。硫酸能够提高抛光液的活性，可溶解铝型材表面的铝和氧化铝，加快抛光速度。
双氧水等可以促进溶解与钝化过程，提高整平性能，但是其浓度太高会使铝型材表面生成致密氧化膜而阻碍抛光过程，而且用量太高可能会产生其他副反应，用量控制在1 g·L-1～10 g·L-1。
镍等金属离子在抛光液中可还原成金属单质沉积在铝表面变成阴极点，形成局部微电池，促进了周围铝的溶解，从而起到整平作用，提高抛光光泽度。但是金属盐的用量太高会影响粘性液膜的产生，反而不利于得到高光泽表面，金属盐用量控制在0.1 g·L-1～2 g·L-1。
十二烷基苯硫酸钠等可以润湿铝合金表面，促进气泡快速析出，还可抑制表面麻点的产生。
咪唑啉等硝酸铈等主要起缓蚀与整平作用，可降低铝合金在抛光过程的溶解损失，吸附在铝表面后，在表面凹陷处还可以降低腐蚀速率提高整平效果。其用量太少则效果不明显，太高会降低溶解抛光的速度，用量控制在0.05 g·L-1～1 g·L-1与0.1 g·L-1～1 g·L-1。
抛光温度和时间对铝合金抛光质量也有很大的影响，在短时间内延长抛光时间会提高铝型材表面光泽度，但是抛光时间过长将造成表面过溶解，还容易产生点状腐蚀等缺陷，从而降低光泽度。抛光温度过高也会使得铝合金溶解过快导致基材过腐蚀，降低抛光泽度，而且还会造成基材损失严重。因此应该严格控制抛光时间在最佳范围内，抛光温度在60~90℃，抛光时间在60～250S较好。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
本发明选用硫酸和磷酸作为主要基础液，引入双氧水等可以建立起Al溶解与钝化的动态平衡，硫酸镍等能提高抛光效率，可以在较低温下（相对于传统方法降低10℃左右）于60～250s时间内快速完成表面整平作用，引入硝酸铈、咪唑啉及十二烷基苯硫酸钠可降低腐蚀缺陷与溶解失重，提高整平抛光质量与抛光效率。该抛光液制备的铝型材表面光泽度高，抛光过程中铝合金失重率小，而且制备工艺具有工艺简单、能耗相对较低、生产效率高、溶液稳定、对铝材疲劳性能影响小、不产生NOx黄色烟雾对环境污染少等优点，能够代替逐渐禁止使用的传统工艺，可广泛用于铝型材、铝合金铸件以及铝合金制品的表面处理。
具体实施方式：
现结合实施例对本发明做进一步详细描述：
本发明的高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液是这样实现的，包括浓度为85%的H3PO4、浓度为98%的H2SO4、浓度为30%的双氧水或高锰酸钾或高氯酸或钼酸钠或过硫酸铵或钒酸钠、硝酸铈或硅酸钠、咪唑啉或苯并三氮唑或植酸或硫脲、十二烷基苯硫酸钠或苯磺酸钠或甲苯磺酸钠或二甲苯磺酸钠、氯化镍或硫酸镍或醋酸铅，本发明溶液配制时需要充分搅拌，以使溶液混合均匀，上述组分的含量如表所示：
| 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | 例5 | 例6 | 例7 | 例8 | 例9 | 例10 | 例11 | |
| H3PO4（mL） | 375 | 560 | 750 | 375 | 560 | 750 | 375 | 560 | 750 | 375 | 560 |
| H2SO4（mL） | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 |
| 双氧水 g/L | 1 | ||||||||||
| 高锰酸钾g/L | 2 | ||||||||||
| 高氯酸g/L | 3 | 1 | |||||||||
| 钼酸钠g/L | 4 | 10 | |||||||||
| 过硫酸铵g/L | 5 | 9 | |||||||||
| 过硫酸铵g/L | 6 | 8 | |||||||||
| 钒酸钠g/L | 7 | ||||||||||
| 硝酸铈g/L | 0.05 | 0.25 | 0.45 | 0.65 | 0.85 | 1.00 | |||||
| 硅酸钠g/L | 0.15 | 0.35 | 0.55 | 0.75 | 0.96 | ||||||
| 咪唑啉g/L | 0.1 | 0.8 | |||||||||
| 苯并三氮唑g/L | 0.3 | 1.0 | 0.6 | ||||||||
| 植酸g/L | 0.5 | 0.9 | 0.4 | 0.5 | |||||||
| 硫脲g/L | 0.7 | 0.2 | |||||||||
| 十二烷基苯硫酸钠g/L | 0.1 | 0.8 | |||||||||
| 苯磺酸钠g/L | 0.3 | 1.0 | 0.6 | ||||||||
| 甲苯磺酸钠g/L | 0.5 | 0.9 | 0.4 | 0.5 | |||||||
| 二甲苯磺酸钠g/L | 0.7 | 0.2 | |||||||||
| 氯化镍 | 0.1 | 0.9 | 1.6 | ||||||||
| 硫酸镍g/L | 0.3 | 0.7 | 1.0 | 1.4 | 1.8 | ||||||
| 醋酸铅g/L | 0.5 | 1.2 | 2.0 |
本发明的高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液使用方法依次如下所示：
a、将6063铝型材表面进行去离子水水洗，除去尘埃附着物；
b、将经a步骤处理后的铝型材浸入由40 g·L-1 Na3PO4·12H2O、15 g·L-1 Na2CO3、g·L-1 NaOH组成的60～70℃除油液中，进行1min除油处理，反应完成用去离子水冲洗，晾干；
c、将经b步骤处理后的铝型材置于本发明上述实施例的高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液进行处理；处理温度为90℃，处理时间为150S；
d、将经c步骤处理后的铝型材用去离子水冲洗，自然晾干，干燥保存。抛光后微观形貌如图1所示，抛光后得到的6063铝型材光泽度为112。
Claims (2)
1.高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液，其特征在于包括浓度为85%的H3PO4、浓度为98%的H2SO4、浓度为30%的双氧水或高锰酸钾或高氯酸或钼酸钠或过硫酸铵或钒酸钠、硝酸铈或硅酸钠、咪唑啉或苯并三氮唑或植酸或硫脲、十二烷基苯硫酸钠或苯磺酸钠或甲苯磺酸钠或二甲苯磺酸钠、氯化镍或硫酸镍或醋酸铅，上述组分的含量为：
H3PO4 ： 375mL～750mL
H2SO4 ： 250mL
双氧水或高锰酸钾或高氯酸或钼酸钠或过硫酸铵或钒酸钠： 1 ～10 g/L
硝酸铈或硅酸钠： 0.05～1g/L
咪唑啉或苯并三氮唑或植酸或硫脲：
0.1～1g/L
十二烷基苯硫酸钠或苯磺酸钠或甲苯磺酸钠或
二甲苯磺酸钠： 0.1 ～1g/L
氯化镍或硫酸镍或醋酸铅0.1～2g/L
。
2.高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液使用方法，其特征在于依次包括：
（1）将铝型材用去离子水水洗，除去尘埃附着物；
（2）将铝型材表面作预处理，其工艺流程为，水洗—除油；
（3）使用本发明的高光泽度铝型材的无烟抛光处理溶液进行抛光处理，温度为80～90℃，铝型材化学抛光处理时间为60～250S；处理反应完成后，即可形成具有高光泽度的铝型材表面；
（4）用水冲洗铝型材工件，自然晾干，即可。
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