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酸蚀铝型材表面处理技术的应用
2017-05-19 15:46:32
酸蚀铝型材表面处理技术的应用
1、工艺简介
 
  近年来,铝合金亚光型材生产和销售量越来越大,市场占有率在80%以上。目前亚光型材生产普遍使用碱蚀方法,铝溶损在3%-5%之间,造成巨大资源浪费,而且大大增加了环保治理难度,加重了企业的“三废”处理负担。酸蚀技术是针对碱蚀方法的不足而研制开发的,在原理上完全有别于碱蚀亚光砂面处理。工艺主要采用了独特的使铝型材表面产生高度均匀的、高密度分子点腐蚀,通过改善型材表面凹凸处的物质结构,工业铝型材从而达到平整表面和消除冶金工艺造成的表面缺陷的效果(如能消除挤压痕、掩盖焊合线、缓和粗大晶粒等缺陷),使铝型材表面平整细腻,金属光泽柔和,大大提高了铝型材的表面质量。采用酸蚀亚光工艺,铝溶损在0.5%-0.8%之间,使生产成本降低到传统亚光工艺的二分之一以下,生产效率又有大幅度的增加,具有很大的实用和经济价值。
 
 
2、酸蚀机理
 
 
  酸蚀是在特定条件下的化学浸蚀。铝型材接触蚀液,在很短时间内迅速反应生成络合物,反应方程如下:
  
  3F-+Al-AlF3
  
  6F-+Al3+-Al.F63-
  
  AlF63-+Al2O3.3H2O-Al3(OH)3F6+30H-
  
  生成的络合物且具有一定的粘度,容易附着于铝基体表面,形成一种保护膜。挤压型材一般都有许多轻微的模痕,在高倍显微镜下观察呈峰状,粘附于铝基体的保护膜在凹处较厚,凸处较薄,薄处接触酸蚀液的几率较大,能继续较快地进行溶解反应;厚处受到粘附物的屏蔽而使浓液反应速度放慢,由于凹凸部位溶解速度的不同,从而达到平整表面、消除挤压痕的(砂面)亚光效果。缓解粗晶和焊合线与酸蚀的特定性能有直接关系,在铝型材生产中,粗晶和焊合线与模具、挤压工艺及铸棒均匀化有很大关系,氧化预处理时,碱蚀程度越深,粗晶和焊合线就越严重。由于酸蚀速度快,时间短,在还未出现严重粗晶和焊合线的情况下,反应就已结束,因此酸蚀工艺能有效缓解粗晶和焊合线。
  
  酸蚀添加剂在酸蚀工艺中主要作用有以下几个方面:(1)缓蚀作用:由于F-与自然氧化膜及铝基体反应速度很快,且反应剧烈,容易出现粗晶和焊合线等表面质量缺陷。为了既能保持一定反应速度,又不至于造成质量缺陷,添加葡萄酸钠、柠檬酸钠、甘油等有机化合物来抑制酸蚀反应速度,从而达到缓蚀效果。(2)整平作用:挤压型材有许多轻微的模痕,在高倍镜下观察呈山峰一般,加入磷酸三钠、硅藻土、多元醇等化合物,可使型材模痕谷底受到保护,尖峰磨平,从而达到整平效果。(3)促进作用:加入促进剂可使酸蚀添加剂充分扩散到槽液中去,且有效进入被络合物覆盖的铝基体表面内层,使反应得以继续进行,以免造成型材腐蚀不匀。(4)表面活性剂作用;加入十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等表面活性剂可进一步增强除油能力,以及在槽液表面产生一层泡沫,抑制热量损失及槽液挥发,更重要作用是增加槽液稳定性,这是因为带负电荷的表面活性剂能吸附在微粒周围,使微粒产生静电反力,从而使微粒能很好地悬浮在槽液中不易沉淀。(5)金属离子作用:加入Cu2+、Ag+等金属离子可防止过腐蚀,使砂面效果更细腻、均匀、砂面清晰。
 
 
3、试验 
 
 
  3.1试验目的
  
  通过对铝型材进行酸蚀、碱蚀工艺试验,比较两种工艺获得的型材表面质量以及生产过程中溶铝量的大小。
  
  3.2试验材料
  
  取同一批次、同一型号尺寸的幕墙型材作为试验材料。铝型材生产厂家幕墙型材特别是几何尺寸大、壁厚较厚的型材,很容易在传统碱蚀后出现粗晶和焊合线等缺陷,做酸蚀、碱蚀工艺试验对比,具有一定代表性。
  
  3.3试验内容
  
  3.3.1碱蚀工艺试验
  
  取两件试样在碱蚀液中进行碱蚀处理,其它工序按常规氧化工艺操作。碱蚀工艺试验要求见表1.
  
  表1碱蚀工艺试验要求
  
  3.3.2酸蚀工艺试验
  
  取两件试样在酸蚀液中进行酸蚀处理。型材经过酸蚀、水洗后在碱液中碱洗1min,其它工序按常规氧化工艺操作。
  
  3.4试验结果及分析
  
  观察碱蚀工艺制得的1#、2#样件表面状态。1#样件表面砂面细微,有轻微挤压痕,粗晶和焊合线不明显;2#样件表面砂面清晰,看不到挤压痕,但有轻微粗晶及焊合线暴露。表明随着碱蚀时间的增长,型材表面挤压痕被蚀平,砂面更细致、均匀,但容易暴露出粗晶及焊合线等缺陷。
  
  观察酸蚀工艺制得的3#、4#样件表面状态。两个样件表面质量相差无几,都表现为砂面细腻、柔和,基本看不到挤压痕、粗晶及焊合线的存在。表明酸蚀工艺能使型材在几分钟内获得质量好的砂面状态,挤压痕被消除,能有效遮盖焊合线,缓解粗晶现象,而且随着酸蚀时间的增长,型材表面不容易产生过腐蚀。
  
  测量1#、2#样件氧化前壁厚为3.0mm,氧化后1#样件测得壁厚为2.96mm,壁厚损失0.04mm;2#样件测得壁厚为2.92mm,壁厚损失0.08mm.表明碱蚀时间的增长,型材腐蚀量增大,生产砂面亚光型材,碱蚀溶铝量在3%以上。
  
  测量3#、4#样件氧化前壁厚为3.0mm,氧化后3#样件测得壁厚不少于2.99mm,壁厚损失不超过0.01mm;4#样件测得壁厚为2.99mm,壁厚损失不超过0.01mm.表明酸蚀时间的增长,型材溶铝量增加很少,生产砂面亚光型材,酸蚀溶铝量在0.5%以上。
  
  3.5试验结论
  
  从以上试验结果及分析中可以得出结论:铝型材氧化表面处理采用酸蚀工艺是可行的。比较碱蚀而言,亚光砂面型材经酸蚀外理后铝材损耗量大大降低,而且型材表面质量得以提高,预处理时间缩短,生产效率提升,综合成本下降。
 
 
4、生产应用
 
 
  4.1工艺流程
  
  脱脂-水洗-酸蚀-水洗-碱洗-水洗-水洗-中和-水洗-常规阳极氧化
  
  (酸蚀时要循环过滤)
  
  铝型材经脱脂和水漂洗后进入酸蚀工序。酸蚀并经水漂洗后再碱洗30s-1min,以去除表面粘附的络合物。水洗、中和后按正常氧化工序完成阳极氧化(着色)及封孔处理。
  
  过滤装置,能有效保证槽液的除渣效果。
  
  有的厂家循环过滤装置只是一台板框压滤机,随着滤渣的增多,槽液循环流量不够,造成除渣不良,影响槽液的使用。
  
  4.3常见故障及对策
  
  (1)表面有点状斑
  
  型材表面出现局部点状斑,说明槽液排渣不良,酸蚀槽有铝渣,需改进槽液出液法,加大铝渣回收量。
  
  (2)表面无光泽
  
  生产出来的型材表面粗糙无光,说明酸蚀添加剂中的促进剂含量不足,需补充促进剂含量。
  
  (3)表面有机械纹
  
  生产出来的型材表面有机械纹,说明酸蚀时间不够,或槽液中酸蚀添加剂含量偏低,需补充氟化氢铵或添加剂含量。
  
  (4)表面过腐蚀
  
  型材表面出现过腐蚀,说明酸蚀时间太长,或酸蚀添加剂中的缓蚀剂及金属离子含量不足,需调整酸蚀时间,补充槽液中酸蚀添加剂含量。
 
 
5、结束语
 
 
  酸蚀表面预处理技术的应用,收到良好的表面质量效果和可观的经济效益。在提高产品表面质量,降低生产成本,为高档化、集约化生产开辟新的途径。

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