技術連載“鋁材化學磨砂拋光”（一）

　　一、研究背景

　　鋁材化學磨砂拋光技術是在整平光亮技術和光亮酸蝕技術的基礎上，成功開發出的又一項獨家專有技術。

　　近幾年來，研發部門對鋁材陽極氧化前處理各項傳統工藝，如堿蝕、酸蝕、三酸拋光等進行了詳細研究，結果發現：

　　1、鋁材亮度：三酸拋光液中，由于硝酸等強氧化劑的存在，使鋁材表面很容易被氧化出一層含致密氧化鋁的鈍化層，據此形成鏡面，因而三酸拋光最亮；堿蝕無鈍化作用，沒有拋光效果，但卻能保留金屬色；酸蝕最暗，鋁材表面被一層酸蝕灰覆蓋，完全沒有金屬光澤。

　　2、機械紋：酸蝕液中，反應產物粘附在鋁材表面并填平機械紋溝底，溝底的鋁材與酸蝕液完全隔絕，反應速度幾乎為零，而溝表面的粘附產物較薄，酸蝕液可與鋁材接觸，反應可快速進行。這樣，溝表面與溝底產生了很大的反應速度差，從而實現了最強的去機械紋能力；堿蝕也具備較強的去機械紋能力，但利用的是粘性理論，即溝底的鋁離子濃度高于溝表面的鋁離子濃度，決定了溝表面的反應速度快于溝底的反應速度，從而實現了后車追上前車，消除機械紋的目的。由于溝底的反應速度只是被減緩，而不是象酸蝕那樣被徹底抑制，因而堿蝕去機械紋能力比酸蝕弱得多，且鋁耗是酸蝕的五倍以上。三酸拋光含有一定濃度的強氧化劑，使鋁材表面產生鈍化膜，因而不具備去機械紋能力。

　　3、砂面：酸蝕與堿蝕形成砂面的機理不同，因而生成的砂粒各異。在酸蝕液中，以陰極相(Mg2Si,AlFeSi等)為中心，與之周邊相鄰的陽極相(純鋁相)被不斷溶解，鋁離子進入槽液，形成砂坑；同時，氟離子有可能與一些金屬陽離子絡合，借助氟作為運載工具，在陰極相析出，形成砂峰；由此可見，陰極相是形成砂粒的砂源，其在合金中的均勻、細膩的分布程度直接決定酸蝕砂面的外觀質量；為此，國內很多廠家采用摻復錠的方法，人為引人雜質金屬，形成均勻細膩的陰極相，從而生產出比僅用純鋁錠漂亮得多的酸蝕砂面材!在堿蝕液中，鋁的反應方式略有不同。首先，按原電池原理，陰極相周圍的純鋁相(陽極相)被不斷溶解，形成砂坑；但由于沒有氟離子作為運載工具，陰極相區域沒有析出，不能形成較尖的砂峰；另外，在堿性條件下，由于沒有象酸性條件下的鈍化反應制約，堿蝕反應可以毫無障礙地快速進行，相鄰砂坑可能連通，形成較大砂坑；因此，堿蝕砂因其砂峰不尖，砂坑過大而遠沒有酸蝕砂漂亮!三酸拋光是在酸性條件下進行，強氧化劑的存在使鋁材表面的鈍化反應非常明顯，幾無去機械紋和起砂能力。

　　4、綜合成本對比：三酸拋光成本最高。因為滴流時間不能超過40秒，大量的拋光液被帶進水洗槽(約400-500Kg/噸材)，既增加了廢水處理成本，又使拋光成本非常昂貴，高達2000-3000元；此外，黃煙的處理需要很大的設備投資，并需要大量的處理費用；另外，拋光材成品率不高，進一步增加了生產成本。盡管堿蝕磨砂消耗的藥劑成本不高，但需要損耗40-50Kg鋁/噸材,約800-1000元，并且還需增加額外廢水處理費用。普通酸蝕磨砂藥劑消耗成本較低，約300元/噸材，鋁耗也很低，約8-10Kg/噸材。從綜合成本考慮，三酸拋光最貴，堿蝕次之，酸蝕最低。

　　5、外觀質量對比：就亮度而言，三酸拋光最亮，堿蝕次之，酸蝕最暗；從砂面來看，酸蝕砂均勻細膩，堿蝕砂粗大不勻；三酸拋光基本不起砂；同樣，酸蝕去機械紋的能力是堿蝕的三倍以上，而三酸拋光沒有去線紋能力。

　　A.<<鋁材光亮酸蝕技術>>：本項技術是對酸蝕技術的深刻改造，既要求保留酸蝕均勻細膩的砂面，高效徹底的去機械紋能力，又必須徹底清除酸蝕灰，恢復金屬色，并具備一定程度的拋光能力。2004年初，光亮酸蝕鋁材已大量上市。

　　B.<<鋁材整平光亮技術>>：本項技術是對三酸拋光技術的深刻改造，既要求保留三酸拋光的亮度，又必須移植酸蝕去機械紋和起砂的能力；同時，杜絕黃煙，改進滴流，盡可能延長滴流時間，降低藥劑消耗，提高成品率。經過不懈努力，鋁材整平光亮技術基本實現了高亮度、無黃煙、可長時間滴流、低藥劑消耗(約200-250Kg/噸材)、鋁材表面永無流痕和成品率高的技術優勢，并于2002年初成功推向市場。

　　C.<<鋁材酸性低溫半拋光技術>>：近年來，生產平光鋁材采用較低成本的堿蝕或酸性低溫拋光等方法，藥劑消耗低，鋁耗低。堿蝕方法有13Kg/噸材的鋁耗，且鋁材亮度不高；酸性低溫拋光方法，如除油，三合一等確實能降低鋁耗，但增加的亮度很有限。鋁材酸性低溫半拋光技術正是為生產一定亮度的平光材而設計的一項新穎技術，她保留了三合一的低鋁耗，卻把鋁材的亮度提高到普通堿蝕或三合一所無法迄及的水平。本項技術難度很大，還在開發中。

　　經過兩年多的生產運行，發現鋁材整平光亮技術仍存在如下缺陷：

　　(1)亮度不夠，僅相當于三酸拋光的80%；

　　(2)容易起砂，不能做鏡面材；

　　(3)腐蝕鈦夾具，影響做工業材。

　　為此，本公司對自行設計的整平光亮技術進行了系列改進，并于2004初成功推出其換代技術--鋁材化學磨砂拋光技術。

　　二、產品簡介

　　鋁材化學磨砂拋光技術是在鋁材整平光亮技術的基礎上發展起來的，她保留了整平光亮技術的大部分優點，如能起砂、去機械紋，能以任意時間滴流而沒有流痕和花材、大幅度降低拋光液消耗等，并對其弱點進行了深刻改進，如亮度不夠、不能做鏡面材、腐蝕鈦夾具和不能自動清除鋁材表面殘存拋光黑灰等，這些長期困擾本公司的技術難題，通過鋁材化學磨砂拋光技術，得到有效合理的解決。

　　三、操作方式

　　化學磨砂拋光技術按下述方式安排反應槽：

　　化學磨砂：鏡面拋光→水洗→水洗→保光氧化→水洗→水洗

　　風干：有機封孔→涼干→烘干

　　說明：

　　1．化學磨砂槽：本槽相當于原整平光亮槽，主要功能是在80-120度下對鋁材去機械紋、起砂和拋光(約相當三酸拋光亮度的80%)；本槽工作過程中無黃煙，鋁材從本槽取出時，可任意滴流，絕對沒有流痕，也不會花材。

　　2．鏡面拋光槽：本槽富含強氧化劑，相當于三酸拋光槽，能對鋁材進行鏡面拋光。與三酸槽相比，本槽具有如下特點：

　　a.近無黃煙：本槽添加有足夠量的煙霧抑制劑，黃煙的分解被抑制到最低限度；由于強氧化劑分解較慢，濃度比三酸槽穩定，因此不同批次鋁材的亮度差別比三酸拋光要小得多。

　　b.亮度增加：三酸拋光的亮度，除了與磷酸濃度、硝酸濃度、溫度有關外，還與拋光液的含水量有關。含水量越高，亮度越低；三酸拋光液中磷酸含量高達80%(磷酸的含水量為15%)，相應水含量不低于12%；如此高的水含量必然降低拋光材的亮度，同時也為我們提高亮度留足了技術改造空間。鏡面拋光液在制作過程中，經過長時間的高溫濃縮，水含量不足5%，因此鏡面拋光材的亮度明顯提高。

　　c.可長時間滴流：考慮到三酸拋光反應過于劇烈，鋁材離開槽液后，滴流時間不能超過40秒，大量拋光液被帶進水洗槽，造成拋光材成本過于昂貴的弱點，鏡面拋光液中添加有足夠量的緩蝕劑，保護鋁材離開槽液后，可在空中按任意時間滴流而不花材，也沒流痕，由此可節約拋光液50%以上。

　　d.自動除灰：摻有一定比例復錠的鋁材(或拋光液老化)經三酸拋光后，表面往往有一層黑灰，一般方法很難除去，嚴重影響拋光材質量。化學磨砂槽和鏡面拋光槽中，均添加有除灰成份，可自動清除拋光灰。

　　e.成品率高：由于鏡面拋光槽解決了色差、流痕、花材、拋光灰等問題，使得成品率大幅提高，從而降低了成本，提高了生產效率。

　　3．保光氧化槽：設置本槽有兩大目的，即對鏡面拋光材進行保光化學氧化和精除灰。

　　a.保光氧化：保光氧化槽既能生成一定厚度的氧化膜，又能完全保留原有亮度。由于陽極氧化使鏡面拋光材失光，而有些鋁材，如燈飾、機殼、家什等，不需要厚氧化膜，因此可用保光氧化方法，經有機封孔后，直接出廠，避免失光；另外，鋁材從鏡面拋光到陽極氧化之前，需多道水洗，并有可能在空中或水洗槽滯留，產生點蝕，若先過保光氧化槽，預制一定厚度的化學氧化膜，先行保護起來，從而避免氧化之前在水洗槽中產生點蝕或花材，提高成品率。

　　b.精除灰：拋光灰的來源有兩種，一是鋁合金中有摻雜，二是拋光液老化。拋光灰用一般方法很難清除，能嚴重影響拋光材的外觀質量。盡管化學磨砂和鏡面拋光槽中已添加有除灰劑，能清除絕大部分拋光灰，但在某些特殊條件下，仍可能有少量殘留拋光灰。保光氧化槽能徹底清除拋光灰，從而保證拋光材質量。

　　4．有機封孔槽：本槽是專門為保光氧化槽配備的后處理槽。鋁材經保光氧化后，表面已經鈍化，形成一層致密氧化層，拋光亮度被完全固定下來，并有一定程度的增亮效果，還需進行恰當氧化后處理，才能出廠。經多種比對，反復選擇，研發小組最終決定選用有機封孔方案，既不影響鏡面材光澤，又能徹底保護保光氧化槽形成的化學氧化膜免受指紋、油污等污染。

　　由化學磨砂槽、鏡面拋光槽、保光氧化槽和有機封孔槽組合，可生產化學磨砂拋光材、機械噴砂拋光材和平光鏡面拋光材：

　　a.化學磨砂拋光材：鋁材放入化學磨砂槽中，80-120度下反應5-8分鐘，可去機械紋、起砂，并獲得相對三酸拋光80%亮度的亮度；反應完畢，鋁材從化學磨砂槽取出，滴流2-3分鐘(滴干為止)，直接進鏡面拋光槽，100-120度下反應1-2分鐘，提高亮度至鏡面，然后取出，滴干(大約2-3分鐘)，放入水洗槽；經兩道水后(水洗時間不要太長，以免點蝕)，迅速進入保光氧化槽，常溫下反應15-30分鐘（反應時間視對化學氧化膜厚度要求而定），生成一定厚度的化學氧化膜，并進一步增亮和精除灰。化學氧化膜能保護拋光材在陽極氧化前的滯留時間內不被點蝕，同時降低陽極氧化對拋光材的失光程度；保光氧化后，經兩道水洗，可進行陽極氧化，完成表面前處理。對許多工業材或室內裝修材而言，保光氧化后，進風干槽風干，再進有機封孔槽，封孔3-5分鐘，然后烘烤20-30分鐘，完成全套表面處理。由于鋁材經化學磨砂槽和鏡面拋光槽取出后都能滴干，藥劑消耗在200-250Kg/噸材內，比三酸拋光降低一半以上；同時，本技術設計為鏡面拋光槽對化學磨砂槽兼容，鋁材經化學磨砂槽后直接進鏡面拋光槽，兩槽之間沒有藥劑損失，實際藥劑消耗為鏡面拋光槽的帶出損失，功能增加，成本反而大幅降低!【完】

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