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铝合金化学磨砂镜面抛光工艺


一、概述:

铝合金化学磨砂镜面抛光工艺是我院研究开发的一套具有国际领先的铝材表面抛光技术。彻底解决了抛光黄烟、滴流的世界难题,是现有三酸或两酸抛光、电解抛光的升级换代技术。
铝合金化学磨砂镜面抛光技术能根除黄烟、起砂、去机械纹,能以任意时间滴流而没有流痕和花材、大幅度降低抛光液消耗等,并对两酸或三酸抛光的弱点进行了深刻改进,如亮度不够、不能做镜面材、腐蚀钛夹具和不能自动清除铝合金表面残存抛光黑灰等技术难题。铝合金化学磨砂镜面抛光工艺以其无黄烟、无流痕、高亮度、低消耗、高成品率的巨大优势,赢得了市场的广泛尊重,有着巨大的环保和经济价值。

二、工艺说明如下:

1)化学磨砂槽:本槽主要功能是在90-110下对铝合金去机械纹、起砂和抛光(约相当三酸抛光80%的亮度);本槽工作过程中无烟,铝合金从本槽取出时,可任意滴流,绝对没有流痕,铝材不会发花。
  
2)镜面抛光槽:本槽富含强氧化剂,相当于三酸抛光槽,能对铝合金进行镜面抛光。与三酸抛光槽相比,化学镜面抛光液具有无黄烟、无流痕、高亮度、低消耗、高成品率以及产品稳定的强大优势。
    A
、绝无黄烟,亮度稳定:本槽添加有足够量的烟雾抑制剂,黄烟的分解被彻底抑制;由于强氧化剂分解较慢,浓度比三酸槽稳定,因此不同批次铝合金的亮度差别比三酸抛光要小得多。
    B
、亮度增加:三酸抛光的亮度,除了与磷酸浓度、硝酸浓度、温度有关外,还与抛光液的含水量有关。含水量越高,亮度越低;三酸抛光液中磷酸含量高达80%(磷酸的含水量为15%),相应抛光液水含量不低于12%;如此高的水含量必然降低抛光材的亮度,铝材镜面抛光液在制作过程中,经过长时间的高温浓缩,水含量不足5%,因此镜面抛光材的亮度明显提高。
    C
、可长时间滴流:考虑到三酸抛光反应过于剧烈,铝合金离开槽液后,滴流时间不能超过30秒,大量抛光液被带进水洗槽,造成抛光材成本过于昂贵的弱点,铝材镜面抛光液中添加有足够量的添加剂,保护铝合金离开槽液后,可在空中任意时间滴流而不花材,也没流痕,由此可节约抛光液70%以上。
    D
、自动除灰:铝合金不纯或抛光液老化时,铝材经三酸抛光后,表面往往有一层黑灰,一般方法很难除去,严重影响抛光材质量。化学磨砂槽和镜面抛光槽中,均添加有除灰成份,可自动清除抛光灰。
    E
、成品率高:由于镜面抛光槽解决了色差、流痕、花材、抛光灰等问题,使得成品率大幅提高,从而降低了成本,提高了生产效率。
  
3)保光氧化槽:设置本槽有两大目的,即对镜面抛光材进行化学保光氧化和精除灰:
    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。由于阳极氧化使镜面抛光材失光,而有些铝合金,如灯饰、机壳等,不需要厚氧化膜,因此可用保光氧化方法处理,经有水性机封孔后,直接出厂,避免失光;另外,铝合金从镜面抛光到阳极氧化之前,需多道水洗,并有可能在空中或水洗槽滞留,产生点蚀,可先过保光氧化槽,预制一定厚度的化学氧化膜,先行保护起来,避免氧化之前在水洗槽中产生点蚀或花材,提高成品率。
    B
、精除灰:抛光灰的来源有两种,一是铝合金中有掺杂,二是抛光液老化。抛光灰用一般方法很难清除,能严重影响抛光材的外观质量。尽管化学磨砂槽和镜面抛光槽中已添加有除灰剂,能清除绝大部分抛光灰,但在某些特殊条件下,仍可能有少量残留抛光灰。保光氧化槽能彻底清除抛光灰,从而保证抛光材质量。
  
4)有机封孔槽:本槽是专门为保光氧化槽配备的后处理槽。铝合金经保光氧化后,表面已经钝化,形成一层致密氧化层,抛光亮度被完全固定下来,并有一定程度的增亮效果,还需进行恰当氧化后处理,才能出厂。经多种比对,反复选择,最终选用水性有机封孔方案,既不影响镜面材光泽,又能彻底保护保光氧化槽形成的化学氧化膜免受指纹、油污等污染。
三、工艺用途及用法
   
铝合金化学磨砂镜面抛光工艺由化学磨砂、镜面抛光、保光氧化和有机封孔四道工序组成,可生产化学磨砂抛光材、机械喷砂抛光材和平光镜面抛光材。化学磨砂槽负责除油、脱蜡、脱自然氧化膜、去机械纹、起砂和相当三酸80%亮度的抛光;镜面抛光槽负责相当三酸120%亮度的抛光;保光氧化槽负责增光、彻底清除抛光灰、钝化抛光材表面、形成氧化膜、避免点蚀和降低阳极氧化的失光程度;有机封孔槽负责对镜面抛光材进行不失光的氧化后处理,使表面具备防油、防污等自净化功能。四道工序互相依存,互相配合,组成一套完整且严密的铝合金化学磨砂镜面抛光工艺。采用本套技术可生产下述三大类镜面抛光材:
      a
、化学磨砂抛光材:由化学磨砂槽、镜面抛光槽和保光氧化槽组合,可生产用化学方法去机械纹、并起化学砂的抛光材;铝材放入化学磨砂槽中,80-120度下反应5-8分钟,可去机械纹、起砂,并获得相对三酸抛光80%亮度的亮度;反应完毕,铝材从化学磨砂槽取出,滴流2-3分钟(滴干为止),直接进镜面抛光槽,100-120度下反应1-2分钟,提高亮度至镜面,然后取出,滴干(大约2-3分钟),放入水洗槽;经两道水后 (水洗时间不要太长,以免点蚀),迅速进入保光氧化槽,常温下反应15-30分钟(反应时间视对化学氧化膜厚度要求而定),生成一定厚度的化学氧化膜,并进一步增亮和精除灰。化学氧化膜能保护抛光材在阳极氧化前的滞留时间内不被点蚀,同时降低阳极氧化对抛光材的失光程度;保光氧化后,经两道水洗,可进行阳极氧化,完成表面前处理。对许多工业材或室内装修材而言,保光氧化后,进风干槽风干,再进有机封孔槽,封孔3-5分钟,然后烘烤20-30分钟,完成全套表面处理。
由于铝材经化学磨砂槽和镜面抛光槽取出后都能滴干,药剂消耗在200
-250Kg/吨材内,比三酸抛光降低一半以上;同时,本技术设计为镜面抛光槽对化学磨砂槽兼容,铝材经化学磨砂槽后直接进镜面抛光槽,两槽之间没有药剂损失,实际药剂消耗为镜面抛光槽的带出损失,功能增加,成本反而大幅降低
     b
、机械喷砂抛光材:由镜面抛光槽和保光氧化槽组合,可生产无机械纹、带机械喷砂的抛光材;喷砂材直接放入镜面抛光槽中,100-120度下抛光1-2分钟后取出,滴干(大约2-3分钟);两道水洗后,迅速放入保光氧化槽,常温下除灰并生成化学氧化膜,保护铝材免受点蚀,并降低阳极氧化失光;最后,经两道水洗,可进行阳极氧化或进行水性有机封孔。
     c
、平光镜面抛光材:由镜面抛光槽和保光氧化槽组合,可生产机械抛光平光镜面材和含机械纹的普通平光镜面材。平光材分为两种类型,即带机械纹的普通平光材和经机械抛光、磨去机械纹的机抛平光材。按上述方法,由镜面抛光槽、保光氧化槽和有机封孔槽组合,可对这两类材进行镜面抛光。
    
三大类材中,化学磨砂抛光材是一个新的材种,需要铝材生产和经销商与我们密切配合,共同努力推向市场;喷砂材和平光镜面抛光材由于镜面抛光槽能力强、保光氧化槽有效降低阳极氧化失光,比相应的三酸抛光材亮度高,市场竞争增强;抛光槽后配备保光氧化槽,是一项全新的技术概念,工业材经保光氧化后直接投放市场,完全保留了镜面抛光的亮度;建筑材经保光氧化后,可有效降低阳极氧化的失光程度。
四、工艺突出特点
(一)与其它阳极氧化前处理技术(碱蚀磨砂、光亮酸蚀磨砂、三酸或两酸抛光)相比有下述优势: 
     a
、与碱蚀磨砂比较:碱蚀磨砂作为一种传统处理技术,一直存在着腐蚀时间长(15分钟)、铝耗高(
50公斤)、碱耗高(50公斤),废水处理量太大等弊端。不仅如此,尽管付出如此高昂的代价,碱蚀砂面铝材表面还是砂粒太粗,机械纹不能完全除掉。因此,碱蚀砂面技术对模具要求非常高,一套模具大约只能挤压八吨材。化学磨砂技术既具有去纹时间短(6-10分钟)、铝耗低(8-10公斤)的优点,又具备起砂快的能力,还配备抛光功能,使得铝材表面细砂、无纹、高亮度。
     b
、与酸蚀磨砂比较:普通酸蚀磨砂技术具有去机械纹能力强、起砂快、铝耗低的优点,但由于铝材经酸蚀处理后,表面附着大量酸蚀灰,不得以仍须过碱蚀槽和中和槽,以便清除部分酸蚀灰;尽管如此,还残存着一些十分顽固的酸蚀灰,使铝材表面发暗,并且污染着色槽和电泳槽。化学磨砂技术不仅保留了酸蚀去机械纹能力强、起砂快、铝耗低的优点,而且少量抛光灰已有技术彻底清除。经化学磨砂技术处理的铝材,是目前最为亮丽的砂面抛光材。 
     c
、与三酸抛光比较:三酸抛光具有亮度高,工艺简单的优点,但药剂消耗较大(约
500Kg)、不能去机械纹、不能起砂是其明显不足。化学磨砂技术既能起砂、去机械纹,又能进行镜面抛光,使铝材增亮至镜面;此外,由于彻底解决了滴流问题,药剂消耗也不足三酸抛光的一半。
     d
、与光亮酸蚀比较:光亮酸蚀具有去纹能力强、起砂快、铝耗低、铝材光亮等诸多优点,且成本适中,已得到市场的广泛认可。化学磨砂具备光亮酸蚀的所有优点,且亮度要高得多,但成本也高出一倍。随着消费水平的提高,化学磨砂抛光材可能成为光亮酸蚀砂面材的换代产品。
(二)化学磨砂镜面抛光工艺有下述重大技术突破:
    1
、采用一套完整的四槽组合抛光技术,涵盖所有抛光材,适用范围是传统抛光技术无法迄及的。两酸抛光亮度不够,不适合生产机械抛光材;三酸抛光不能起砂和去机械纹,不能生产化学砂面材;本套技术适合所有氧化材,是一项难得的技术突破;
    2
、引人化学磨砂槽,在高温区间(110±
5)起砂和去机械纹,是有别于碱蚀和酸蚀砂面的第三种化学砂面技术,且兼备相当三酸槽80%的抛光能力,集起砂、去纹和抛光于一槽,是我院的技术创新;
    3
、引人保光氧化槽,把抛光和化学氧化联系起来,有效降低阳极氧化失光。阳极氧化造成抛光材失光,是铝加工行业的共识,一般都是在阳极氧化槽本身寻找降低失光的办法,很难有大的技术突破。我院在阳极氧化槽以外寻找解决失光问题途径:即借用洗相术中定影的技术思路,设法让铝合金的抛光亮度先行固定下来,然后再进行阳极氧化,有效降低亮度损失。即在抛光槽和阳极氧化槽之间设置保光氧化槽,对抛光材先进行不失光(反而增光)的化学氧化,使铝合金表面生成一层非常致密的化学氧化膜,将亮度先固定下来,然后再进行阳极氧化,有效降低失光;对许多工业材和室内装修材而言,只需进行水性有机封孔就可出厂,抛光亮度可100%保留!
    4
、引人有机封孔槽,对经保光氧化处理的镜面材进行不失光的氧化后处理,既彻底保护了镜面效果,又增加了防污防锈功能。水性环保产品。
    5
、彻底解决抛光烟雾(黄烟)问题,实现了真正意义上的无烟三酸抛光!三酸抛光材非常漂亮,但目前所占市场份额有限,究其原因,抛光烟雾是重要障碍之一。烟雾污染太大,必须配备强力抽风系统,并消耗大量化学药剂才能彻底吸收,成本昂贵。本套技术从根本上抑制黄烟,节约大量环保费用,为三酸抛光普遍推广扫清了最大障碍。
    6
、彻底解决滴流问题,抛光液消耗降低70%以上,成品率大幅提高,废水处理成本大幅降低。流痕是抛光技术的大敌,吨材400
600Kg的抛光液消耗、成品率不足70%等,均由流痕引起。化学磨砂抛光槽和镜面抛光槽中都添加有抗流痕的添加剂,铝合金取出后可任意滴流,绝对没有流痕,也不花材。同时,由于药剂消耗节约了70%,因此,废水处理成本也节约了70%
    7
、彻底解决抛光材挂灰问题,进一步提高亮度。抛光材所挂黑灰,普通方法很难彻底清除,直接影响亮度。研发小组找到了一种特殊的除灰剂,直接添加到化学磨砂和镜面抛光槽中,抛光的同时自动除灰,非常巧妙地解决了抛光材挂灰问题。
五、化学磨砂镜面抛光技术与其它抛光技术比较
(一)、与电解抛光比较优势:
    1
、能生产镜面抛光材:电解抛光由于生产镜面抛光材时成品率太低,厂家几乎不能生产镜面抛光材;镜面抛光没有流痕问题,完全可以生产镜面材,厂家可生产镜面抛光新材种。
    2
、无流痕:电解抛光操作,一不小心就会有流痕,工艺极难控制,生产镜面抛光材时尤为明显,许多厂家不能用电解抛光生产镜面抛光材;镜面抛光可长时间滴流,不会产生流痕,花材,无论砂面抛光材或是镜面抛光材都无影响。
    3
、亮度高:电解抛光亮度一般,以光度计测量值约在500600之间;镜面抛光亮度很高,以光度计测量值可达到800
    4
、消耗低:电解抛光药剂消耗在
500kg/吨材;而镜面抛光消耗低于195kg/吨材。
    5
、成品率高:电解抛光砂面材成品率90%,镜面抛光材的成品率只有70%左右;镜面抛光成品率都超过95%
    6
、环保处理成本低:电解抛光每生产一吨铝材需要处理
500kg左右的废酸;镜面抛光最多只需要处理195kg左右的废酸。
    7
、无电耗,节约能源:电解抛光每生产一吨抛光材,需要1900度电左右;化学镜面抛光不需要用电。
    8
、无极板损耗:电解抛光生产需要耗用大量昂贵的阴极板;化学镜面抛光不用电能,没有这种额外的损耗。
    9
、工效高:电解抛光需要耗时1530分钟,挂料面积少,生产效率低;整个化学抛光时间为10-15分钟,挂料面积多,工效提高80%以上。