surface treatment
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鋁型材化學拋光和電化學拋光處理技術
所謂化學拋光就是把鋁型材浸入化學溶液中的拋光處理;鋁的電化學拋光是指利用電化學原理,把鋁型材浸入到適當的電解質溶液中,在外加電流(包括直流電、脈沖電流等)的作用下,產生電解作用,達到光量化目的的工藝過程;化學拋光和電化學拋光都可以使特殊鋁型材獲得很光亮的表面;
光亮陽極氧化鋁型材的材質宜選用純鋁錠(AI99.70)或高純度的精鋁錠(AI99.99)為基來生產,尤其重要的是要控制鋁型材的制造工藝;另外,只有采用特殊的化學拋光處理和電化學拋光處理,才能保證在陽極氧化后有著高鏡面的表面質量;
特殊鋁型材的選擇應根據用戶對光亮度的特殊要求,選擇能滿足該要求的特殊鋁合金牌號及其純度級別;為了滿足鋁型材純度級別的要求,宜選擇相應純度級別為基來生產:高純度的精鋁錠(AI99.99)、精鋁錠(AI99.95)、純鋁錠(AI99.85、AI99.80),最低也得使用純鋁錠(AI99.70);鋁型材的純度不同,對白光的反射率是不同的(見下表),如果鋁型材的純度降低,它對白光的反射率隨之降低;
鋁型材純度/%
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白光反射率/%
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鋁型材純度/%
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白光反射率/%
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鋁型材純度/%
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白光反射率/%
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99.99
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98
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99.8
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90
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99.6
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85
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99.9
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91
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99.7
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89
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99.5
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75
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為了獲得很高的光潔度,應使用高純度的精鋁錠(AI99.99)為基來生產高純度的特殊鋁及鋁合金材料,如5605(AI99.98MgI)、5A66、1A99.99(AI99.99)等;添加合金元素鎂可以提高鋁型材的光潔度,因此,光亮用的特殊鋁型材中往往含有一定的鎂;特殊鋁型材經過高標準光亮的精飾工藝后,其表面能獲得顯著的光亮度,能呈現出高境面反射的特點;然而,這種高純度的精鋁錠(AI99.99),價格昂貴,只能使用在有限的特殊領域;添加0.4%~1.2%Mg,來生產5657和5457鋁型材,或者添加少量的鎂和少量的硅生產6463鋁合金,這樣的鋁型材經過光亮的精飾工藝后,其表面能獲得較高的光亮度;
高標準光亮的精飾工藝是獲得光亮度至關重要的工藝;機械拋光重現性好,可以把不是很深的表面缺陷去掉,起到平整光滑的初具光亮的作用;化學拋光或電化學拋光可以去除機械拋光中形成的輕微的摩擦條痕和可能出現的熱變形層和氧化膜層,進一步使表面平整光滑,可獲得很高的光潔程度和鏡面光亮度;因此,應根據市場對光亮度的具體要求和鋁型材表面的具體情況,選擇適宜的光亮的精飾工藝,可以單獨選擇化學拋光或電化學拋光,也可以綜合選擇機械拋光加化學拋光或電化學拋光等;根據經驗,相互綜合的光亮的精飾工藝,可以起到互補的作用,使之具有更高的光亮度,呈現高的鏡面反射的性能;
鋁型材進行化學拋光或電化學拋光后,其表面雖然可以得到很高的光潔度,但不能長期保持,因其極易在空氣中自然氧化而變暗,且極易黏附很輕微的污穢物,甚至可能留有指紋;因此必須配合相應的陽極氧化工藝,生產陽極氧化膜來加以保護;光亮的鋁型材表面因生成陽極氧化膜而導致一些光亮度的損失,其部分光線被氧化膜本身所吸收,但更主要的是被氧化膜內的金屬間化合物、游離硅等質點所捕獲吸收;未經特殊控制而生產的其他一些鋁合金材料,如5005、5052及6063等,其表面經過機械拋光、化學拋光或電化學拋光后,雖然有可能具有相當好的光潔度,但經過陽極氧化生產氧化膜后,其表面光潔度的損失要比特殊控制生產的高純度鋁錠為基鋁型材的光潔度損失大;特別是為了保護已獲得的表面光潔度,陽極氧化膜厚度往往需要大于5μm,這時未經過特殊控制生產的鋁型材光亮度損失就更大;
化學拋光設備簡單、操作方便,廣泛的用于鋁及鋁合金材料表面光亮的精飾的工藝,可滿足大部分用戶的要求;常使用的化學拋光工藝是以磷酸-硝酸混合溶液為基,并加入一些添加劑,也有使用硝酸-氫氟酸混合溶液為基的化學拋光工藝;為了使鋁型材表面獲得更高的光亮度,則選擇高純度鋁合金進行化學拋光;
電化學拋光需要增加電源設備和導電系統;電化學拋光能除去工件表面微小的缺陷和粗糙,提高表面的光滑平整性,能使特殊的高純度鋁型材表面具有較高光亮度的鏡面反射性能;
光亮度是指物體表面對光的反射能力;表面反射率越高,則光亮度越高;反射率是反射光與入射光之比;光線反射的基本形式有全反射、鏡面反射、散射反射,其實際表現形式如下圖所示:
完全鏡面反射是理想的表面情況,光亮度極高;其全反射率等于全鏡面反射率,散射反射率為0,這樣完成全鏡面反射的表面通常是不存在的;高鏡面反射存在兩種不同類型的反射:高性能的鏡面反射和散射反射;高性能的鏡面反射是大量的入射光線有規律地從表面直射反射出去;但也要注意到一些光線的散射反射,這些光線向各個方向漫散射反射;一些高水平的完全散射反射的表面和高水平的完全鏡面反射的表面一樣,在實際應用中是非常需要的;
化學拋光可使鋁型材表面平整光滑,能除去鋁型材表面較輕微的模具痕跡和擦傷、劃傷條紋,除去機械拋光中可能生成的摩擦條紋、熱變形層、氧化膜層等,且能使粗糙的表面趨于光滑,同時可提高鋁型材表面的鏡面反射性能,提高光潔度;這一作用能滿足市場對鋁型材光亮度表面的大部分要求;
電化學拋光能同時滿足鋁合金金相顯微組織試樣的高度平整和高光潔度的要求;對于工業及科技領域等有特殊表面質量要求的高光亮度和高鏡面反射性能的鋁型材,如光學元件、裝飾性鋁型材零部件及工藝品,電化學拋光可賦予鋁型材表面高“光亮”的效果并呈現出高鏡面的反射性能;特別是經過機械拋光、化學拋光之后,在進行電化學拋光,作用更顯著;因其可除去鋁型材表面輕微的粗糙痕跡,如輕微的機械拋光痕跡或輕微的擦傷、劃傷痕跡;這些痕跡可能是由電機操作條件輕微的變化,或由軟輪磨光的尼龍、磨光膏的粒徑粗細輕微的變化,或由磨光時工件壓緊程度輕微的變化而引起的;這些痕跡要比模具痕跡輕微的多;總之,特殊加工的鋁型材采用電化學拋光可得到高的光亮度和高的鏡面反射的表面;
電化學拋光的生產成本要相應的提高:須增加電源設備及導電控制系統;電化學拋光中電流密度要比磷酸陽極氧化的大幾倍至十倍,增加的用電量較大;操作時間要比化學拋光長一些,通常需要2min以上;
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