工業(yè)鋁型材生產(chǎn)加工廠家

鋁型材只有經(jīng)含氟離子的酸性環(huán)境蝕刻后才容易形成紋理效果，但在僅有氯離子的酸性環(huán)境中所形成的紋理均勻性較差，粗糙度不均一，同時(shí)是無(wú)光澤的黑色或灰色表面；只有添加氟化物的酸性環(huán)境才能獲得表面均勻的紋理效果，本節(jié)即針對(duì)以氟為主的蝕刻方法進(jìn)行討論；

在酸性氟化物環(huán)境中對(duì)鋁型材表面的紋理蝕刻，首先，是通過鹵素離子的點(diǎn)蝕作用完成；其次，由于鋁型材內(nèi)部雜質(zhì)和表面晶粒結(jié)構(gòu)的不均一性，表面質(zhì)點(diǎn)之間存在一定的電位差，而這種電位差在蝕刻液中會(huì)形成無(wú)數(shù)細(xì)微原電池而產(chǎn)生化學(xué)/電化學(xué)腐蝕；最后，鋁在酸性溶液中易被氧化性較強(qiáng)的氫離子氧化，同時(shí)由于酸性氟化物紋理蝕刻液酸性并不太高，就更易于使鋁在這種蝕刻液中形成鈍化膜，再加上氟離子和氯離子的滲透性強(qiáng)，從而使形成的鈍化膜層較厚且松懈；而鹵素離子又易于從松懈的孔穴中滲入，從而加速點(diǎn)蝕的進(jìn)行；形成的鈍化膜同時(shí)也被鹵素離子所溶解，溶解后瞬時(shí)裸露的金屬表面又會(huì)形成新的鈍化層；其最終結(jié)果是在鋁型材表面形成紋理表面，達(dá)到紋理蝕刻的目的；氟離子的滲透性使鋁在蝕刻過程易于形成較厚且松的鈍化膜層，選擇含氟紋理蝕刻劑對(duì)多種鋁材都有較好的從細(xì)到中粗的紋理蝕刻效果；以上蝕刻過程的化學(xué)原理分析如下：

2Al+6H^++3H2O=Al2O3+6H2↑     （4-1）

Al2O3+6F^-+6H^+=2AlF3↓+3H2O   （4-2）

Al2O3+6Cl^-+6H^+=2AlCl3+3H2O    （4-3）

2Al+6Cl^-+6H^+=2AlCl3+3H2↑      （4-4）

2Al+6F^-+6H^+=2AlF3↓+3H2↑     （4-5）

反應(yīng)式（4-1）是鋁型材表面鈍化膜的形成，反應(yīng)式（4-2）和反應(yīng)式（4-3）是鈍化膜的溶解，也可以說反應(yīng)式（4-1）和反應(yīng)式（4-2）、反應(yīng)式（4-3）是紋理形成的主過程；只有這三個(gè)反應(yīng)過程的存在，才能夠在鋁型材表面形成紋理；反應(yīng)式（4-4）、反應(yīng)式（4-5）是副反應(yīng)，從理論上講它對(duì)紋理的形成并無(wú)多大關(guān)系，但從實(shí)際加工過程來看，如果僅有反應(yīng)式（4-1）、反應(yīng)式（4-2）、反應(yīng)式（4-3）是不足以在鋁型材表面形成均勻的紋理，必須還要有反應(yīng)式（4-4）、反應(yīng)式（4-5）的存在才能形成所要求的均勻紋理效果；但如果在反應(yīng)過程中反應(yīng)式（4-4）、反應(yīng)式（4-5）的地位上升，雖然可以使紋理粗糙度和均勻性都有所增加，但如果反應(yīng)式（4-4）、反應(yīng)式（4-5）上升過高，則溶液對(duì)鋁的蝕刻速度將會(huì)變得更快，反而會(huì)降低紋理粗糙度，表面紋理效果變差，甚至不能形成紋理而呈現(xiàn)出低粗糙度的光面效果；反應(yīng)式（4-4）、反應(yīng)式（4-5）由溶液酸度所控制，所以在加工過程中可通過控制溶液酸度，使鋁型材表面最終形成的紋理粗糙度及光度具有一定的調(diào)節(jié)范圍；

反應(yīng)式（4-2）、反應(yīng)式（4-5）占主導(dǎo)地位時(shí)，被蝕刻后的紋理表面呈現(xiàn)啞白色的效果；反應(yīng)式（4-3）、反應(yīng)式（4-4）占主導(dǎo)地位時(shí)，被蝕刻后的紋理光度較低并呈現(xiàn)灰白色表面效果；

在溶液中加入一些氧化性離子會(huì)使上述反應(yīng)變得復(fù)雜；比如在溶液中加入 適量過氧化合物，還存在如下反應(yīng)：

3H2O2+2Al=Al2O3+3H2O         （4-6）

顯然，這一反應(yīng)的加入使鋁型材表面氧化膜層更易形成，從而可得到更大粗糙度，并實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁型材蝕刻速度的控制；在實(shí)際生產(chǎn)中，控制合適的酸度、過氧化物濃度和溫度，其效果也確實(shí)如此；

如果在溶液中加入另一些氧化劑，如硝酸鹽、鉻酸鹽等，將會(huì)明顯降低對(duì)鋁的蝕刻速度；這是由于這些氧化劑使鋁型材表面鈍化作用加速，并更易形成較厚的鈍化層，阻止蝕刻液對(duì)鋁型材表面的腐蝕作用；特別是加入適量的硝酸鹽，還能使紋理呈現(xiàn)較好的光澤，添加少量的鉻酐也能使表面呈現(xiàn)出啞白效果；

從以上反應(yīng)式可以看出，在酸性氟化物紋理蝕刻液中，溶液中變化較大的成分主要是氫離子和氟離子；氫離子濃度的上升和降低導(dǎo)致蝕刻液pH值變化，從而影響鋁型材在蝕刻液中的反應(yīng)速度，并影響紋理的粗糙度；氟離子的消耗使溶液滲透能力減弱，蝕刻速度變慢，紋理均勻度降低甚至不能形成紋理；理論上，只要向溶液中補(bǔ)充被消耗的氫離子和氟離子，溶液即可得到再生；在實(shí)際應(yīng)用中也可以通過對(duì)氟的補(bǔ)充和對(duì)溶液pH值的調(diào)整來達(dá)到舊液再生的目的；

在反應(yīng)式（4-2）和反應(yīng)式（4-5）中，鋁和氟生成難溶的三氟化鋁是為了便于分析；而在實(shí)際生產(chǎn)過程中視加入氟化物的形式不同而有較大差異；比如，溶液中氟以氟化氫銨的形式加入則反應(yīng)式為：

6NH4HF2+2Al=2（NH4）3alF6↓+3H2↑ （4-7）

同時(shí)在蝕刻液中還有以溶解狀態(tài)存在的六氟絡(luò)鋁離子，這種可溶性的氟鋁絡(luò)離子濃度隨著溶液pH值不同和氟化氫銨含量的高低及溫度不同而異；關(guān)于這一問題放在后面討論；對(duì)于酸性含氟紋理蝕刻液中酸度值的變化，根據(jù)溶液組成和加工條件不同而有一定差異；如果僅從上面反應(yīng)式來看，溶液中氫離子被消耗，溶液pH值上升；但在實(shí)際生產(chǎn)中未必如此；一方面，在反應(yīng)過程中，一部分鋁型材和氟化物形成難溶性的鋁氟化合物；另一方面，含氟紋理蝕刻劑酸度都較低，鋁離子也會(huì)以某種難溶性堿式化合物的形式沉淀；則會(huì)存在以下化學(xué)反應(yīng)：

Al^3+3H2O=Al（OH）3↓+3H^+         （4-8）

AlCl3+3H2O=Al（OH）3↓+3H^++3Cl^-   （4-9）

反應(yīng)式（4-8）和反應(yīng)式（4-9）的進(jìn)行都將導(dǎo)致溶液氫離子濃度升高，使溶液pH值降低；當(dāng)溶液的起始酸度較高，比如pH值在2以下，則可能沒有反應(yīng)式（4-8）和反應(yīng)式（4-9）的出現(xiàn)；但過低的pH值對(duì)鋁型材表面紋理蝕刻不利，同時(shí)也不經(jīng)濟(jì)，關(guān)于這一問題同樣留待后面再行討論；