云清牌 鋁合金光亮酸蝕工藝簡介
一、概述
鋁合金光亮酸蝕技術(shù)是在我院研制的整平光亮技術(shù)(三酸或兩酸拋光)和化學(xué)磨砂拋光技術(shù)的基礎(chǔ)，成功開發(fā)出的又一項前沿技術(shù)。
鋁合金光亮酸蝕技術(shù)徹底解決了酸蝕砂面材發(fā)暗的世界難題，是現(xiàn)有普通堿蝕、普通酸蝕、低溫拋光等多項鋁表面前處理的升級換代技術(shù)；不僅能生產(chǎn)平光材和噴砂材，還能生產(chǎn)一種全新的光亮酸蝕磨砂材。該技術(shù)的大面積運用將對我國鋁材加工企業(yè)產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。
2000年以來，鋁合金酸蝕技術(shù)以其去機(jī)械紋能力強、起砂快、鋁耗低等諸多優(yōu)勢，在不到一年的時間內(nèi)，迅速取代堿蝕，成為目前鋁合金氧化前處理的主流生產(chǎn)工藝。然而，自該技術(shù)推廣之日起，鋁合金表面發(fā)暗的問題一直困繞著生產(chǎn)廠家，也影響了產(chǎn)品檔次。為了克服上述缺陷，大部分廠家都配備了堿蝕槽和中和槽，即便如此，酸蝕材仍然比堿蝕材要暗得多，沒有根本解決問題。此外，令鋁合金表面發(fā)暗的酸蝕灰十分頑固，即使經(jīng)過堿蝕槽、出光槽和氧化槽，也不能完全除掉，仍然會被帶進(jìn)著色槽和電泳槽，使著色材掛灰、電泳材縮孔，許多鋁合金廠不得不重新啟用堿槽。光亮酸蝕作為一種鋁合金表面處理的前沿技術(shù)，是對酸蝕槽液進(jìn)行深刻改造后，配備砂面拋光槽和平光拋光槽，對酸蝕材進(jìn)行光亮處理，不僅保留了酸蝕去機(jī)械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優(yōu)點，而且能徹底清除酸蝕灰，解決酸蝕材表面發(fā)暗和著色槽、電泳槽被污染的弊端，是一項難得的技術(shù)突破。同時，機(jī)械噴砂材也存在表面掛灰和發(fā)暗的問題，同樣需要進(jìn)行光亮處理。經(jīng)光亮酸蝕技術(shù)處理的砂面材，表面無紋、無灰、細(xì)砂、亮麗。另外，由光亮酸蝕技術(shù)進(jìn)行除油、去膜、增亮和除灰，可以取代低溫拋光槽，以及三合一槽，生產(chǎn)平光材�？梢灶A(yù)見，隨著光亮酸蝕技術(shù)的迅速普及，我國砂面鋁合金的國際競爭能力有望得到迅速提升。
近幾年來，我院研發(fā)部門對鋁合金陽極氧化前處理各項傳統(tǒng)工藝，如堿蝕、酸蝕、三酸拋光等進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1、光亮度方面：三酸拋光液中，由于硝酸等強氧化劑的存在，使鋁合金表面很容易被氧化出一層含致密氧化鋁的鈍化層，據(jù)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，鋁合金表面被一層酸蝕灰覆蓋，完全沒有金屬光澤。
2、去機(jī)械紋方面：酸蝕液中，反應(yīng)產(chǎn)物粘附在鋁合金表面并填平機(jī)械紋溝底，溝底的鋁合金與酸蝕液完全隔絕，反應(yīng)速度近乎為零，而溝表面的粘附產(chǎn)物較薄，酸蝕液可與鋁合金接觸，反應(yīng)可快速進(jìn)行。這樣，溝表面與溝底產(chǎn)生了很大的反應(yīng)速度差，從而實現(xiàn)了最強的去機(jī)械紋能力；堿蝕也具備較強的去機(jī)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(yīng)速度快于溝底的反應(yīng)速度，從而實現(xiàn)了后車追上前車，消除機(jī)械紋的目的。由于溝底的反應(yīng)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(jī)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，使鋁合金表面產(chǎn)生鈍化膜，因而不具備去機(jī)械紋能力。
3、砂面作用：酸蝕與堿蝕形成砂面的機(jī)理不同，因而生成的砂粒各異。在酸蝕液中，以陰極(Mg2Si,Al2Fe3Si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(jìn)入槽液，形成砂坑；同時，氟離子有可能與一些金屬陽離子絡(luò)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(xì)膩的分布程度直接決定酸蝕砂面的外觀質(zhì)量；為此，國內(nèi)很多廠家采用摻復(fù)錠的方法，在不超標(biāo)的前提下，適當(dāng)增加合金元素含量，形成均勻細(xì)膩的陰極相，從而生產(chǎn)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(yīng)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(qū)域沒有析出，不能形成較尖的砂峰；另外，在堿性條件下，由于沒有像酸性條件下的鈍化反應(yīng)制約，堿蝕反應(yīng)可以毫無障礙地快速進(jìn)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(yuǎn)沒有酸蝕砂漂亮!三酸拋光是在酸性條件下進(jìn)行，強氧化劑的存在使鋁合金表面的鈍化反應(yīng)非常明顯，幾乎無法起砂和去機(jī)械紋。
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(jìn)水洗槽(約500Kg/噸材)，既增加了廢水處理成本，又使拋光成本非常昂貴；此外，黃煙的處理需要很大的設(shè)備投資，并需要大量的處理費用；另外，拋光材成品率不高，進(jìn)一步增加了生產(chǎn)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(zhì)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(xì)膩，堿蝕砂粗大不勻；三酸拋光基本不起砂；同樣，酸蝕去機(jī)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。
為此，我院對普通酸蝕進(jìn)行了系列改進(jìn)， 并成功推出其換代配套技術(shù)--鋁材光亮酸蝕工藝。
二、工藝流程及說明
1、按下述工藝流程安排反應(yīng)槽：
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除油
脫蠟 |
水
洗 |
光亮
酸蝕 |
砂面
拋光 |
水洗 |
水
洗 |
平光
拋光 |
水洗 |
水
洗 |
水洗待料 |
氧
化 |
2、工藝說明如下:
（1）除油脫蠟槽：此除油槽不同于一般的酸性除油劑，除了脫脂、脫蠟功能外，還可脫自然氧化膜，去表面毛剌，并進(jìn)行低溫拋光；由除油脫蠟槽、砂面拋光和平光拋光槽組合，可實現(xiàn)迄今為止能力最強的低溫拋光功能，生產(chǎn)光亮酸蝕平光材；
（2）光亮酸蝕槽：此槽是在現(xiàn)有酸蝕槽的基礎(chǔ)上添加特殊的添加劑改造而成，保留原有抽渣設(shè)備不變，不需額外加溫和降溫。增亮酸蝕與普通酸蝕有本質(zhì)的不同。首先，普通酸蝕去機(jī)械紋及表面瑕疵的能力較弱，經(jīng)光亮處理后，表面缺陷暴露無余。增亮酸蝕極大限度提高了酸蝕槽的能力，能在相同或更短的時間內(nèi)完全消除表面缺陷；其次，鋁合金經(jīng)普通酸蝕處理后表面很暗，要除灰和增亮，難度很大，增加了砂面拋光槽和平光拋光槽的壓力。除了延長拋光時間外，還增加了砂面拋光劑和平光拋光劑的藥劑消耗。光亮酸蝕在提高酸蝕能力的同時，能使鋁合金底色發(fā)青、發(fā)亮，為以后的砂面拋光和平光拋光工序打下良好基礎(chǔ)。
（3）砂面拋光槽：砂面拋光是一種全新的表面處理概念，是對酸蝕技術(shù)的深刻改造和變革。鋁合金經(jīng)酸蝕后，不是過堿槽，而是砂面拋光槽，對酸蝕材進(jìn)行除灰、拋光，既保留了酸蝕材的細(xì)砂，無紋和低鋁耗，又增加了光亮度和金屬色，光亮酸蝕和砂面拋光技術(shù)的接合，能生產(chǎn)出一個新的鋁材種——表面無紋、細(xì)砂、光亮、保留金屬色的光亮酸蝕磨砂材。此外，砂面拋光槽可對噴砂材增亮，提高噴砂材檔次，生產(chǎn)光亮酸蝕噴砂材。砂面拋光槽在普通防腐槽內(nèi)開槽，不加溫，不降溫，不抽渣，少量酸渣結(jié)晶于槽底，年底清槽。
（4）平光拋光槽：設(shè)置本槽有兩大目的，即對經(jīng)砂面拋光處理的鋁合金進(jìn)行平光拋光和精除灰。
A、平光拋光：平光拋光槽既能生成一定厚度的氧化膜，又能大幅增加鋁合金亮度。由于陽極氧化使經(jīng)砂面拋光處理后的鋁合金失光，先進(jìn)行平光拋光處理，表面先形成一層致密氧化層，將光澤固定下來，然后再進(jìn)行陽極氧化，大幅降低失光；另外，鋁合金從砂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(chǎn)生點蝕，若先過平光拋光槽，預(yù)制一定厚度的化學(xué)氧化膜，先行保護(hù)起來，從而避免氧化之前在水洗槽中產(chǎn)生點蝕或花材，提高成品率。
B、精除灰：酸蝕灰很頑固，一般方法很難清除，能嚴(yán)重影響酸蝕材的外觀質(zhì)量。盡管砂面拋光槽能清除絕大部分酸蝕灰，但在某些特殊條件下，仍可能有少量殘留。平光拋光槽能徹底清除酸蝕灰，從而保證鋁合金質(zhì)量，并徹底杜絕了酸蝕灰對著色槽和電泳槽的污染。
5、操作方式：鋁合金經(jīng)1-4分鐘除油、經(jīng)一道水洗后進(jìn)光亮酸蝕槽，反應(yīng)4-12分鐘后，不用水洗，直接進(jìn)砂面拋光槽，反應(yīng)3-9分鐘，經(jīng)一道水洗，進(jìn)平光拋光槽，反應(yīng)3-7分鐘后，經(jīng)兩道水洗，即可進(jìn)陽極氧化槽，完成表面前處理。
三、鋁合金光亮酸蝕工藝特點
光亮酸蝕工藝由除油脫蠟、光亮酸砂、砂面拋光和平光拋光四道工序組成，除油脫蠟槽負(fù)責(zé)脫脂、脫蠟、去自然氧化膜；光亮酸砂槽負(fù)責(zé)去紋、起砂和調(diào)整鋁合金底色至初步發(fā)青發(fā)亮；砂面拋光槽負(fù)責(zé)除掉酸蝕灰和對砂面材進(jìn)行低溫拋光；平光拋光槽負(fù)責(zé)進(jìn)一步增加亮度和精除灰，并固定鋁合金金屬光澤。四道工序互相依存、互相配合，組成一套完整且嚴(yán)密的光亮酸蝕技術(shù)。
本套技術(shù)的核心是磨砂材低溫拋光和平光材低溫拋光。即由除油脫蠟槽、光亮酸砂槽、砂面拋光槽和平光拋光槽組合可生產(chǎn)光亮酸蝕磨砂材；由砂面拋光槽和平光拋光槽組合可生產(chǎn)光亮酸蝕噴砂材；由除油脫蠟槽和平光拋光槽組合可生產(chǎn)光亮酸蝕平光材。本套技術(shù)的使用，可使堿槽徹底退出生產(chǎn)過程（僅保留作退自然氧化膜用），大大降低鋁耗。本技術(shù)與著色、電泳等后處理技術(shù)的接合，能生產(chǎn)出迄今為止最亮麗的光亮酸蝕磨砂(著色、電泳)鋁合金。
1、提出一套完整的四槽組合技術(shù)，完全用酸性方法處理鋁合金，涵蓋低溫條件下的所有氧化前處理工藝。雖然傳統(tǒng)堿蝕方法也可以生產(chǎn)磨砂材、平光材和噴砂材，但過高的鋁耗、亮度不夠和砂粒太粗，使其逐步被取代；普通酸蝕不能生產(chǎn)平光材，而一般低溫拋光又不能生產(chǎn)磨砂材。本套技術(shù)，由除油脫蠟槽、光亮酸砂槽、砂面拋光槽和平光拋光槽組合，可生產(chǎn)光亮酸蝕磨砂材；由除油脫蠟槽和平光拋光槽組合，可生產(chǎn)光亮酸蝕平光材；由砂面拋光槽和平光拋光槽組合，能生產(chǎn)光亮酸蝕噴砂材。由于這些鋁合金都是在酸性條件下生產(chǎn)，且又經(jīng)歷過拋光過程，均具有低鋁耗、高亮度的特征。
2、提出光亮酸砂的概念，鋁合金在去紋，起砂的同時，底色已發(fā)青發(fā)亮。普通酸蝕槽，其功能僅限于起砂和去紋，鋁合金底色呈灰白色，十分難看。本公司對酸蝕槽進(jìn)行了深刻改造，成功開發(fā)出鋁材光亮酸砂劑，使鋁合金在酸蝕的同時，底色已發(fā)青發(fā)亮!
3、提出砂面拋光的概念，集除灰和拋光于一槽，實現(xiàn)了徹底清除酸蝕灰的重大技術(shù)突破，同時還獲得了砂面材的低溫拋光效果。自從酸蝕砂面技術(shù)問世以來，如何清除酸蝕灰，是鋁加工行業(yè)面臨的一個十分令人頭痛的問題。盡管提出了許多解決方案，但都不能從根本上解決問題，不得已延用堿槽和中和槽，既增加了鋁耗，又沒有徹底解決酸蝕灰問題。砂面拋光劑的應(yīng)用，使絕大部分酸蝕灰得以清除，鋁合金恢復(fù)了金屬色，并獲得了相當(dāng)程度的拋光效果。
4、提出了平光拋光的概念，將鋁合金拋光后的亮度先行固定下來，有效降低陽極氧化失光。陽極氧化造成拋光材失光，是鋁加工行業(yè)的共識，一般都是在陽極氧化槽本身尋找降低失光的途徑，很難有大的技術(shù)突破。我院在陽極氧化槽以外尋找解決失光問題途徑：即借用洗相術(shù)中定影的技術(shù)思路，設(shè)法讓鋁合金的拋光亮度先行固定下來，然后再進(jìn)行陽極氧化，有效降低亮度損失。即在砂面拋光槽和陽極氧化槽之間設(shè)置平光拋光槽，對拋光材先進(jìn)行不失光(反而增光)的化學(xué)氧化，使鋁合金表面生成一層非常致密的化學(xué)氧化膜，將亮度先固定下來，然后再進(jìn)行陽極氧化，有效降低失光；對許多工業(yè)材和室內(nèi)裝修材而言，只需進(jìn)行有機(jī)封孔就可出廠，拋光亮度可100%保留!
四、光亮酸蝕技術(shù)與其它氧化前處理技術(shù)比較
目前，現(xiàn)有的鋁合金陽極氧化前處理方法主要包括堿蝕磨砂、堿蝕平光、酸蝕磨砂、鏡面拋光、三酸拋光等幾種技術(shù)。與上述幾種技術(shù)相比，經(jīng)光亮酸蝕技術(shù)處理過的鋁合金，表面平整、光亮，更加美觀。光亮酸蝕技術(shù)與其它處理技術(shù)相比有下述優(yōu)勢：
（1）堿蝕磨砂：堿蝕磨砂作為一種傳統(tǒng)處理技術(shù)，一直存在著腐蝕時間長(約15分鐘)、鋁耗高(約50公斤)、堿耗高(約50公斤)，廢水處理量太大等弊端。不僅如此，盡管付出如此高昂的代價，堿蝕砂面鋁合金表面還是砂粒太粗，機(jī)械紋不能完全除掉。因此，堿蝕砂面技術(shù)對模具要求非常高，一套模具大約只能擠壓八噸材。光亮酸蝕技術(shù)既具有酸蝕時間短(8-10分鐘)、鋁耗低(8-10公斤)、酸渣可回收、廢水少的優(yōu)點，又具備普通酸蝕磨砂技術(shù)起砂快、去機(jī)械紋能力強、對模具要求不高(一套模具能擠壓16噸材)的能力，還添加了磨砂材低溫拋光功能，使得鋁合金表面細(xì)砂、無紋、光亮。從綜合成本角度分析，光亮酸蝕比堿蝕磨砂成本相當(dāng)；從鋁合金表面質(zhì)量看，明顯高一個檔次。
（2）普通酸蝕磨砂：酸蝕磨砂技術(shù)具有去機(jī)械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優(yōu)點，但由于鋁合金經(jīng)酸蝕處理后，表面附著大量酸蝕灰，不得以仍須過堿蝕槽和中和槽，以便清除部分酸蝕灰；盡管如此，還殘存著一些十分頑固的酸蝕灰，使鋁合金表面發(fā)暗，并且污染著色槽和電泳槽。光亮酸蝕技術(shù)不僅保留了酸蝕去機(jī)械紋能力強、起砂快、鋁耗低的優(yōu)點，而且能徹底清除酸蝕灰，從根本上解決酸蝕材表面發(fā)暗、著色槽、電泳槽被污染的問題。經(jīng)光亮酸蝕工藝處理的鋁合金，既恢復(fù)了金屬色，又顯示出相當(dāng)程度的低溫拋光效果。
（3）堿蝕平光：（堿性脫脂）堿蝕平光是鋁合金表面前處理的最古老的技術(shù)之一，一直沿用至今。該技術(shù)只有兩種功能，即除油和脫自然氧化膜。但為此也付出了12-15公斤的鋁耗。光亮酸蝕技術(shù)除了具有除油、脫膜功能外，還具備低溫拋光功能，能對鋁合金進(jìn)行低溫拋光；此外，鋁耗也只有3公斤左右；
（4）鏡面拋光：鏡面拋光具有鋁耗低、可起砂、去機(jī)械紋、亮度超過三酸拋光的優(yōu)點，但存在著對材質(zhì)要求高（不能摻廢鋁）、藥劑消耗較大（約250Kg）、工作溫度高（110度）的缺點。光亮酸蝕技術(shù)既能起砂、去機(jī)械紋，又能進(jìn)行低溫拋光，使鋁合金恢復(fù)金屬色。盡管其亮度比不上鏡面拋光材，但仍具有工作溫度低、砂粒比鏡面拋光材均勻、細(xì)膩、機(jī)械紋去得徹底，且材質(zhì)可摻廢鋁（約30%左右）等技術(shù)優(yōu)勢。
（5）三酸拋光技術(shù)：三酸拋光具有鋁耗低、鋁合金表面能形成鏡面的優(yōu)點，但存在工作溫度高（110度）、藥劑消耗大（約500Kg）、不能起砂、不能去機(jī)械紋、嚴(yán)重污染環(huán)境的弱點，且綜合成本太高；正因為如此，三酸拋光材的市場份額不足砂面材的十分之一。光亮酸蝕技術(shù)能去機(jī)械紋、能起均勻、細(xì)膩亮砂的優(yōu)點正好彌補了上述不足，且綜合成本只有三酸拋光的一半。
五、鋁合金陽極氧化前處理成本分析一覽表
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復(fù)錠 |
模 具（元/噸材） |
藥 耗
（元/噸材） |
鋁 耗
（元/噸材） |
合 計 |
舊 |
新 |
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堿蝕磨砂
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無 |
每套模具大約擠壓8噸材，每噸材模具的成本約為250元。 |
除油成本20元；堿耗每噸50Kg，成本150元；堿蝕劑6Kg，成本36元；中和槽成本30元；合計236元。 |
每噸堿砂材50Kg，成本1000元。 |
模具＋藥耗＋鋁耗=1486元。 |
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光亮酸砂 |
光亮磨砂材允許摻30%的廢鋁，成本比純鋁錠降低約600元/噸。 |
每套模具大約擠壓16噸材，每噸材模具的成本約為125元；比堿蝕降低125元。 |
除油脫蠟劑消耗5kg成本75元；光亮酸砂劑消耗10Kg，成本200元；砂面拋光劑30Kg，成本750元；平光拋光劑5Kg，成本100元。合計1125元。 |
每噸光亮酸蝕磨砂鋁材耗約8Kg，成本約160元。 |
模具＋藥耗＋鋁耗成本＝1410元（不包括使用復(fù)錠所降低的600元成本）。 |
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普通酸砂 |
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酸蝕磨砂材允許摻30%的廢鋁，成本比純鋁錠降低約600元/噸。 |
每套模具大約擠壓16噸材，每噸材模具的成本約為125元；比堿蝕降低125元。 |
除油成本50元；氟化氫銨消耗40Kg/噸，成本200元；酸蝕劑消耗6Kg，成本60元；堿耗每噸15Kg，成本45元；堿蝕劑3Kg，成本18元；中和槽成本30元；合計403元。 |
每噸酸砂材鋁耗10Kg，成本約200元。 |
模具＋藥耗＋鋁耗成本＝728元（不包括使用復(fù)錠所降低的600元成本） |
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堿蝕平光 |
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無 |
每套模具大約擠壓8噸材，每噸材模具的成本約為250元。 |
除油成本20元；堿耗每噸20Kg，成本60元；堿蝕劑3Kg，成本18元；中和槽成本30元；合計128元。 |
每噸堿蝕平光材鋁耗13Kg，成本260元。 |
模具＋藥耗＋鋁耗＝638元。 |
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光亮平光 |
光亮平光材允許摻30%的廢鋁，成本比純鋁錠降低約600元/噸。 |
每套模具大約擠壓8噸材，每噸材模具的成本約為250元。 |
除油脫蠟劑5kg，成本75元；平光拋光劑5Kg，成本100元。合計175元。 |
每噸光亮酸蝕平光材鋁耗約3Kg，成本約60元。 |
模具＋藥耗＋鋁耗＝485元。 |
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三酸拋光
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無 |
每套模具大約擠壓8噸材，每噸材模具的成本約為250元。 |
三酸拋光液500Kg，成本2450元，廢品率30%，成本1175元，廢水處理成本1800元，廢氣處理成本1500元，合計6925元 |
每噸三酸拋光材鋁耗約8Kg，成本160元。 |
模具＋藥耗＋鋁耗＋廢水處理＋廢氣處理=7335元。 |
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無煙拋光 |
無 |
每套模具大約擠壓8噸材，每噸材模具的成本約為250元。 |
無煙鏡面拋光劑150Kg，成本3000元，保光氧化劑5kg，成本100元，廢水處理成本540元；合計3640元。 |
每噸鏡面拋光材鋁耗約8Kg，成本約160元。 |
模具＋藥耗＋鋁耗＋廢水處理＝4050元。 |
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