[摘要] 常規(guī)的鋁合金堿蝕工序時(shí)間長，易產(chǎn)生“過腐蝕”；處理的溫度高，易產(chǎn)生白色班點(diǎn)，堿霧逸出造成環(huán)境污染；堿蝕后除去殘留堿液和黑色掛灰需進(jìn)行中和處理，工藝繁雜。為了解決以上問題，將新老工藝的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，提出了在同一槽中完成三道工序，即采用酸性浸蝕液（含有添加物K-301酸蝕劑）的新工藝。新工藝可在室溫下降去鋁合金上的油污和氧化膜，獲得光亮、平整、潔凈的表面，不用堿液，鋁材損耗、槽液沉淀少，減少了污染，有利于環(huán)保。同時(shí)，還介紹了K-301酸蝕劑的組分、特性和作用。
常規(guī)堿蝕脫除去陽極氧化膜層工藝，時(shí)間長，溫度高，堿霧逸出污染嚴(yán)重。新工藝環(huán)保型脫膜工藝（K-302酸性脫膜劑），在常溫中處理，無任何污染產(chǎn)生。
常規(guī)“三酸”化學(xué)拋光工藝，大量逸出有毒黃煙（硝煙），污染環(huán)境，腐蝕廠房，設(shè)備。采用環(huán)保型添加劑（K-9601無黃煙化學(xué)拋光劑），不用硝酸，絕無有毒氣體逸出，利于環(huán)境保護(hù)。
[關(guān)鍵詞]鋁合金；前處理；新工藝
[中圖分類號(hào)] TQ153.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)]1001-1560（2004）02-0028-02
一、前言
鋁合金產(chǎn)品的應(yīng)用廣泛（航空、電子、工業(yè)型材、建筑型材、汽車裝飾另部件，民用裝飾五金件等）。鋁合金生產(chǎn)的前處理是鋁合金生產(chǎn)的關(guān)鍵，它直接關(guān)系影響鋁合金表面防腐蝕氧化膜層的生成，鋁合金表面裝飾的效果。
目前的鋁合金生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的常規(guī)工藝（脫脂—堿蝕—（化學(xué)拋光）—中和—氧化—封孔），使用常規(guī)的添加劑。其蔽端是生產(chǎn)工藝繁雜，廢水、廢液、廢渣、廢氣的處理必須用專用環(huán)保處理設(shè)備處理。常規(guī)工藝生產(chǎn)的槽液必須加熱、加溫（用電或蒸汽加熱加溫）才能生產(chǎn)。常規(guī)工藝生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的堿霧、硝煙，對廠房、設(shè)備的腐蝕性較大，嚴(yán)重污染空氣，對人員的身體有極大的危害。
常規(guī)的鋁合金生產(chǎn)的前處理采用堿蝕老工藝，其生產(chǎn)時(shí)間長，容易產(chǎn)生“過腐蝕”，處理的溫度高（40-700C），易產(chǎn)生白色斑點(diǎn)，堿霧逸出會(huì)造成環(huán)境污染，堿蝕后除去殘留的堿液和黑色掛灰需進(jìn)行中和處理，工藝繁雜。為解決以上問題，將新老工藝的特點(diǎn)進(jìn)行比較，改進(jìn)成在同一槽中完成三道工序，即采用酸性浸蝕液（含有添加劑K—301酸蝕劑）的環(huán)保新工藝。
二、新老工藝流程及規(guī)范：
1、老工藝流程：
脫脂（除油）→堿蝕（加堿蝕劑）→中和除污（出光）→氧化→封孔。
（1）脫脂（除油）
H2SO4（98%） 10%-15%
酸性脫脂劑 0.5-1.0g/L
溫度 室溫
t 3-5min
（2）堿蝕
NaOH 40-70g/L
堿蝕劑 20-40 g/L
溫度 40-700C
t 5-20min
（3）中和除污（出光）
HNO3 10%-15%
H2SO4 10%-15%
溫度 室溫
t 3-5min
老工藝使用脫脂劑，堿蝕劑，NaOH、HNO3、H2SO4等。必須在3種不同的槽液中分3道工序完成浸蝕前處理。在老工藝流程中，堿蝕工藝是前處理工序的關(guān)鍵。堿蝕時(shí)必須加溫，達(dá)到工藝規(guī)定的溫度才能獲得良好的堿蝕效果。堿液溫度過低，鋁材在堿蝕液中浸蝕時(shí)間長，可能產(chǎn)生腐蝕不均勻和“過腐蝕”的現(xiàn)象；堿液溫度過高，極易產(chǎn)生“過腐蝕”黑色斑點(diǎn)。由于堿液要加溫，鋁材在堿蝕時(shí)反應(yīng)強(qiáng)烈，并有大量的堿霧逸出，如果飄落在鋁材表面，易產(chǎn)生白色斑點(diǎn)。堿霧的逸出對人體健康有害，所以生產(chǎn)場地必須配備良好的排風(fēng)系統(tǒng)。
經(jīng)堿蝕后的鋁材表面必須經(jīng)HNO3 、（H2SO4）中和除污（出光），去除殘留的堿液和黑色掛灰[1]。含Si,Fe稍高的鋁材表面所殘留的黑灰（硅灰）難以除去，需用HNO3 : HF的混合酸液去除。
（4）新工藝規(guī)范
H2SO4（98%） 20%-30%
催化1號(hào) 40-50g/L
K-301酸蝕劑 20-30g/L
溫度 室溫
t 1-5min
新工藝采用同一槽液一道工序完成酸性浸蝕，以替代老工藝的三道工序。3種不同槽液的浸蝕完全可以去除鋁材表面的油污，自然氧化膜，不會(huì)有殘留的黑色掛灰，以獲得光亮、清潔的基體。對含Si,Fe稍高的合金鋁也有抑制硅灰（黑灰）和漂白作用。
用新產(chǎn)品K-301酸蝕劑配制的槽液不需要加熱，在室溫中進(jìn)行酸性浸蝕不會(huì)有酸霧產(chǎn)生，可以防止“過腐蝕”和“白色斑點(diǎn)”現(xiàn)象的產(chǎn)生。
K-301酸蝕劑中含有配體、抑灰劑、緩蝕劑等，水溶性較好。在室溫中對鋁材進(jìn)行酸性浸蝕，對鋁材的溶解量極少。試驗(yàn)證明，用失量法檢測[2]鋁材在浸蝕處理前單位重量為100，浸蝕處理后的單位重量為99.999—99.990，即損耗量為0.1%—0.3%。
按新工藝浸蝕鋁材不會(huì)有“鋁結(jié)石”產(chǎn)生，槽液沉淀物較少，不需要經(jīng)常清槽。
三、新老工藝分析
1、新老工藝對比
表中列出了新老工藝和工序特點(diǎn)。
表 新老工藝特點(diǎn)
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新工藝 |
老工藝 |
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工序 |
1道 |
3種 |
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槽液 |
1種 |
3種 |
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槽液溫度 |
室溫 |
加溫40-70℃ |
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浸蝕時(shí)間 |
短（3-5min） |
長（15-25min） |
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“過腐蝕斑點(diǎn)” |
不產(chǎn)生 |
極易產(chǎn)生 |
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黑色掛灰 |
無 |
有，需用HNO3(H2SO4)中和去除 |
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“鋁結(jié)石” |
無 |
有（加堿蝕劑可防止） |
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沉淀物 |
極少，不需清槽 |
多，經(jīng)常清橙，清槽困難 |
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有害氣體 |
無 |
大量堿霧，易產(chǎn)生“白色斑點(diǎn)” |
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排風(fēng)系統(tǒng) |
不需 |
加強(qiáng)排風(fēng)系統(tǒng) |
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污染 |
少 |
大，需污水處理 |
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鋁溶解量 |
極少，僅0.1%-0.3% |
大，約2%-4% |
2、各組分分析
（1）K-301酸蝕劑的組分和作用：K-301酸蝕劑由脫脂劑、強(qiáng)氧化劑、配體、陽離子表面活性劑、緩蝕劑、光亮劑組成。
（2）脫脂劑 文獻(xiàn)[3]對比了堿性和酸性脫脂工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，酸性脫脂基材表面平整、光亮、無鈍化膜，活性中心均勻。實(shí)踐證明，酸性脫脂工藝脫脂（除油）徹底，而且可以避免堿霧污染、結(jié)垢等。本新工藝的除油標(biāo)準(zhǔn)是：工件除油后，表面能全部被水潤濕（即除油率為100%）。在H2SO4（20%—30%）的溶液中，加入表面活性物質(zhì)具有濕潤、乳化、增溶等作用，并促使金屬表面的油膜起乳化反應(yīng)，使油膜迅速分解成很小的油珠脫離金屬表面，表露出清潔的金屬基體。
（3）強(qiáng)氧化劑 選用無機(jī)類強(qiáng)氧化劑替代強(qiáng)堿，去除脫脂時(shí)基體上的殘留物和深入基體表面層的油脂、塵埃等污物，腐蝕并去除金屬基本表面的自然氧化膜，部分消除擠壓痕及其他缺陷，調(diào)整和整平基體表面使之均勻一致。
（4）緩蝕劑 采用羥基羥酸及其鹽作緩蝕劑，使金屬基體在強(qiáng)氧化劑的腐蝕作用下，凸凹部的腐蝕速度不一致。鋁材表面的溶解在凸處快，凹處慢，達(dá)到整平效果，消除部分?jǐn)D壓痕，增加基體光潔度。此結(jié)果是緩蝕劑在表面上的微觀凸凹部位的吸附量不同所致。
另外，能有效地減緩腐蝕強(qiáng)度和速度，杜絕“過腐蝕”現(xiàn)象的產(chǎn)生，使鋁的溶解極少。
（5）光亮劑 加入適量的有機(jī)醇類、磺酰胺類化合物作光亮劑，保持和增加基體表面的浸蝕后的光亮度。
（6）抑灰劑 抑制和去除浸蝕后殘留在基體表面的黑色掛灰，對含Si，F(xiàn)e高的合金鋁在浸蝕后所產(chǎn)生的硅灰（黑灰）有去除和漂白作用。
（7）潤濕劑 用陽離子表面活性劑起濕潤使用，使酸性浸蝕更均勻，其吸附在裸露的鋁基體上也能起到緩蝕使用。
四、常規(guī)脫除電解氧化膜層工藝（返工生產(chǎn)不合格產(chǎn)品必需脫除去氧化膜層），是在堿蝕槽液中，經(jīng)過高溫，長時(shí)間堿蝕脫除，再經(jīng)中和槽液中和，除去殘留的堿液和黑色掛灰，才能進(jìn)入下道氧化工序。常規(guī)工藝脫膜處理，大量消耗堿和堿蝕劑，并逸出大量堿霧，腐蝕廠房、設(shè)備、污染空氣，返工脫膜時(shí)，操作不當(dāng)，極易產(chǎn)生“過腐蝕”。
新工藝環(huán)保、節(jié)能新產(chǎn)品K-302酸性脫膜劑，完全在常溫下處理。能快速、干凈脫除陽極氧化膜層，有效保護(hù)鋁金屬機(jī)體不受損傷，基本不損耗鋁材重量。K-302脫膜劑能完全溶入酸、水中，杜絕有害沉淀物產(chǎn)生。
五、對于裝飾性的鋁合金產(chǎn)品，要想獲得鋁合金表面優(yōu)良的，光亮的精飾效果，必須對鋁合金基材表面進(jìn)行化學(xué)拋光（或電化學(xué)拋光）的處理。常規(guī)的化學(xué)拋光（或電化學(xué)拋光），都是采用“三酸”拋光工藝（磷酸：70%，硫酸：20%，硝酸：10%）進(jìn)行處理。其最大的危害是在高溫（90-1200C）拋光處理中，大量逸出黃色的硝煙（有毒的氮氧化物），其不僅嚴(yán)重腐蝕廠房、設(shè)備，也嚴(yán)重污染空氣，嚴(yán)重?fù)p害人員的身體健康。由此，生產(chǎn)線上必須安裝大功率抽風(fēng)系統(tǒng)，將有毒的黃煙抽排放到室外的空間中（對空氣造成污染），生產(chǎn)人員必須戴好防毒煙面具，才能進(jìn)行正常生產(chǎn)。
新工藝，環(huán)保型K-9601無黃煙化學(xué)拋光劑（也可用于電化學(xué)拋光的添加劑），在高濃度的磷酸，硫酸中混合使用。不用硝酸，也就沒有黃色的硝煙逸出，生產(chǎn)線上不需安裝抽風(fēng)系統(tǒng)（僅用工業(yè)排風(fēng)扇，外排無色、微量酸氣），廠房、設(shè)備、無腐蝕，空氣極少污染，對環(huán)境保護(hù)有益。
六、結(jié)束語：
研制開發(fā)的最新型環(huán)保、節(jié)能、低損耗鋁合金陽極氧化、著色、電泳、噴涂生產(chǎn)的前處理添加劑：K-301酸蝕劑，K-302酸性脫膜劑，K-9601無黃煙化學(xué)拋光劑。是對堿性浸濁工藝；堿性脫除電解氧化膜層工藝；“三酸”化學(xué)拋光工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新。
堿性浸濁，脫膜工藝運(yùn)用在生產(chǎn)中，會(huì)產(chǎn)生大量“鋁結(jié)石”有害沉淀物，連續(xù)生產(chǎn)需頻繁停產(chǎn)作清槽處理，堿蝕的污水渾濁，比重密度大，必需經(jīng)專門環(huán)保污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，過多的“鋁結(jié)石”有害沉淀物難予處理，堆放或掩埋法處理“鋁結(jié)石”，極易污染生態(tài)環(huán)境（地下水質(zhì)）。
堿性生產(chǎn)工藝，必需要用電（或蒸氣）加熱、加濕，消耗能源，損耗鋁合金重量，導(dǎo)電掛科桿過多（1-4%）。
“三酸”化學(xué)拋光，大量有毒黃煙（硝煙）逸出，嚴(yán)重腐蝕廠房、設(shè)備、嚴(yán)重污染空氣，損害人員身體健康。
采用新型環(huán)保、節(jié)能、低損耗的酸蝕新工藝，酸性脫膜工藝，不需加熱、加溫，完全在常溫中生產(chǎn)，節(jié)約了能源消耗。新工藝微損耗鋁合金產(chǎn)品重量和生產(chǎn)用導(dǎo)電掛科桿，有效地降低了生產(chǎn)成本。
新型環(huán)保無黃煙化學(xué)拋光劑，絕無有害氣體逸出，絕無腐蝕源，絕不污染環(huán)境。
新型環(huán)保、節(jié)能、低損耗鋁合金生產(chǎn)前處理新工藝，廣泛應(yīng)用于航空、電子、汽車、工業(yè)型材、建筑型材，日用五金裝飾等鋁合金零部件的陽極氧化、著色、電泳、噴涂等鋁合金生產(chǎn)的前處理。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1]曾華梁，吳仲達(dá)，秦月文，等，電鍍工藝手冊[M]。北京：機(jī)械工業(yè)出牌社，1989。
[2]王宗仁，孔慶山，鞏桂芬，鋁合金表面陶瓷化對前處理的依賴性[J]，電鍍與精飾，2002，4 （3）：15-18。
[3]張建新，蘇亞平，6063鋁合金型材氧化過程中出現(xiàn)“白班”原因分析及解決[J]，電鍍與涂料，2002，21（1）：66—68。 |
