低磷酸型铝及铝合金化学抛光新工艺
低磷酸型铝及铝合金化学抛光新工艺
北京航空航天大学 朱立群 秦峰 李英马
提要：本文介绍低磷酸型铝及铝合金化学抛光新工艺，此抛光液可对纯铝及其铝镁、硬铝、铸造铝合金等铝材料进行化学光亮抛光。其成本比一般常用的抛光工艺节约50%左右，溶液使用寿命长、工艺稳定。
对铝和铝合金零件常采用传统的“三酸”抛光工艺。这种工艺因生产中会产生大量的NOx废气（俗称“黄烟”），这种废气对人有害，对环境有严重的污染。因此，近些年又出现了无硝酸或低硝酸化学抛光液，如磷酸一硫酸体系化学抛光工艺、碱性化学抛光工艺等。这些工艺配方中大多加入一些混合添加剂，以改善抛光效果。磷酸一硫酸体系的抛光液多以60～80%的磷酸组成，由于磷酸含量较高，故而成本也较高。而碱性铝合金化学抛光溶液，尽管成本低，但对铝件的腐蚀量大，因而对尺寸要求严格的零件是不易采用的。本文介绍的铝和铝合金化学抛光工艺中磷酸含量只有25～35%，硫酸含量为65～75%。这样可以大大降低成本，而抛光效果可达到“三酸”或高磷酸型抛光液的效果，又不产生有毒的废气。
1．抛光溶液及工艺条件
铝及铝合金低磷酸型化学抛光溶液为：磷酸为25～35%，硫酸为75～65%，ZLQ添加剂为0.5～3ml/l，溶液温度为105～125℃，抛光时间为0.5～2分钟。此溶液及工艺适用于纯铝、防锈铝、硬铝合金等材料，均可以达到高磷酸型的抛光效果。溶液中的ZLQ添加剂系为混合型深兰色液体，比重1.03～1.04，主要起增光、表面润湿、抑制铝的腐蚀速度等作用。
2．工艺参数对铝化学抛光的影响
（1）硫酸和磷酸比例的影响
图1为磷酸含量对铝合金（LF5和LY12）抛光过程中铝溶解（腐蚀）速度的影响。使用ZLQ添加剂可以在磷酸为25～80%的范围内都能获得“三酸”抛光的光亮度。在光亮度保证的前提下，化学抛光1～2分钟，随着H2PO4含量的增加。对铝的腐蚀量增加。相反，在H2PO4含量低时，即硫酸含量高时，则对铝的腐蚀量减少，说明硫酸具有抑制铝的腐蚀速度的作用。这个结果与铝在单纯的硫酸溶液中的腐蚀行为是不同的，有文献介绍铝在硫酸浓度为40～85%的范围内，腐蚀速度随硫酸浓度升高而增加。作者认为在本化学抛光溶液中，由于除硫酸之外，还有一定量的磷酸和添加剂，从而导致铝的腐蚀速度不同。由此也说明在达到同样抛光效果的前提下，减少磷酸的含量能降低铝材料的腐蚀损耗，又可以降低化学抛光的成本。
（2）ZLQ添加剂的影响
在温度为110～120℃条件下抛光，铝的腐蚀速度随添加剂的含量增加而略有增加（见图2）。但每分钟的腐蚀量为20～30μm，故而应用于对尺寸要求不很严的铝合金零件的抛光，在生产中易于控制和操作，从溶液的使用寿命及其综合考虑，添加剂的含量应控制在0. 5～3ml/l为宜。
从图3中可以看出，随着添加剂浓度的增加，抛光表面的光亮度范围变宽，从105～130℃均可以获得光亮表面。反之，添加剂含量降低时，表面光亮范围变窄，故添加剂含量高时，抛光溶液可低些，当添加剂含量低时，必须在较高的溶液温度下进行抛光。
（3）抛光温度的影响
从图4中可以看出，随着溶液温度的升高，对铝的腐蚀量也增加。而且含磷酸越高，对铝的腐蚀速度也大。结合图3的结果，抛光溶液温度控制在110～120℃为宜。
（4）抛光时间的影响
随着抛光时间的增加，铝腐蚀速度也加快(见图5)，而且磷酸浓度高的抛光液对铝的腐蚀量也增加。这个结果与图1所示的结果是一致的。
抛光时间长，则抛光表面的光亮范围也宽。即在温度低时，需要抛光时间长，而溶液温度高时，只要半分钟即可获得光亮的表面（见图6）。
（5）溶液寿命及铝材牌号的影响
使用含磷酸为30%的化学抛光液的铝镁合金零件进行化学抛光处理，每升溶液可抛光400～500dm2，则比一般的铝合金化学抛光液的寿命要高得多。当溶液抛光达200dm2/l。后，溶液底部有大量的粘稠物（即抛光液冷却后，溶液为浓稠状），这可能是由于溶解铝达到饱和状态时，会以硫酸盐的形式沉淀下来。但即便是这样，仍可以对铝及铝合金零件进行抛光，达到原有的抛光效果。
由于抛光液粘稠，在对产品抛光过程中，难免带出溶液，因而可加入按比例配好的抛光液以补液面。
本抛光工艺除了对纯铝材料能抛光之外，对铝镁合金、LY12硬铝、锻铝、防锈铝等合金也有良好的抛光作用。即便是对混入Fe、Cu、Si等杂质的铝镁合金也能进行抛光，并达到良好的表面抛光效果。尤其是对ZL系列铸造合金进行抛光，即使是已抛过200dm2/L的抛光溶液，对ZL105铸造铝合金部件进行抛光，其抛光效果和电化学抛光以及“三酸”抛光效果相当。
（6）成本比较
本工艺由于是低磷酸型，硫酸使用量较高，所以比通常的抛光工艺降低成本50%左右。
总之本文介绍的低磷酸型铝及铝合金化学抛光工艺最大的特点是成本比较低，而且溶液抛光性能好、工艺稳定、溶液使用寿命长。经过生产实践证明还适用于多种铝合金材料。zLQ添加剂具有使用量少、增加铝抛光表面光亮度、并大大地降低了磷酸的使用量，并且使抛光液寿命增加。
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