碱性无污染铝合金电化学抛光
碱性无污染铝合金电化学抛光
胡拥军，龙力平
(湖南城市学院化学与环境工程系，湖南益阳413049)
(湖南城市学院化学与环境工程系，湖南益阳413049)
摘要：分析了铝的电化学抛光研究现状，通过在碱性溶液中加入添加剂来抛光铝材，获得了一种抛光效果好、使用周期长、工作环境优的环保型抛光工艺。其工作温度45～50℃、抛光时间15～18 min。
引 言
铝和铝合金性能优良，应用广泛，为提高其制品抗蚀性和表面装饰效果，必须进行抛光处理。常用抛光方法中，电化学抛光综合效果最佳。
最先得到应用的电化学抛光法是碱性“Brytal”法，由于其操作温度高达80℃且铝材损耗大，溶液易失效，现已极少采用。国内运用最多的是三酸法，即：磷酸、硫酸、铬酸法，该法成本高，抛光时会因阴极析氢带出致癌铬离子，生产条件差，美欧等发达国家已基本采用新型无铬法替代之。国内有少数企业也在尝试无铬新方法，其溶液主要成分为价格昂贵的磷酸和聚合物PEG，且该法操作温度仍高达80～90℃，成本过高。
文中选用碱性抛光溶液体系，通过加入添加剂探索了环保型电化学抛光方法，其特点是工作温度低、抛光速度快和质量好。
1 试验与评价
将纯度为99.2%的工业纯铝裁成片，经机械抛光、金相砂纸打磨和化学除油后，以不锈钢为辅助电极，恒电位仪控制电压，电动搅拌机控制溶液流速，恒温槽控制操作温度进行抛光，之后水洗、干燥和检测质量。
据生产需要，从多方面综合评价抛光效果：
①以银镜对光反射率为100%作参比，用光电管测量抛光后铝材表面对光的反射率表示抛光整平程度，反射率越高则抛光效果越好；
②铝材单位面积溶解量，以达到相同整平度时单位面积溶解金属多少表示，量小、整平速率快为优；
最先得到应用的电化学抛光法是碱性“Brytal”法，由于其操作温度高达80℃且铝材损耗大，溶液易失效，现已极少采用。国内运用最多的是三酸法，即：磷酸、硫酸、铬酸法，该法成本高，抛光时会因阴极析氢带出致癌铬离子，生产条件差，美欧等发达国家已基本采用新型无铬法替代之。国内有少数企业也在尝试无铬新方法，其溶液主要成分为价格昂贵的磷酸和聚合物PEG，且该法操作温度仍高达80～90℃，成本过高。
文中选用碱性抛光溶液体系，通过加入添加剂探索了环保型电化学抛光方法，其特点是工作温度低、抛光速度快和质量好。
1 试验与评价
将纯度为99.2%的工业纯铝裁成片，经机械抛光、金相砂纸打磨和化学除油后，以不锈钢为辅助电极，恒电位仪控制电压，电动搅拌机控制溶液流速，恒温槽控制操作温度进行抛光，之后水洗、干燥和检测质量。
据生产需要，从多方面综合评价抛光效果：
①以银镜对光反射率为100%作参比，用光电管测量抛光后铝材表面对光的反射率表示抛光整平程度，反射率越高则抛光效果越好；
②铝材单位面积溶解量，以达到相同整平度时单位面积溶解金属多少表示，量小、整平速率快为优；
③抛光溶液使用周期，以抛光效果明显下降时溶液中铝离子浓度表示。铝离子浓度很大时该溶液仍能进行抛光则说明其使用周期长。这里所说的溶液使用周期不光指溶液的化学稳定性，更主要的是其持续进行抛光的能力。
2 结果与讨论
传统碱性Brytal法抛光电流为8～12A dm2，时间为30～35 min，铝溶解量为0.021 g cm2。为提高工作效率，尝试在Brytal法的溶液中加入NaOH以提高电流进行抛光，所得结果如表1所示。
表1 未加添加剂时抛光实验结果
由表1可知该法碱液挥发快，腐蚀强，溶液使用周期短，工作环境差，因此难以用于工业生产。
据酸性体系电化学抛光理论，先后使用了缓蚀剂、氧化剂及能增加溶液粘度的物质进行试验，结果发现均不能明显改善抛光效果。最后经大量试验和分析发现：在碱性体系中进行电化学抛光必须加入2类添加剂：光亮剂和稳定剂。
表2 TA为主光亮剂抛光实验结果
表2就是以TA为光亮剂、SA为稳定剂所得试验结果，具体操作是将TA加入到NaOH溶液中于80～90℃反应5～10 min后，再在45℃左右进行抛光。
试验发现：TA的加入可明显加快整平速度，并可大幅度降低操作温度。原因可能是TA与NaOH反应的产物可在阳极上形成一层厚度不一的吸附膜，该膜在阳极凹陷处比凸起处厚，因而凸起处电流大，溶解快，凹陷处电流小，溶解慢，从而加快整平速度；SA是一种表面活性剂，它可减少因溶液局部过浓出现的铝盐水解，从而延长溶液使用周期。
表3 TB为光亮剂抛光实验结果
表3是以TB为光亮剂、SB为稳定剂所得试验结果。其中TA与TB的作用机理可能相似；而SB具有较强络合作用，能抑制铝盐水解，从而延长溶液使用周期。
由此可见，与Brytal法相比，采用上述工艺进行电化学抛光获得的表面平整度高，能耗小、抛光时间短、铝材损耗少、溶液使用周期长；与酸性抛光法相比，由于采用溶液浓度低，原料成本及废水处理成本大幅下降，工作环境好，环境污染小。
3 结论
通过试验获得了一种抛光效果好、溶液使用周期长的环保型抛光工艺。采用此抛光方法可明显降低生产成本，改善工作环境，提高抛光表面质量，应用前景广阔。
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