铝合金电化学抛光工艺现状
铝合金电化学抛光工艺现状
朱虎生
(成都飞机工业集团公司热表处理厂，四川成都，610092)
(成都飞机工业集团公司热表处理厂，四川成都，610092)
摘要：本文简要介绍了酸性和碱性电化学抛光的配方及工艺参数，分析了各自技术的优缺点及部分研究成果，指出了电化学抛光技术的发展趋势。
前言
由于铝合金的质地柔软，硬度比较低，在成型加工和运输过程中容易产生机械损伤，造成划痕、磨损等表面缺陷。这些缺陷不仅影响表面平整性和表面光亮度，还会影响其化学稳定性，在表面缺陷处容易发生腐蚀。为了使铝合金制品表面获得光亮和平整的状态，消除机械损伤和腐蚀点，提高表面光滑度和光泽度，往往采用抛光处理。
铝合金抛光大体上分机械抛光、化学抛光和电化学抛光3类。一般的机械损伤和腐蚀点可以通过机械抛光来消除，达到宏观平整的效果。而对一些表面性能较高的铝制品，比如精密零部件、光学部件以及装饰性产品，机械抛光难以达到要求。为了达到微观平整，就需要采用化学抛光和电化学抛光。化学抛光和电化学抛光属于精饰处理，化学抛光后的铝制品表面粗糙度降低，外观质量改善，装饰效果提高，耐腐蚀性增强，热反射能力和光反射能力提高。和化学抛光相比，电化学抛光可以达到更高的表面性能要求。诸如要求高光洁度、高光亮度的装饰性铝制化妆盒、灯具反光罩，都必须采用电化学抛光工艺，才能达到产品质量要求。
电化学抛光可以分为酸性电化学抛光和碱性电化学抛光。
1 酸性电化学抛光
由磷酸—铬酸—硫酸组成的巴特尔(Battelle)工艺是最典型的酸性电化学抛光工艺。其槽液组成和工艺条件如下：
磷酸(相对密度1.70)，% 75(质量)
铬酸酐，% 6.5（质量）
硫酸(相对密度1.84)，% 4.7（质量）
铝合金抛光大体上分机械抛光、化学抛光和电化学抛光3类。一般的机械损伤和腐蚀点可以通过机械抛光来消除，达到宏观平整的效果。而对一些表面性能较高的铝制品，比如精密零部件、光学部件以及装饰性产品，机械抛光难以达到要求。为了达到微观平整，就需要采用化学抛光和电化学抛光。化学抛光和电化学抛光属于精饰处理，化学抛光后的铝制品表面粗糙度降低，外观质量改善，装饰效果提高，耐腐蚀性增强，热反射能力和光反射能力提高。和化学抛光相比，电化学抛光可以达到更高的表面性能要求。诸如要求高光洁度、高光亮度的装饰性铝制化妆盒、灯具反光罩，都必须采用电化学抛光工艺，才能达到产品质量要求。
电化学抛光可以分为酸性电化学抛光和碱性电化学抛光。
1 酸性电化学抛光
由磷酸—铬酸—硫酸组成的巴特尔(Battelle)工艺是最典型的酸性电化学抛光工艺。其槽液组成和工艺条件如下：
磷酸(相对密度1.70)，% 75(质量)
铬酸酐，% 6.5（质量）
硫酸(相对密度1.84)，% 4.7（质量）
水 余量
温度，℃ 75～85
电流密度，Al/dm2 5～15
巴特尔工艺广泛地用于铝及铝合金的电化学抛光，对于高纯度的铝材能够获得很高的光亮度。但由于此工艺配方中含有剧毒物Cr6+，对人体和环境都是非常有害的，从保护生态环境及人类健康的角度出发，许多国家都相继制定法令限制六价铬的排放。其次，铬酸类电化学抛光电流密度非常高，达到5A/dm2—15A/dm2。而铝合金普通阳极化在1A/ dm2—2A/dm2的电流密度下即可进行。电流密度高意味着耗电量大，这不仅增加了企业的经济负担，又和国家倡导的节能型社会相背离。
基于铬酸带来的不利影响，许多专家提出采用其他化学药品替代铬酸，以解决环境污染的问题。
洪九德于上世纪80年代初，在H2SO4、H3PO4或H2SO4—H3PO4基液中。添加了有机酸类或有机醇类，进行了无铬酸电化学抛光工艺实验，取得了效果比较显著、性能比较满意的无铬酸电化学抛光配方。
何兴章在1986年论述了装饰性铝合金在阳极氧化工序前，采用无铬酸电化学抛光工艺，用正磷酸为主光亮剂，用二元醇代替铬酸，在铝制化妆盒的电化学抛光的生产中获得应用。
薛宽宏于1988年在《铝及铝合金的无铬电化学抛光研究》一文中，对H2SO4—H3PO4—(CH2OH)2体系进行了研究,提出了具体工艺配方，抛光铝件的光亮度比铬酸类抛光好得多。
陈祖秋采用紫外线和电化学测试的方法，研究了铝合金无铬酸电化学抛光添加剂、配方和工艺，其效果也优于传统铬酸抛光。该研究工作始于1987年,在完成实验室研究工作的基础上，于1988年在漳州化学品厂电化铝生产车间，成功地进行铝制化妆盒无铬酸电化学抛光的扩大实验,抛光质量达到或超过铬酸抛光水平。1996年，该工艺在某外资厂获得应用,成功取代传统铬酸抛光。
上述新开发的电化学抛光工艺，虽然解决了铬污染环境的问题,但是由于一些替代物价格昂贵、槽液维护困难、适用范围窄小、生产条件差、难以大规模推广等原因,使得新工艺没有更多的实用价值。
2 碱性电化学抛光
Brytal工艺是最典型的碱性电化学抛光工艺，槽液由碳酸钠和磷酸三钠组成。早在1936年Pullen推荐的工艺参数如下：
碳酸钠(Na2CO3)，g/L 150
磷酸三钠(Na3PO4)，g/L 50
温度，℃ 80～85
另外，Brace A W与佐藤敏彦分别在1959年和1997年进一步完善Brytal工艺，认为较高的浓度更可取，并得出了具体的工艺参数。
Water Schwartz在2003年介绍了Brytal工艺，槽液组成和Pullen推荐的一样。并提出操作温度在74℃～88℃，电流密度为5.0A/cm2—6.0A/dm2的操作条件下抛光更佳。
胡拥军、龙力平于2003年通过在Na3PO4—Na2CO3添加TB光亮剂、SB稳定剂，获得一种效果好、使用周期长的环保型碱性电化学抛光工艺。
碱性电化学抛光解决了Cr6+对环境的污染，并且电流密度比较低。但是上述研究的抛光效果均不及铬酸电化学抛光，故碱性电化学抛光工艺还有待进一步完善。
3 电化学抛光工艺发展趋势
开发一种环保、节能、高质量的电化学抛光技术是未来发展的趋势。而碱性电化学抛光技术具备了这方面的基本要求，具体的研究方法应以Brytal工艺为研究主体，加入某种或几种廉价添加剂，发展在中低温、低电流密度条件下的电化学抛光工艺，从而降低生产成本；同时开发槽液易于维护、稳定性高、抛光质量好的电化学抛光工艺。
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