新的无毒铝合金化学抛光液
新的无毒铝合金化学抛光液
陈鸿喜译 陈继良校
航空部第633研究所
航空部第633研究所
在日本，磷、氮的暂行排放标准分别是40和200mg/L。由于这些限制以及目前所使用的均为有毒害的化学抛光液，所以需要研制一种新的不含氮、磷或氢氟酸的溶液。迄今为止，尚未在文献中报道过这种无氮、无磷、无氟的溶液。
在某些方面，硫酸类似于磷酸，但浓硫酸会强烈地侵蚀铝。当铝件从含有硫酸的电解抛光液或化学抛光液中取出时．工件表面会留有白色的化学物，这些化合物主要是硫酸铝。作者在研究新的化学抛光液的过程中，曾考考过氨基磺酸，但因其可溶性较差而被放弃了。于是，研究的重点就转到了能降低硫酸溶液对铝件的侵蚀速度的添加物上。所研究的添加物包括：
1.硫酸盐 硫酸盐，特别是硫酸镁，当以适当的量添加到硫酸中时，能有效地降低对铝件的侵蚀速度。可是，过量的硫酸镁对于AP—Mg合金是不利的。
2.笼合物 由于范德华力的作用，不仅阳离子和阴离子，而且像H2、NOx、H2S和SO2这样的气体，均被吸收在它们的笼形里。笼合剂具有离子交换能力，并能作为抑制剂。上述气易于被多种笼合剂所直接吸收的小分子。
3.无机的多价金属盐 这类金属盐抑止了氧化还原周期，防止了过腐蚀。
作者在研究过程中发现，使用含有上述添加物的硫酸溶液，除了对含有较高量的铜或硅的铝合金外，对于纯铝、铝—镁、铝—镁—硅及其它几种合金的化学抛光是有效的。而且，传统的磷酸—硝酸溶液可通过添加硫酸来补偿顾出损失，并加入硫酸镁和笼合剂的方法，而逐步地转换成新溶液。在转换过程中所产生的NOx气体能成功地被笼合剂吸收，不会释放出烟雾。
表1列出了作者推荐的四个化学抛光液实例。原硅酸钠铝是一种合适的笼合剂，它是自调节高温阳极氧化槽液的产物。粘土和膨润土也可用作笼合剂，但比较污秽。
在某些方面，硫酸类似于磷酸，但浓硫酸会强烈地侵蚀铝。当铝件从含有硫酸的电解抛光液或化学抛光液中取出时．工件表面会留有白色的化学物，这些化合物主要是硫酸铝。作者在研究新的化学抛光液的过程中，曾考考过氨基磺酸，但因其可溶性较差而被放弃了。于是，研究的重点就转到了能降低硫酸溶液对铝件的侵蚀速度的添加物上。所研究的添加物包括：
1.硫酸盐 硫酸盐，特别是硫酸镁，当以适当的量添加到硫酸中时，能有效地降低对铝件的侵蚀速度。可是，过量的硫酸镁对于AP—Mg合金是不利的。
2.笼合物 由于范德华力的作用，不仅阳离子和阴离子，而且像H2、NOx、H2S和SO2这样的气体，均被吸收在它们的笼形里。笼合剂具有离子交换能力，并能作为抑制剂。上述气易于被多种笼合剂所直接吸收的小分子。
3.无机的多价金属盐 这类金属盐抑止了氧化还原周期，防止了过腐蚀。
作者在研究过程中发现，使用含有上述添加物的硫酸溶液，除了对含有较高量的铜或硅的铝合金外，对于纯铝、铝—镁、铝—镁—硅及其它几种合金的化学抛光是有效的。而且，传统的磷酸—硝酸溶液可通过添加硫酸来补偿顾出损失，并加入硫酸镁和笼合剂的方法，而逐步地转换成新溶液。在转换过程中所产生的NOx气体能成功地被笼合剂吸收，不会释放出烟雾。
表1列出了作者推荐的四个化学抛光液实例。原硅酸钠铝是一种合适的笼合剂，它是自调节高温阳极氧化槽液的产物。粘土和膨润土也可用作笼合剂，但比较污秽。
在上述溶液的抛光过程中，因为几乎没有释放出酸性烟雾，所以很明显，所产生的大多数氢气均被笼合剂所吸收了。配方1和配方3中的Mg2+能抑制铝的过度溶解。配方1在105℃时，以大约5微米/分(15g/m2)的速度溶解AA1100，这几乎等于或只是略微超过典型的磷酸—硝酸溶液的溶解速度。
配方3相应于从磷酸—硝酸溶液转换过来的溶液。在转化阶段，由于NOx气体被笼合所吸收，所以残余的硝酸不会产生烟雾。当从溶液中抽出铝件时，抛光作用仍在进行，直到它被冲洗为止。
配方4示范了使用铁族金属的效果，这种金属形成了能抑止氧化还原反应进行的多价离子。虽然铁盐和镍盐也是有效的，但看来以钴盐为最佳。铜盐也能作为抑制剂，但在铝件表面留下了炭黑，此炭黑需在硝酸液中除去。
讨论：
电解抛光和化学抛光涉及到金属活化和钝化过程的平衡。就电解抛光来说，阳极电位起着双重的作用。但对于化学抛光液来说，就需要化学活化剂和化学钝化剂。在本文所论述的新的抛光液中，硫酸既作为活化剂也作为钝化剂。通过添加硫酸镁、笼合剂、多价金属离子和某些抑制剂，可抑制铝的侵蚀。表面活性剂被用来润湿表面、有助于整平且有利于冲洗。像烷基—芳基磺酸盐之类的表面活性剂在强酸溶液中是比较稳定的，但会带来污染问题。
在抛光过程中发生的化学反应如下：
H2SO4→H2O+SO2+(O)
H2SO4→H2S+4(O) （副反应）
R+SO2→R(SO2) (R=笼合剂)
R+H2S→R(H2S)
2Al+3(O)→Al2O3
表1所示的笼合剂在工作温度下，接近了它们的稳定极限。笼合剂在低温下几乎是不溶的。当抛光液被冷却时，会形成细小的悬浮物，但不会干扰抛光作用。
当溶解的铝达到饱和状态时，它就会以硫酸盐的形式与笼合剂一起沉淀。这种新抛光液中产生的污泥不会像磷酸—硝酸溶液中产生的磷酸铝污泥那样有害。但是，铝对大多数植物的生长（茶树除外）是有害的。对这一影响应引起重视。
事实将会证明，本文所提出的含有笼合剂的硫酸溶液，可以用来取代长期以来普遍应用的磷酸—硝酸铝抛光溶液，只是目前这种新的抛光液的使用经验还不多，可能还需作进一步的改善。
当溶解的铝达到饱和状态时，它就会以硫酸盐的形式与笼合剂一起沉淀。这种新抛光液中产生的污泥不会像磷酸—硝酸溶液中产生的磷酸铝污泥那样有害。但是，铝对大多数植物的生长（茶树除外）是有害的。对这一影响应引起重视。
事实将会证明，本文所提出的含有笼合剂的硫酸溶液，可以用来取代长期以来普遍应用的磷酸—硝酸铝抛光溶液，只是目前这种新的抛光液的使用经验还不多，可能还需作进一步的改善。
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