铝合金压铸件电化学抛光新工艺
铝合金压铸件电化学抛光新工艺
薛涛
贵州省冶金化工研究所
贵州省冶金化工研究所
[摘要]简述电化学抛光原理，提出一种在常温条件下对铝合金压铸件的电化学抛光新工艺。
1 引言
铝合金压铸件成形容易工艺简便，可用作形状复杂零件的制作。近年来，在建筑五金、日用五金领域中应用日益广泛。而人们在使用这类铝合金压铸件时，对其表面的光洁度和装饰效果都有一定的要求，大多数都必须进行抛光处理。由于这些铝合金压铸件往往形状较为复杂，机械抛光劳动强度大，且无法满足要求，因此，我们根据国内外铝合金电化学抛光的发展和工业应用状况，经过大量试验，研究出了一种常温条件下适合铝合金压铸件快速、安全、无污染的电化学抛光新工艺。目的是解决铝合金压铸件机械抛光劳动强度大和国内一些工艺装饰、五金、家电产品年铝合金压铸件形状复杂难以进行机械抛光等问题。
2 电化学抛光的原理
电化学抛光工艺，就目前主要有综合粘膜说和受阻说两种理论。一般认为：在电化学抛光时，将工件做为阳极产生溶解，使阳极附近金属盐浓度不断增加，生成一种高电阻率的稠性粘液膜。在阳极粘液膜的厚度存在差异，凸出部分厚度较小，凹下部分则较厚，造成了工件表面凸凹处的溶解速度不同。使得凸起部分电力线集中而迅速溶解，逐渐使这一部分趋于平坦，从而达到表面平滑而被抛光。从受阻说来看，溶液中受阻的阳离子、大分子等可以同溶解的金属离子结合并离开金属表面，而阳离子、大分子的迁移又受到粘膜厚薄的制约，在薄处因距离短、速度快而比凹处优先溶解、从而达到宏观的光滑平整。该工艺的技术关键是电化学抛光液的配方和合理工艺条件的选择。
3 电化学抛光工艺及后处理工艺
由于铝是两性金属，在酸、碱性溶液中容易发生腐蚀。因此，在碱性电化学抛光液中铝合金件腐蚀很严重，抛光效果差，已很少应用；而酸性电化学抛光液中一般都含有导致严重污染的铬酸，且对复杂形状的铝合金压铸件抛光效果不佳。因此，我们经过反复多次进行配方筛选，试验表明下列配方能够满足铝合金压铸件的电化学抛光表面质量要求。H3PO4(d=1.7) 75%、HF3%、H2SO4(d=1.84)7%、甘油15%、DA≥8A/dm2，常温，充分搅拌，时间5～10min。
经电解抛光的铝合金压铸件出槽后须立即进行水洗，最好是流水冲洗。但即使这样，工件表面也难免带有从抛光液中带出的酸根离子，这些阴离子与水中的Ca2+、Na+、Mg2+等阳离子接触，将会使表面失去原有的金属光泽。因此，要对电化学抛光工件出槽后进行后处理，使其除去残留阴离子，钝化处理，在抛光表面形成一层透明的保护膜，后处理配方工艺如下：烧碱5%、余量水、室温浸泡5min，然后水洗。
4 分析讨论
铝合金压铸件电化学抛光液由H3PO4、HF、H2SO4、阻蚀剂组成。H3PO4属于中强度的无机酸，也是促进稠性粘膜的必不可少的组分。其主要作用是增进抛光效果。它能离解产生大半径低电荷阴离子H3P2O7-、H2PO4-，因静电作用吸附于阳极而在其表面形成粘液膜，由于阳极表面粘液膜的厚度差异，凸起部分粘膜薄，凹下部分粘膜厚，凸处粘膜薄电阻小，电流密度集中比凹处大，使得凸处迅速溶解凸起部分逐渐趋于平坦而形成光滑平整表面，宏观上表现为工件表面变得光亮平整。HF、H2SO4是强电解质，主要是提高溶液的导电率，改善分散能力。阻蚀剂，可使阳极表面生成钝化层，起阻化作用，避免工件过多受到化学腐蚀。
试验同时还表明合理的工艺条件选择，赢接影响到电化学抛光的表面质量。铝合金压铸件电化学抛光质量主要有以下因素影响。
(1)电化学抛光前的预处理。预处理效果好坏，直接影响抛光后的质量，除油污等表面越干净，电化学抛光后的表面就越亮。
(2)电流密度。在一定范围内提高电流密度，有助于获得平整光滑的抛光表面。但电流密度不得过高，否则会引起工件挂接处烧焦。
(3)槽压。试验表明铝合金压铸件在10～15V槽压下，可获得较好的抛光表面，在大于20V时很容易产生蚀点，在l5～20V之间，能缩短抛光时间，但有时会有蚀点出现，所以槽压最好控制在15V左右为宜。
(4)搅拌与抛光时间。有效的搅拌相延长抛光时间，在一定程序上有利于获得光亮均匀的抛光表面。
铝合金压铸件成形容易工艺简便，可用作形状复杂零件的制作。近年来，在建筑五金、日用五金领域中应用日益广泛。而人们在使用这类铝合金压铸件时，对其表面的光洁度和装饰效果都有一定的要求，大多数都必须进行抛光处理。由于这些铝合金压铸件往往形状较为复杂，机械抛光劳动强度大，且无法满足要求，因此，我们根据国内外铝合金电化学抛光的发展和工业应用状况，经过大量试验，研究出了一种常温条件下适合铝合金压铸件快速、安全、无污染的电化学抛光新工艺。目的是解决铝合金压铸件机械抛光劳动强度大和国内一些工艺装饰、五金、家电产品年铝合金压铸件形状复杂难以进行机械抛光等问题。
2 电化学抛光的原理
电化学抛光工艺，就目前主要有综合粘膜说和受阻说两种理论。一般认为：在电化学抛光时，将工件做为阳极产生溶解，使阳极附近金属盐浓度不断增加，生成一种高电阻率的稠性粘液膜。在阳极粘液膜的厚度存在差异，凸出部分厚度较小，凹下部分则较厚，造成了工件表面凸凹处的溶解速度不同。使得凸起部分电力线集中而迅速溶解，逐渐使这一部分趋于平坦，从而达到表面平滑而被抛光。从受阻说来看，溶液中受阻的阳离子、大分子等可以同溶解的金属离子结合并离开金属表面，而阳离子、大分子的迁移又受到粘膜厚薄的制约，在薄处因距离短、速度快而比凹处优先溶解、从而达到宏观的光滑平整。该工艺的技术关键是电化学抛光液的配方和合理工艺条件的选择。
3 电化学抛光工艺及后处理工艺
由于铝是两性金属，在酸、碱性溶液中容易发生腐蚀。因此，在碱性电化学抛光液中铝合金件腐蚀很严重，抛光效果差，已很少应用；而酸性电化学抛光液中一般都含有导致严重污染的铬酸，且对复杂形状的铝合金压铸件抛光效果不佳。因此，我们经过反复多次进行配方筛选，试验表明下列配方能够满足铝合金压铸件的电化学抛光表面质量要求。H3PO4(d=1.7) 75%、HF3%、H2SO4(d=1.84)7%、甘油15%、DA≥8A/dm2，常温，充分搅拌，时间5～10min。
经电解抛光的铝合金压铸件出槽后须立即进行水洗，最好是流水冲洗。但即使这样，工件表面也难免带有从抛光液中带出的酸根离子，这些阴离子与水中的Ca2+、Na+、Mg2+等阳离子接触，将会使表面失去原有的金属光泽。因此，要对电化学抛光工件出槽后进行后处理，使其除去残留阴离子，钝化处理，在抛光表面形成一层透明的保护膜，后处理配方工艺如下：烧碱5%、余量水、室温浸泡5min，然后水洗。
4 分析讨论
铝合金压铸件电化学抛光液由H3PO4、HF、H2SO4、阻蚀剂组成。H3PO4属于中强度的无机酸，也是促进稠性粘膜的必不可少的组分。其主要作用是增进抛光效果。它能离解产生大半径低电荷阴离子H3P2O7-、H2PO4-，因静电作用吸附于阳极而在其表面形成粘液膜，由于阳极表面粘液膜的厚度差异，凸起部分粘膜薄，凹下部分粘膜厚，凸处粘膜薄电阻小，电流密度集中比凹处大，使得凸处迅速溶解凸起部分逐渐趋于平坦而形成光滑平整表面，宏观上表现为工件表面变得光亮平整。HF、H2SO4是强电解质，主要是提高溶液的导电率，改善分散能力。阻蚀剂，可使阳极表面生成钝化层，起阻化作用，避免工件过多受到化学腐蚀。
试验同时还表明合理的工艺条件选择，赢接影响到电化学抛光的表面质量。铝合金压铸件电化学抛光质量主要有以下因素影响。
(1)电化学抛光前的预处理。预处理效果好坏，直接影响抛光后的质量，除油污等表面越干净，电化学抛光后的表面就越亮。
(2)电流密度。在一定范围内提高电流密度，有助于获得平整光滑的抛光表面。但电流密度不得过高，否则会引起工件挂接处烧焦。
(3)槽压。试验表明铝合金压铸件在10～15V槽压下，可获得较好的抛光表面，在大于20V时很容易产生蚀点，在l5～20V之间，能缩短抛光时间，但有时会有蚀点出现，所以槽压最好控制在15V左右为宜。
(4)搅拌与抛光时间。有效的搅拌相延长抛光时间，在一定程序上有利于获得光亮均匀的抛光表面。
经生产性实践证明，该项工艺对于复杂的铝合金压铸件表面抛光，具有劳动强度低、工艺简单、工效高、成本低、易于组织批量生产等特点，是一项具有推广应用价值的电化学抛光新工艺。
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