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铝及铝合金化学砂面处理

铝及铝合金砂面阳极氧化

曹启宏

武汉空军第五七一四工厂(430030)

一、引言

砂面阳极氧化铝材呈国际流行的消光银灰浅色，具有金属光泽而不反光，色泽柔和高雅，有优异的防护装饰功能。砂面处理常作为铝制品喷漆工序的前处理，以此增强漆膜的附着力，现在，我们已将砂面阳极氧化铝幕墙成功地应用于天津广播电视塔的外装饰工程，为砂面阳极氧化铝材的大规模生产和应用提供了先例。

铝及铝合金的砂面处理分机械喷砂和化学腐蚀两类。机械喷砂法具有成本高、效率低、设备复杂和砂面不均匀等缺点。化学腐蚀法是利用卤素离子与铝或铝合金发生孔蚀反应而形成砂状的微细孔穴。我们在剖析国内外砂面腐蚀剂的基础上研制出一种新型的NaOH-NaF-X18砂面腐蚀剂。工业生产实践表明，该砂面腐蚀剂具有投资少、成本低、效率高、工艺稳定和砂面均匀等优点。

二、工艺方法

1．流程

化学除油→热水洗→冷水洗→砂面腐蚀→热水洗→冷水洗→HNO₃出光→冷水洗→H₂SO₄阳极氧化→冷水洗→热水封闭→干燥→检验→包装。

2．砂面腐蚀工艺配方及条件

NaOH 40～60g/L

NaF 120～140g/L

X18 15～20g/L

温度 45～65℃

时间 4～8min

3. H₂SO₄阳极氧化工艺配方及条件

H₂SO₄ 160～180g/L

Al³⁺ 5～15g/L

D_A 100～120A/m²

搅拌方式空气搅拌

温度 18～22℃

时间 40min

三、砂面腐蚀工艺分析

1．砂面腐蚀剂中各组分的作用

(1) NaOH消除表面细微缺陷，暴露基体组织。NaOH浓度过低时，表面粗糙；NaOH浓度过高时，易产生过腐蚀而发花。NaOH的浓度一般为40～60g/L。

(2) NaF是砂粒状微细孔穴的形成剂，起孔蚀作用。NaF与铝或铝合金发生下列反应：

6NaF+4AJ+12H₂O = Na₃AlF₆+3NaAl(OH)₄+6H₂↓

NaF浓度过低时，化学反应缓慢，砂粒状孔穴细小而不明显；NaF浓度过高时，NaF会因过饱和而结晶沉淀。

Na₃AlF₆溶解度较小，易过饱和而结晶沉淀，生产过程中应定期清除。

(3) X18是通过对比实验而优选出的一种Al³⁺络合剂。X18通过络合反应可以减少F^-的消耗，有利于F^-发生孔蚀反应，还可以抑制Al(OH)₃沉淀的产生，保持槽液的均匀稳定。

2．操作条件对砂面腐蚀的影响

(1)温度砂面腐蚀的温度越低，NaF和NaOH的溶解度越小，化学反应越缓慢，砂面越细。砂面腐蚀温度越高，砂面越粗。温度过高时易发生过腐蚀现象。砂面腐蚀的最佳温度为50～60℃。

(2)时间砂面腐蚀时间越短，腐蚀孔穴越小，砂面越细；反之，砂面越粗。砂面腐蚀时间过长时，材料溶解失重增大，化学药品损耗增多。砂面腐蚀温度低时，时间取上限；砂面腐蚀温度高时，时间取下限。

3.铝及铝合金材质对砂面腐蚀的影响

生产实践表明：LF2(M)、L0和L1铝板大批量砂面阳极氧化时，砂面度基本一致，不同批次的产品间没有明显的色差。LF21和LY12铝板大批量砂面阳极氧化时，砂面度不均匀，不同批次的产品间有明显的色差。

LF2(M)、L0和L1均为单相组织，晶粒粗细比较均匀。在砂面腐蚀的过程中，F-主要在晶界处发生孔蚀，故砂面度比较均匀。

LF21有MnAl₆和Mnl₄析出相，LY12和CuAl₂和CuMgAl₂析出相。LF21和LY12都是多相组织，析出相边缘为活性区域，F^-发生孔蚀的几率较大。析出相的分布不均匀，有成分偏析时更加明显。因此F^-发生孔蚀所形成的砂粒状孔穴的分布亦不均匀，宏观上表现为砂面度不均匀和不同批次的产品间存在色差。