[摘要] 常规的铝合金碱蚀工序时间长，易产生“过腐蚀”；处理的温度高，易产生白色班点，碱雾逸出造成环境污染；碱蚀后除去残留碱液和黑色挂灰需进行中和处理，工艺繁杂。为了解决以上问题，将新老工艺的特点进行了比较，提出了在同一槽中完成三道工序，即采用酸性浸蚀液（含有添加物K-301酸蚀剂）的新工艺。新工艺可在室温下降去铝合金上的油污和氧化膜，获得光亮、平整、洁净的表面，不用碱液，铝材损耗、槽液沉淀少，减少了污染，有利于环保。同时，还介绍了K-301酸蚀剂的组分、特性和作用。

常规碱蚀脱除去阳极氧化膜层工艺，时间长，温度高，碱雾逸出污染严重。新工艺环保型脱膜工艺（K-302酸性脱膜剂），在常温中处理，无任何污染产生。

常规“三酸”化学抛光工艺，大量逸出有毒黄烟（硝烟），污染环境，腐蚀厂房，设备。采用环保型添加剂（K-9601无黄烟化学抛光剂），不用硝酸，绝无有毒气体逸出，利于环境保护。

 

   [关键词]铝合金；前处理；新工艺

   [中图分类号] TQ153.6   [文献标识码]  A     [文章编号]1001-1560（2004）02-0028-02

 

   铝合金产品的应用广泛（航空、电子、工业型材、建筑型材、汽车装饰另部件，民用装饰五金件等）。铝合金生产的前处理是铝合金生产的关键，它直接关系影响铝合金表面防腐蚀氧化膜层的生成，铝合金表面装饰的效果。

   目前的铝合金生产采用传统的常规工艺（脱脂—碱蚀—（化学抛光）—中和—氧化—封孔），使用常规的添加剂。其蔽端是生产工艺繁杂，废水、废液、废渣、废气的处理必须用专用环保处理设备处理。常规工艺生产的槽液必须加热、加温（用电或蒸汽加热加温）才能生产。常规工艺生产中会产生大量的碱雾、硝烟，对厂房、设备的腐蚀性较大，严重污染空气，对人员的身体有极大的危害。

   常规的铝合金生产的前处理采用碱蚀老工艺，其生产时间长，容易产生“过腐蚀”，处理的温度高（40-70⁰C），易产生白色斑点，碱雾逸出会造成环境污染，碱蚀后除去残留的碱液和黑色挂灰需进行中和处理，工艺繁杂。为解决以上问题，将新老工艺的特点进行比较，改进成在同一槽中完成三道工序，即采用酸性浸蚀液（含有添加剂K—301酸蚀剂）的环保新工艺。

    1、老工艺流程：

    脱脂（除油）→碱蚀（加碱蚀剂）→中和除污（出光）→氧化→封孔。

   （1）脱脂（除油）

   H₂SO₄（98%）         10%-15%

   酸性脱脂剂          0.5-1.0g/L

   温度                室温

   t                  3-5min

    （2）碱蚀

    NaOH                40-70g/L

    碱蚀剂              20-40 g/L  

    温度                40-70⁰C

    t                  5-20min

   （3）中和除污（出光）

   HNO₃                10%-15%

    H₂SO₄                10%-15%

温度                室温

    t                  3-5min

    老工艺使用脱脂剂，碱蚀剂，NaOH、HNO₃、H₂SO₄等。必须在3种不同的槽液中分3道工序完成浸蚀前处理。在老工艺流程中，碱蚀工艺是前处理工序的关键。碱蚀时必须加温，达到工艺规定的温度才能获得良好的碱蚀效果。碱液温度过低，铝材在碱蚀液中浸蚀时间长，可能产生腐蚀不均匀和“过腐蚀”的现象；碱液温度过高，极易产生“过腐蚀”黑色斑点。由于碱液要加温，铝材在碱蚀时反应强烈，并有大量的碱雾逸出，如果飘落在铝材表面，易产生白色斑点。碱雾的逸出对人体健康有害，所以生产场地必须配备良好的排风系统。

    经碱蚀后的铝材表面必须经HNO₃ 、（H₂SO₄）中和除污（出光），去除残留的碱液和黑色挂灰^[1]。含Si,Fe稍高的铝材表面所残留的黑灰（硅灰）难以除去，需用HNO₃ : HF的混合酸液去除。

   （4）新工艺规范

    H₂SO₄（98%）        20%-30%

    催化1号           40-50g/L

    K-301酸蚀剂       20-30g/L

温度                室温

     t                  1-5min

    新工艺采用同一槽液一道工序完成酸性浸蚀，以替代老工艺的三道工序。3种不同槽液的浸蚀完全可以去除铝材表面的油污，自然氧化膜，不会有残留的黑色挂灰，以获得光亮、清洁的基体。对含Si,Fe稍高的合金铝也有抑制硅灰（黑灰）和漂白作用。

   用新产品K-301酸蚀剂配制的槽液不需要加热，在室温中进行酸性浸蚀不会有酸雾产生，可以防止“过腐蚀”和“白色斑点”现象的产生。

   K-301酸蚀剂中含有配体、抑灰剂、缓蚀剂等，水溶性较好。在室温中对铝材进行酸性浸蚀，对铝材的溶解量极少。试验证明，用失量法检测^[2]铝材在浸蚀处理前单位重量为100，浸蚀处理后的单位重量为99.999—99.990，即损耗量为0.1%—0.3%。

    按新工艺浸蚀铝材不会有“铝结石”产生，槽液沉淀物较少，不需要经常清槽。

    1、新老工艺对比

    表中列出了新老工艺和工序特点。

 

 

表  新老工艺特点

    2、各组分分析

   （1）K-301酸蚀剂的组分和作用：K-301酸蚀剂由脱脂剂、强氧化剂、配体、阳离子表面活性剂、缓蚀剂、光亮剂组成。

   （2）脱脂剂  文献[3]对比了碱性和酸性脱脂工艺的优缺点，酸性脱脂基材表面平整、光亮、无钝化膜，活性中心均匀。实践证明，酸性脱脂工艺脱脂（除油）彻底，而且可以避免碱雾污染、结垢等。本新工艺的除油标准是：工件除油后，表面能全部被水润湿（即除油率为100%）。在H₂SO₄（20%—30%）的溶液中，加入表面活性物质具有湿润、乳化、增溶等作用，并促使金属表面的油膜起乳化反应，使油膜迅速分解成很小的油珠脱离金属表面，表露出清洁的金属基体。

   （3）强氧化剂  选用无机类强氧化剂替代强碱，去除脱脂时基体上的残留物和深入基体表面层的油脂、尘埃等污物，腐蚀并去除金属基本表面的自然氧化膜，部分消除挤压痕及其他缺陷，调整和整平基体表面使之均匀一致。

   （4）缓蚀剂  采用羟基羟酸及其盐作缓蚀剂，使金属基体在强氧化剂的腐蚀作用下，凸凹部的腐蚀速度不一致。铝材表面的溶解在凸处快，凹处慢，达到整平效果，消除部分挤压痕，增加基体光洁度。此结果是缓蚀剂在表面上的微观凸凹部位的吸附量不同所致。

另外，能有效地减缓腐蚀强度和速度，杜绝“过腐蚀”现象的产生，使铝的溶解极少。

  （5）光亮剂 加入适量的有机醇类、磺酰胺类化合物作光亮剂，保持和增加基体表面的浸蚀后的光亮度。

  （6）抑灰剂  抑制和去除浸蚀后残留在基体表面的黑色挂灰，对含Si，Fe高的合金铝在浸蚀后所产生的硅灰（黑灰）有去除和漂白作用。

  （7）润湿剂  用阳离子表面活性剂起湿润使用，使酸性浸蚀更均匀，其吸附在裸露的铝基体上也能起到缓蚀使用。

   四、常规脱除电解氧化膜层工艺（返工生产不合格产品必需脱除去氧化膜层），是在碱蚀槽液中，经过高温，长时间碱蚀脱除，再经中和槽液中和，除去残留的碱液和黑色挂灰，才能进入下道氧化工序。常规工艺脱膜处理，大量消耗碱和碱蚀剂，并逸出大量碱雾，腐蚀厂房、设备、污染空气，返工脱膜时，操作不当，极易产生“过腐蚀”。

   新工艺环保、节能新产品K-302酸性脱膜剂，完全在常温下处理。能快速、干净脱除阳极氧化膜层，有效保护铝金属机体不受损伤，基本不损耗铝材重量。K-302脱膜剂能完全溶入酸、水中，杜绝有害沉淀物产生。

   五、对于装饰性的铝合金产品，要想获得铝合金表面优良的，光亮的精饰效果，必须对铝合金基材表面进行化学抛光（或电化学抛光）的处理。常规的化学抛光（或电化学抛光），都是采用“三酸”抛光工艺（磷酸：70%，硫酸：20%，硝酸：10%）进行处理。其最大的危害是在高温（90-120⁰C）抛光处理中，大量逸出黄色的硝烟（有毒的氮氧化物），其不仅严重腐蚀厂房、设备，也严重污染空气，严重损害人员的身体健康。由此，生产线上必须安装大功率抽风系统，将有毒的黄烟抽排放到室外的空间中（对空气造成污染），生产人员必须戴好防毒烟面具，才能进行正常生产。

   新工艺，环保型K-9601无黄烟化学抛光剂（也可用于电化学抛光的添加剂），在高浓度的磷酸，硫酸中混合使用。不用硝酸，也就没有黄色的硝烟逸出，生产线上不需安装抽风系统（仅用工业排风扇，外排无色、微量酸气），厂房、设备、无腐蚀，空气极少污染，对环境保护有益。

   研制开发的最新型环保、节能、低损耗铝合金阳极氧化、着色、电泳、喷涂生产的前处理添加剂：K-301酸蚀剂，K-302酸性脱膜剂，K-9601无黄烟化学抛光剂。是对碱性浸浊工艺；碱性脱除电解氧化膜层工艺；“三酸”化学抛光工艺的改进和创新。

   碱性浸浊，脱膜工艺运用在生产中，会产生大量“铝结石”有害沉淀物，连续生产需频繁停产作清槽处理，碱蚀的污水浑浊，比重密度大，必需经专门环保污水处理系统进行处理，过多的“铝结石”有害沉淀物难予处理，堆放或掩埋法处理“铝结石”，极易污染生态环境（地下水质）。

碱性生产工艺，必需要用电（或蒸气）加热、加湿，消耗能源，损耗铝合金重量，导电挂科杆过多（1-4%）。

   “三酸”化学抛光，大量有毒黄烟（硝烟）逸出，严重腐蚀厂房、设备、严重污染空气，损害人员身体健康。

   采用新型环保、节能、低损耗的酸蚀新工艺，酸性脱膜工艺，不需加热、加温，完全在常温中生产，节约了能源消耗。新工艺微损耗铝合金产品重量和生产用导电挂科杆，有效地降低了生产成本。

   新型环保无黄烟化学抛光剂，绝无有害气体逸出，绝无腐蚀源，绝不污染环境。

新型环保、节能、低损耗铝合金生产前处理新工艺，广泛应用于航空、电子、汽车、工业型材、建筑型材，日用五金装饰等铝合金零部件的阳极氧化、着色、电泳、喷涂等铝合金生产的前处理。

 

  [ 参  考  文  献 ]

 

  [1]曾华梁，吴仲达，秦月文，等，电镀工艺手册[M]。北京：机械工业出牌社，1989。

  [2]王宗仁，孔庆山，巩桂芬，铝合金表面陶瓷化对前处理的依赖性[J]，电镀与精饰，2002，4  （3）：15-18。

  [3]张建新，苏亚平，6063铝合金型材氧化过程中出现“白班”原因分析及解决[J]，电镀与涂料，2002，21（1）：66—68。