CN102433073B

CN102433073B - 铝合金抛光液、抛光方法及抛光设备

Info

Publication number: CN102433073B
Application number: CN 201110338417
Authority: CN
Inventors: 孙帮成; 马纪军; 王贵国; 于金朋; 郭云健; 陈辉; 吉华; 李达; 苟国庆; 刘艳
Original assignee: Tangshan Railway Vehicle Co Ltd
Current assignee: CRRC Tangshan Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: CN102433073A

Abstract

本发明公开了一种铝合金抛光液、抛光方法及抛光设备，所述铝合金抛光液包括饱和氯化钠水溶液和占氯化钠总重量1％-5％的阻燃剂，还含有占铝合金抛光液总体积2％-10％的无水乙醇。本发明克服了现有技术的诸多缺点，实现了原料易取易得，抛光深度均匀，抛光效率高的优点，可广泛用于铝合金抛光，并保证X射线无损测量铝合金焊接残余应力的精度。

Description

铝合金抛光液、抛光方法及抛光设备

技术领域

本发明涉及抛光技术，尤其涉及一种铝合金抛光液、抛光方法及抛光设备。

背景技术

高速列车技术已经成为我国的尖端科技制造技术。高速列车在制造过程中，最常遇到的问题之一就是焊接后由于焊缝的热收缩作用，造成焊缝、热影响区和母材等部位的残余应力较大，影响到列车的尺寸制造精度、疲劳强度等性能，所以要对高速列车进行残余应力的检测和分析。影响残余应力检测准确性的因素很多，如：铝合金材料在焊接后存在焊接余高，对其进行打磨处理会对铝合金件表面产生打磨附加应力层，附加应力层的存在将会对铝合金焊接结构焊接残余应力的准确测试带来误差；打磨导致材料表面粗糙度较大；打磨后的铝合金材料由于织构现象严重，影响到X射线残余应力过程中的测试精度。因此为了解决上述问题，打磨处理后铝合金材料焊接的表面必须进行抛光处理才能经行X射线残余应力测试。此外，焊后在铝合金焊缝表面会残留一些焊瘤、焊渣以及氧化膜等焊接表面缺欠，为减少打磨附加应力对残余应力测试精度的影响，抛光处理是最有效的工艺措施之一。

高速列车铝合金车体的抛光处理需要满足无损抛光，即要保证抛光深度的准确和均匀；现有的抛光方法存在抛光液渗漏、抛光面积不均匀、抛光深度难以把握和抛光效率低下等缺点，无法满足高速列车铝合金车用A5083P-O、6005A、A6N01S-T5、A7N01S-T5等5系、6系和7系铝合金焊接残余应力的X射线无损测量。

导致现有抛光效果不佳的另一个原因是现有抛光设备存在抛光电流不稳定性，抛光面积不均匀等缺点，无法大规模应用限制了现有抛光技术的发展。现有抛光技术采用的抛光设备如附图1所示：包括一台直流稳压电源、导电杆7、电极3和支撑套2，所述导电杆7设置在椴木中，抛光时手握椴木可防止触电。抛光时，将带有饱和氯化钠溶液的棉花放入支撑套2，然后将支撑套2放置在被抛光物1表面，开启电源即可实现抛光。现有抛光设备在抛光作业时，抛光液中有效物质的含量随着抛光时间的增加，浓度越来越低，电阻不稳定，抛光过程电流密度不稳定，同时导致了抛光面积不均匀。

发明内容

本发明提供一种铝合金抛光液，用以解决现有技术中的缺陷，实现抛光深度均匀和准确、抛光效率高的优点，可广泛用于铝合金抛光。

本发明提供的一种铝合金抛光液，包括饱和氯化钠水溶液，饱和氯化钠水溶液和占氯化钠总重量1％-5％的阻燃剂，还含有占铝合金抛光液总体积2％-10％的无水乙醇。

进一步地，所述铝合金抛光液包括饱和氯化钠水溶液，饱和氯化钠水溶液和占氯化钠总重量2-4％的阻燃剂，还含有占铝合金抛光液总体积4-7％的无水乙醇。

进一步地，所述阻燃剂包括重量配比如下的各组分：氢氧化铝20-40％和氢氧化镁60-80％，优选的为氢氧化铝30％和氢氧化镁70％。

在本发明的铝合金抛光液中，氯化钠为电解过程的主要反应物，铝合金抛光液中的乙醇的作用是在有铝合金抛光液泄漏到支撑套以外区域时，防止或减少铝合金抛光液对无需抛光金属表面的损伤；当抛光固体包含有脱脂棉时，乙醇的加入还可防止脱脂棉在抛光过程中吸附在被抛光物表面。采用氢氧化铝和氢氧化镁混合作为阻燃剂在有效阻燃的同时，还具有无毒、无害、无烟、无卤、不产生滴下物的优点。

本发明的另一个目的是提供了一种抛光方法，具体步骤如下：

将浸渍有上述铝合金抛光液的抛光固体物放置在支撑套中；

将支撑套放置在被抛光物的表面，使位于抛光套中的浸渍有铝合金抛光液的抛光固体物与被抛光物接触；

开启电源，使铝合金抛光液通电，对被抛光物进行抛光处理，抛光电流为0.1-15A、电压为0.1-20V；抛光时间为5-65min；抛光温度20-50℃；优选的抛光电流为5-10A、电压为5-15V；抛光时间为15-50min；抛光温度25-40℃.

进一步地，通过设置有抛光液进口和抛光液出口的支撑套，使支撑套中的铝合金抛光液不断更新。

进一步地，所述抛光固体物包括玻璃纤维。

进一步地，所述玻璃纤维直径为20μm-45μm。

进一步地，所述抛光固体中还包括脱脂棉。

抛光处理时可根据实际情况自行设计抛光时间、电流、电压大小，铝合金抛光液温度以及抛光深度。当采用气动砂轮去除焊缝余高时，被抛光物的附加应力层深度为100μm～300μm，所述抛光参数为电流10A、电压5V、抛光时间为5-65min；当采用不同目数砂纸手动磨削去除焊缝余高时，被抛光物的附加应力层深度为20μm～150μm，所述抛光参数为电流5A、电压5V、抛光时间为5-65min。上述抛光方法能有效去除焊后在铝合金焊缝表面残留的焊瘤、焊渣以及氧化膜，抛光原则以去除焊接表面缺欠露出金属光泽为原则。

抛光固体物包括玻璃纤维，玻璃纤维能够涵养铝合金抛光液，使支撑套中含有一定量的铝合金抛光液，且不会对被抛光物表面造成污染和磨损。玻璃纤维还具有耐高温、不燃烧、隔热和抗腐蚀的优点。所述抛光固体中还包括脱脂棉，可增加抛光固体物中铝合金抛光液的涵养量。

作为本领域的公知常识，铝合金抛光液在抛光过程中主要是NaCl中的Cl离子参与了反应。采用本发明所述铝合金抛光液抛光铝合金的抛光机理如下：

Al-3e→Al³⁺

O₂(g)+2H₂O+4e→4OH^-(aq)

Al³⁺+3OH^-→Al(OH)₃

Al(OH)₃→Al₂O₃+H₂O

Al(OH)₃+Cl^-→Al(OH)₂Cl+OH^-

Al(OH)₂Cl+Cl^-→Al(OH)Cl₂+OH^-

Al(OH)Cl₂+Cl^-→AlCl₃+OH^-

本发明的另一个目的是提供实现上述抛光方法的抛光设备，可实现铝合金抛光液的不断更新，维持恒定的铝合金抛光液浓度，确保抛光效果。

一种抛光设备，包括，电源、电极、导电杆、水泵和支撑套，所述导电杆一端与电源连接，另一端固定在支撑套上；所述电极设置在导电杆靠近支撑套的一端，并通过导电杆与电源相连；所述电源为直流稳压电源；所述支撑套上部设置有抛光液入口和抛光液出口；所述支撑套与被抛光物表面接触端设置有密封圈，

进一步地，所述水泵和抛光液出口分别通过管路与抛光液存储槽相连接，实现抛光液的循环使用。

所述抛光液入口通过管道与抛光液水泵连接，用于向支撑套中输送抛光液，所述抛光液出口用于将浓度降低的抛光液排出支撑套，使支撑套内部的抛光液一直维持恒定浓度；所述支撑套与被抛光物表面接触端设置的密封圈可防止支撑套中的抛光液流出，影响抛光效果。所述支撑套采用椴木制成，其在抛光设备中所起的作用主要是为抛光液提供支撑。

抛光液存储槽内的抛光液通过水泵输送至抛光液入口，进入支撑套内部，随着抛光过程的不断进行，铝合金抛光液浓度降低，浓度降低的铝合金抛光液自抛光液出口排出支撑套返回抛光液存储槽。当抛光液存储槽内的抛光液浓度不合格时，需要重新添加配方，保证抛光液存储槽内的抛光液浓度。

本发明铝合金抛光液、抛光方法及抛光设备，与现有技术相比较主要具有以下优点：

1、铝合金抛光液原料易取易得，无毒无害；

2、抛光效率高，可以满足高速列车X射线无损测量铝合金焊接残余应力测试要求；

3、抛光效果佳，抛光物经抛光后采用X射线测试高速列车残余应力测试结果准确、重复性高且测试结果和盲孔法测试结果、有限元模拟计算结果吻合；即可保证X射线无损测量铝合金焊接残余应力的精度；

4、将本发明应用在高速列车铝合金车体焊缝的抛光中，因抛光深度均匀准确，对铝合金车体没有损伤，不会对高速列车铝合金车体产生二次损伤；

5、抛光设备结构简单合理，使用方便，适应性强，适应各种现场工况，且可实现支撑套中铝合金抛光液的不断更新；

6、抛光设备实现了铝合金抛光液的循环使用，减少了更换浸渍有铝合金抛光液的固体物质的次数频率，降低了作业人员劳动强度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有抛光设备的结构示意图；

图2为本发明抛光设备的结构示意图；

图3为本发明抛光设备的支撑套结构示意图；

图4为实施例一中表面附加应力与深度的关系图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-被抛光物 2-支撑套 3-电极

4-抛光液入口 5-抛光液出口 6-密封圈

7-导电杆

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图4为实施例一中表面附加应力与深度的关系图。

本实施例所采用的被抛光物为：经过1000#砂纸磨削的去应力退火的5083P-O铝合金材料。

本实施例采用的铝合金抛光液的配置温度和使用温度为20℃，铝合金抛光液包括饱和氯化钠水溶液和占氯化钠总重量2％的阻燃剂，还含有占铝合金抛光液总体积5％的无水乙醇。所述助燃剂包括重量百分比为40％氢氧化铝和60％氢氧化镁。本铝合金抛光液无毒，质量轻，生产工艺简单，生产成本低廉，对工件不会造成二次损伤。

铝合金抛光液的配制方法：

(1)采用精确到0.1mg的分析天平称取一定量的氯化钠、阻燃剂；(2)采用精确到0.1ml的量筒称取无水乙醇；(3)测量蒸馏水温度，将一定量的蒸馏水倒入烧杯中待用；(4)按比例混合氯化钠、阻燃剂和无水乙醇；(5)20分钟后待溶液混合均匀后即可使用，混合过程中要保证溶液温度维持恒定。

本实施例所采用的抛光固体物为直径为20μm-45μm的玻璃纤维，其在抛光过程中主要作用是使支撑套中含有一定量的铝合金抛光液，且耐高温、不燃烧、具有隔热和抗腐蚀的优点。

采用上述铝合金抛光液对被抛光物抛光的步骤如下：

将浸渍有铝合金抛光液的抛光固体物放置在支撑套中；浸渍有铝合金抛光液的抛光固体物的大小要与支撑套内容量相匹配，过多或过少都会使抛光达不到预期效果；

开启电源，使铝合金抛光液通电，对被抛光物进行抛光处理，抛光电流为10A、电压为5V；抛光时间为15min；抛光温度20℃；

所述支撑套中的铝合金抛光液不断更新。

抛光过程会有部分固体小颗粒吸附在脱脂棉或者玻璃纤维上，为了保证抛光效果应适时更换脱脂棉或者玻璃纤维。

抛光效果检验：

1、采用表面粗糙度测量仪对被抛光物抛光后表面进行测量，若粗糙度低于10μm，则本抛光合格；

2、采用X射线衍射法无损测量抛光过程及抛光结束后的残余应力，如图4所示；

3、电解抛光深度即附加应力层深度通过数显式千分尺进行测量。

经粗糙度测量仪检测，抛光后的被抛光物表面粗糙度为5～8μm。判断抛光效果可通过测试被抛光表面的应力，从图4中可以看出，随着抛光深度的增加，表面附加应力逐渐趋近于0。同时，当X射线衍射半高宽变化趋于稳定时，可以判断表面附加应力趋近于0，此时可以判断抛光效果较好。采用本实施例铝合金抛光液抛光的高速列车铝合金车体经过360万公里运行后，没有发现由于抛光工艺所造成的损伤。

实施例二

图2为本发明抛光设备的结构示意图；图3为本发明抛光设备的支撑套结构示意图。

本实施例所采用的被抛光物为：气动砂轮去除余高后的A5083铝合金型材焊接构件。当被抛光物粗糙度大于10μm时，需要对被抛光物进行预处理，以减小粗糙度对后续残余应力测试结果的影响(粗糙度越大，残余应力测试精度越差)。预处理方法如下：用表面粗糙度测量仪，对被抛光物(铝合金)表面进行测量。若表面粗糙度大于20μm小于50μm，则先采用500目的砂纸再采用1000目的砂纸进行磨削，直到粗糙度小于10μm为止；若表面粗糙度大于10μm小于20μm，则采用1000目的砂纸进行磨削，直到粗糙度小于10μm为止；若表面粗糙度大于50μm，则采用砂轮纸(所述砂轮纸安装在砂轮机上)进行磨削直到表面粗糙度小于50μm，再采用500目的砂纸再采用1000目的砂纸进行磨削，直到粗糙度小于10μm为止。

本实施例采用的铝合金抛光液的配置温度和使用温度为50℃，铝合金抛光液包括饱和氯化钠水溶液和占氯化钠总重量2％的阻燃剂，还含有占铝合金抛光液总体积5％的无水乙醇。阻燃剂包括重量百分比为30％氢氧化铝和70％氢氧化镁。氯化钠为工业用氯化钠，成本低廉、易取易得。本铝合金抛光液无毒，质量轻，生产工艺简单，生产成本低廉，对工件不会造成二次损伤。

本实施例所采用的抛光固体物为脱脂棉和直径为20μm-45μm的玻璃纤维，脱脂棉和玻璃纤维的用量比为1∶1。抛光固体物在抛光过程中主要作用是使支撑套中含有一定量的铝合金抛光液。

本实施例采用的抛光设备如图2所示，包括，直流稳压电源、电极3、导电杆7、水泵和支撑套2，导电杆7为空心圆柱金属杆，导电杆7一端与直流稳压电源连接，另一端固定在支撑套2上；电极3设置在导电杆7靠近支撑套2的一端，并通过导电杆7与直流稳压电源相连，在工作时电极3可与抛光固体物中的铝合金抛光液接触；支撑套2上部设置有抛光液入口4和抛光液出口5，抛光液入口4通过管道与抛光液水泵连接，用于向支撑套2中输送抛光液，抛光液出口5用于将浓度降低的抛光液排出支撑套2，使支撑套2内部的抛光液一直维持恒定浓度；支撑套2与被抛光物表面接触端设置有密封圈，防止支撑套中的抛光液流出，影响抛光效果。支撑套2采用椴木制成，其在抛光设备中所起的作用主要是为抛光液提供支撑。

采用上述铝合金抛光液和抛光设备对被抛光物抛光的步骤如下：

将浸渍有铝合金抛光液的抛光固体物放置在支撑套2中；浸渍有铝合金抛光液的抛光固体物的大小要与支撑套2内容量相匹配，过多或过少都会使抛光达不到预期效果；

将支撑套2放置在被抛光物的表面，使位于抛光套中的浸渍有铝合金抛光液的抛光固体物与被抛光物1接触；

被抛光物1与地线相连，形成以电极3为阳极，以被抛光物1为阴极的电路；

开启直流稳压电源，使铝合金抛光液通电，对被抛光物进行抛光处理，抛光电流为电流10A、电压5V、抛光温度20℃，抛光时间65min；

铝合金抛光液通过抛光液水泵自抛光液入口4进入支撑套2中，对抛光物进行抛光处理后浓度降低，然后由抛光液出口5排出支撑套2，进而实现铝合金抛光液的不断更新。

经上述步骤抛光的被抛光物1：表面粗糙度≤10um；表面呈现金属光泽，无暗黑色；表面无裂纹、气孔等影响测试精度的缺陷。

X射线无损测量铝合金焊接残余应力：因铝合金焊接后为了防止其氧化需要在其表面涂抹一层油，油层会影响残余应力的测试结果，所以测试前需用丙酮擦拭抛光后的被抛光物表面去除吸附油污等杂质，然后进行测试。如不立即进行上述测量，则需对被抛光表面进行有效保护(如，采用铝合金制作的罩子将被抛光表面罩上)，以防止被抛光物表面的二次污染。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种铝合金抛光液，其特征在于，包括：饱和氯化钠水溶液和占氯化钠总重量1%-5%的阻燃剂，还含有占铝合金抛光液总体积2%-10%的无水乙醇；所述阻燃剂包括重量配比如下的各组分：氢氧化铝20-40%和氢氧化镁60-80%。

2.根据权利要求1所述的铝合金抛光液，其特征在于，包括：饱和氯化钠水溶液和占氯化钠总重量2-4%的阻燃剂，还含有占铝合金抛光液总体积4-7%的无水乙醇。

3.一种抛光方法，其特征在于，具体步骤如下：

将浸渍有权利要求1-2任意一项所述铝合金抛光液的抛光固体物放置在支撑套中；

将支撑套放置在被抛光物的表面，使位于抛光套中浸渍有铝合金抛光液的抛光固体物与被抛光物接触；

开启电源，使铝合金抛光液通电，对被抛光物进行抛光处理，抛光电流为0.1-15A、电压为0.1-20V；抛光时间为5-65min；抛光温度20-50℃。

4.根据权利要求3所述抛光方法，其特征在于，通过设置有抛光液进口和抛光液出口的支撑套，使支撑套中的铝合金抛光液不断更新。

5.根据权利要求3所述抛光方法，其特征在于，所述抛光固体物包括玻璃纤维。

6.根据权利要求5所述抛光方法，其特征在于，所述玻璃纤维直径：20μm-45μm。

7.根据权利要求3或5所述抛光方法，其特征在于，所述抛光固体中还包括脱脂棉。

8.一种实现权利要求3-7任意一项所述抛光方法的抛光设备，其特征在于，包括：电源、电极、导电杆、水泵和支撑套，所述导电杆一端与电源连接，另一端固定在支撑套上；所述电极设置在导电杆靠近支撑套的一端，并通过导电杆与电源相连；所述支撑套上部设置有抛光液入口和抛光液出口，所述抛光液入口通过管道与抛光液水泵连接；所述支撑套与被抛光物表面接触端设置有密封圈。

9.根据权利要求8所述的抛光设备，其特征在于，所述水泵入水口和抛光液出口分别通过管路与抛光液存储槽相连接。