CN108950565B - 铝合金化学抛光剂及铝合金表面抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金表面处理技术，具体涉及一种铝合金化学抛光剂，由以下组分组成：由100g‑1500g氢氧化钾、100g‑800g多元醇以及100L‑200L水组成。本发明还提供利用上述铝合金化学抛光剂对铝合金表面抛光方法。本发明所提供的铝合金化学抛光剂及抛光方法，主要适用于7系铝合金产品，特别是7系铝镜面制品的抛光，抛光剂及抛光方法中采用各组分合理的配比、合适的反应温度与恰当的反应时间，使得生成的封闭气泡均匀密集、大小适当，不仅得到平整光亮、色泽银白的抛光表面，而且使得产品表面没有花点和麻点的产生，抛光过程环保无毒。

Description

铝合金化学抛光剂及铝合金表面抛光方法

技术领域

本发明涉及铝合金表面处理技术，具体涉及一种铝合金化学抛光剂及铝合金表面抛光方法。

背景技术

为了提高铝或铝制品表面平滑度和光洁度，往往需要对其表面进行抛光处理。目前，铝及铝制品的表面抛光可分为机械抛光、化学抛光和电解抛光，其中，机械抛光劳动强度比较大，大面积抛光表面不均匀；电解抛光成本高、设备复杂；而化学抛光适用性强，设备简单、操作方便、投资少、生产成本低，因此得以广泛应用。

而化学抛光技术中，酸性抛光液由于其具有优良的抛光性能和较高的稳定性能，在工业生产中普遍应用，但在酸性抛光液组成中，由于存在大量的硝酸，在抛光过程中会产生有毒的黄色亚硝酸气体，造成大气污染。同时，酸性抛光液还应用了大量的磷酸，而磷酸根离子如排放到外界水域中，则容易引起水体富营养化而造成相当严重的水污染。随着人们环境保护意识的增强，用碱性抛光液取代酸性抛光液已是当前铝及铝合金化学抛光的发展趋势。

但目前所使用的碱性抛光液主要采用氢氧化钠作为碱性物质，抛光效果差，抛光成品光亮度不足，而且还发麻发花。

专利CN 104962920A公开了一种铝型材碱蚀液及其制备方法，碱蚀液由氢氧化钠、碱蚀添加剂和水组成，其中碱蚀添加剂由氢氧化钠、山梨醇、硫化钠、磷酸钠、碳酸钠和水组成，利用该碱蚀液对铝型材进行处理时要静置10-20分钟，耗时太长，降低工作效率。

专利CN104005038A公开了一种铝合金表面处理方法及其采用的碱蚀液，其碱蚀液组成成分为：氢氧化钠2～6g/L、磷酸钠20～60g/L、碳酸钠20～60g/L、三聚磷酸钠10～30g/L、硅酸钠5～25g/L、OP乳化剂1～3ml/L，在该处理方法中碱蚀处理时间太短和碱蚀液中的氢氧化钠用量较小，碱蚀反应不充分，处理后铝合金表面少量区域存在暗点(即仍有少许氧化膜存在)，而且其中硅酸钠浓度过大，阻碍抛光过程使得抛出的铝制工件表面光泽度下降。

专利CN 105780006A公开了一种抗蚀铝合金抛光液，由30-50％氢氧化钾、20-35％氢氧化铝、4-7％无水乙醇、1-3％甘油、0.5-1％阿克苏-28、2-4％HF-600组成，其中无水乙醇易挥发，使得抛光液中组分及配比变动性大导致其抛光性能不稳定，而且抛光液中含有氢氟酸(HF)，为易挥发性有毒气体，在此工作环境作业对操作者的健康带来严重威胁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金化学抛光剂，特别适用于7系铝合金工件的抛光，以解决现有技术中存在的铝合金表面抛光后光亮效果差、处理时间长、发麻发花的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种铝合金表面抛光的方法，特别适用于7系铝合金抛光，以解决现有技术中抛光时铝合金表面过度腐蚀的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种铝合金化学抛光剂，由100g-1500g氢氧化钾(KOH)、100g-800g多元醇以及100L-200L水组成。其中，KOH是主要的碱性物质，起腐蚀平整作用；多元醇作为缓蚀剂，以抑制铝及氧化铝的腐蚀，可以通过物理作用吸附于铝合金工件表面，起到一定的阻隔作用；水作为溶剂，对各组分起到溶解的作用。

其中，KOH的用量少于100g时，抛光剂中KOH浓度太低，而KOH为主要的腐蚀剂，其浓度低使得铝合金工件表面铝及其氧化膜溶解速度过慢，抛光的时间过长，降低了生产效率；当KOH的用量多于1500g时，抛光剂随着KOH浓度增加其腐蚀效力增强，使得铝合金工件表面铝及其氧化膜溶解速度过快，抛出的铝合金工件表面会出现麻点，同时也会使铝合金工件的光泽度下降，从而得不到理想的抛光效果；

水的用量少于100L时，在抛光过程中容易增加抛光剂的粘度，降低铝合金工件的腐蚀强度，阻碍正常的抛光过程，降低抛光的速度；水的用量多于200L时，会引起抛光剂中各种物质的浓度不够，降低腐蚀强度，增加抛光处理时间；

多元醇的用量少于100g时，在抛光过程中铝合金工件表面的凹谷处没有附着足够的稠性钝化膜(即屏蔽层)，使得缓蚀剂对腐蚀剂的缓蚀作用不够，铝及其氧化膜很快溶解且溶解速率不一，从而产生大量的小凹斑(即麻点)，得不到理想的抛光效果；当多元醇的用量多于800g时，缓蚀作用过强，同时也会增加抛光剂粘度，使得腐蚀强度降低，增加抛光处理时间。

在一些实施方式中，多元醇可以为乙二醇和/或甘油。由此，多元醇起到缓蚀的效果，与KOH搭配使用共同作用于铝合金工件，以使抛光后的铝合金工件表面呈现出光泽度高、平滑无麻点的效果。

在一些实施方式中，上述铝合金化学抛光剂的制备方法如下：

1)将多元醇加入水中，搅拌均匀使其充分溶解，得多元醇溶液；

2)将氢氧化钾溶于水，并搅拌至氢氧化钾完全溶解，得氢氧化钾溶液；

3)将多元醇溶液加入氢氧化钾溶液中，边加边搅拌至均匀，即可。

根据本发明的另一个目的，提供了一种铝合金表面抛光的方法，具体步骤为：

1)对待处理的铝合金工件进行表面清洗；

2)将经步骤1)处理后的铝合金工件放入已加热到50～95℃的铝合金化学抛光剂中，辅助曝气以使化学抛光剂液体充分流动，从而增加化学抛光剂中有效成分与铝合金工件的接触时间；

3)取出铝合金工件后水洗，进入下道处理工序。

其中，当抛光温度低于50℃，抛光时间长，而且抛光后铝合金工件表面色泽暗哑；当抛光温度高于95℃，附着于铝合金工件表面凹谷处的稠性钝化膜溶解，使得铝合金表面会被过度腐蚀，损害产品表面。

在一些实施方式中，步骤2)中铝合金工件放入铝合金化学抛光剂中停留时间为20～60s。由此，停留时间太短，抛光剂作用于铝合金制品表面的时间过短，铝合金制品表面氧化物碱蚀不完全，会对后续工序产生不良影响；停留时间过长，不仅会造成铝合金工件的过度腐蚀，而且会增加铝的损失。

由于7系铝合金的成分特殊性，本发明主要用KOH来处理7系铝合金产品，特别是7系铝镜面制品的化学抛光，如手机铝制框架四周的抛光。

由于多元醇具有一定黏性，在抛光过程中，多元醇组分随抛光液与铝合金工件表面接触时附着于其表面并在铝合金工件表面的凹谷处聚集形成一道屏蔽层，从而阻碍抛光剂中腐蚀剂组分向凹谷处扩散，降低了铝及其氧化膜的溶解速率；而凸出部分的铝及其氧化膜则与抛光剂有着较大的接触面，因此反应较为剧烈。凹凸不平决定了各处的抛光反应速率不一致，随着反应的进行，当微观不平整度渐趋减小时，它们的反应速率渐趋一致，这时铝合金工件表面相对平整。

而且抛光过程中伴有大量微气泡放出，这些微气泡的释放、腾起、搅动能加剧微观凸出部分的剥蚀作用，其中的一部分微气泡还能被刚生产却未扩散溶解的偏铝酸钾吸附，积聚在凹处，从而隔离了抛光剂，减缓了凹谷处的铝及其氧化膜的溶解速度，凸处快、凹处慢，直至渐趋平衡，最终使铝材表面得以抛光平整。

KOH和NaOH对铝合金工件的腐蚀性都很大，本发明选择KOH的原因在于：两者在水中的溶解度不同以及对铝合金工件的腐蚀性不同，KOH在水中具有更大的溶解度和对铝合金工件更强的腐蚀性，因此，具有更好的出光效果和更快的出光速度(出光耗时20～60s)。

为了控制KOH对铝合金工件的腐蚀性，本发明添加大量的多元醇类缓蚀剂，由于多元醇类具有黏性，而且多元醇作为缓蚀剂其表面张力低，则在金属铝表面吸附效率高，不仅可以抑制KOH对金属的腐蚀，避免工件在离开抛光槽后继续反应造成的过度腐蚀，还能有效地防止抛光后的工件出现花点和麻点，更不会产生类似酸性化学抛光剂所产生的酸雾，减少了有毒有害气体的排放，改善了作业环境。

本发明所提供的铝合金化学抛光剂及抛光方法，主要适用于7系铝合金产品，特别是7系铝镜面制品的抛光(如7系铝制手机壳体)，抛光剂及抛光方法中采用各组分合理的配比、合适的反应温度与恰当的反应时间，使得生成的封闭气泡均匀密集、大小适当，不仅得到平整光亮、色泽银白的抛光表面，而且使得产品表面没有花点和麻点的产生，抛光过程环保无毒。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，若无特殊说明，以下试剂均为市购。

按表1中实施例1～12中的配比关系，按比例先将多元醇加入水中，搅拌均匀，得多元醇溶液；然后将氢氧化钾溶于水，并搅拌至氢氧化钾完全溶解，得氢氧化钾溶液；最后将多元醇溶液加入氢氧化钾溶液中，搅拌均匀，即制得化学抛光剂。

将制备好的化学抛光剂倒进槽内，槽内保持温度在80℃，将夹持好的铝合金工件浸入槽内，槽内曝气(按现有技术中的曝气量进行曝气)，以每分钟35次的频率摆动工件，40s后取出工件，水洗后用肉眼观看化学抛光后的铝制工件表面是否有花点麻点，并将工件在空气中放置30s，观察其有无过度腐蚀的情况。

其中，铝合金工件在浸入槽内之前，先要进行表面进行除污除垢的清洗，可以直接水洗或超声清洗。

为了说明本发明化学抛光剂的抛光效果，分别采用不同浓度的氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液作为对比，对铝制工件进行相同的操作，观察经氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液处理后的铝制工件表面是否有花点麻点、过度腐蚀的现象。

各实施例和对比例中的化学抛光剂处理铝制工件的表面状况结果如表1所示，从表1中看出，使用本发明的化学抛光剂对铝制工件表面抛光后，不会出现发花发麻的现象，而且对铝制工件表面也没有出现气痕，光亮度也明显优于对比例。

表1各个组分配比情况以及对铝合金表面抛光的情况

实施例

组分1

组分2

组分3

花麻点

气痕

光亮度

实施例1

100g氢氧化钾

200g乙二醇

100L水

无

无

色泽银白光亮

实施例2

200g氢氧化钾

200g乙二醇

120L水

无

无

色泽银白光亮

实施例3

500g氢氧化钾

300g乙二醇

150L水

无

无

色泽银白光亮

实施例4

800g氢氧化钾

500g乙二醇

180L水

无

无

色泽银白光亮

实施例5

1200g氢氧化钾

700g乙二醇

200L水

无

无

色泽银白光亮

实施例6

1500g氢氧化钾

800g乙二醇

200L水

无

无

色泽银白光亮

实施例7

100g氢氧化钾

100g甘油

100L水

无

无

色泽银白光亮

实施例8

200g氢氧化钾

300g甘油

100L水

无

无

色泽银白光亮

实施例9

500g氢氧化钾

400g甘油

120L水

无

无

色泽银白光亮

实施例10

800g氢氧化钾

600g甘油

150L水

无

无

色泽银白光亮

实施例11

1200g氢氧化钾

700g甘油

200L水

无

无

色泽银白光亮

实施例12

1500g氢氧化钾

800g甘油

200L水

无

无

色泽银白光亮

对比例1

200g氢氧化钾

/

100L水

有

有

无光

对比例2

500g氢氧化钾

/

150L水

有

有

无光

对比例3

800g氢氧化钾

/

180L水

有

有

无光

对比例4

200g氢氧化钠

/

100L水

有

有

色泽暗哑

对比例5

500g氢氧化钠

/

150L水

有

有

色泽暗哑

对比例6

800g氢氧化钠

/

180L水

有

有

色泽暗哑

为了解本抛光剂使铝合金工件出光得情况，将实施例2～4和实施例8～10的配比关系制备的化学抛光剂分别用于处理铝合金工件，槽内保持温度在60℃，将夹持好的铝合金工件浸入槽内，槽内曝气(按现有技术中的曝气量进行曝气)，以每分钟35次的频率摆动工件，观察并记录铝合金工件出光时间。

其中，铝合金工件在浸入槽内之前，先要进行表面进行除污除垢的清洗，可以直接水洗或超声清洗。

作为对比，按对比例1～6的配比关系制备的抛光剂，对铝制工件进行相同的操作，观察并记录铝合金工件出光时间。

上述结果记录在表2，从表2可以地看出，在抛光处理温度相同时，要达到出光效果，本发明所公开的铝合金化学抛光剂耗时明显低于对照组。

表2化学抛光剂及对比例出光耗时情况

在实际生产中，当本发明的化学抛光剂使用后，各物质的浓度降低，可通过添加相应的物质进行更新，无需全部倒掉更换新的抛光剂，操作方便快捷。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.7系铝合金化学抛光剂，其特征在于，由以下组分组成：由100g-1500g氢氧化钾、100g-800g多元醇以及100L-200L水组成；所述多元醇为乙二醇和/或甘油。

2.权利要求1所述的7系铝合金化学抛光剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1)将多元醇加入水中制成多元醇溶液；

2)将氢氧化钾溶于水制成氢氧化钾溶液；

3)将多元醇溶液加入氢氧化钾溶液中，即制得铝合金化学抛光剂。

3.权利要求1所述的7系铝合金化学抛光剂在7系铝镜面制品抛光方面的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，抛光步骤如下：

1)对待处理的铝制品进行表面清洗；

2)将经步骤1)处理后的铝制品放入已加热至50～95℃的铝合金化学抛光剂中，并辅助曝气；

3)取出铝制品后水洗，进入下道处理工序。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤2)中铝制品放入铝合金化学抛光剂中停留时间为20～60s。