surface treatment
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铝型材化学抛光和电化学抛光处理技术
所谓化学抛光就是把铝型材浸入化学溶液中的抛光处理;铝的电化学抛光是指利用电化学原理,把铝型材浸入到适当的电解质溶液中,在外加电流(包括直流电、脉冲电流等)的作用下,产生电解作用,达到光量化目的的工艺过程;化学抛光和电化学抛光都可以使特殊铝型材获得很光亮的表面;
光亮阳极氧化铝型材的材质宜选用纯铝锭(AI99.70)或高纯度的精铝锭(AI99.99)为基来生产,尤其重要的是要控制铝型材的制造工艺;另外,只有采用特殊的化学抛光处理和电化学抛光处理,才能保证在阳极氧化后有着高镜面的表面质量;
特殊铝型材的选择应根据用户对光亮度的特殊要求,选择能满足该要求的特殊铝合金牌号及其纯度级别;为了满足铝型材纯度级别的要求,宜选择相应纯度级别为基来生产:高纯度的精铝锭(AI99.99)、精铝锭(AI99.95)、纯铝锭(AI99.85、AI99.80),最低也得使用纯铝锭(AI99.70);铝型材的纯度不同,对白光的反射率是不同的(见下表),如果铝型材的纯度降低,它对白光的反射率随之降低;
铝型材纯度/%
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白光反射率/%
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铝型材纯度/%
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白光反射率/%
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铝型材纯度/%
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白光反射率/%
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99.99
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98
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99.8
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90
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99.6
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85
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99.9
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91
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99.7
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89
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99.5
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75
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为了获得很高的光洁度,应使用高纯度的精铝锭(AI99.99)为基来生产高纯度的特殊铝及铝合金材料,如5605(AI99.98MgI)、5A66、1A99.99(AI99.99)等;添加合金元素镁可以提高铝型材的光洁度,因此,光亮用的特殊铝型材中往往含有一定的镁;特殊铝型材经过高标准光亮的精饰工艺后,其表面能获得显著的光亮度,能呈现出高境面反射的特点;然而,这种高纯度的精铝锭(AI99.99),价格昂贵,只能使用在有限的特殊领域;添加0.4%~1.2%Mg,来生产5657和5457铝型材,或者添加少量的镁和少量的硅生产6463铝合金,这样的铝型材经过光亮的精饰工艺后,其表面能获得较高的光亮度;
高标准光亮的精饰工艺是获得光亮度至关重要的工艺;机械抛光重现性好,可以把不是很深的表面缺陷去掉,起到平整光滑的初具光亮的作用;化学抛光或电化学抛光可以去除机械抛光中形成的轻微的摩擦条痕和可能出现的热变形层和氧化膜层,进一步使表面平整光滑,可获得很高的光洁程度和镜面光亮度;因此,应根据市场对光亮度的具体要求和铝型材表面的具体情况,选择适宜的光亮的精饰工艺,可以单独选择化学抛光或电化学抛光,也可以综合选择机械抛光加化学抛光或电化学抛光等;根据经验,相互综合的光亮的精饰工艺,可以起到互补的作用,使之具有更高的光亮度,呈现高的镜面反射的性能;
铝型材进行化学抛光或电化学抛光后,其表面虽然可以得到很高的光洁度,但不能长期保持,因其极易在空气中自然氧化而变暗,且极易黏附很轻微的污秽物,甚至可能留有指纹;因此必须配合相应的阳极氧化工艺,生产阳极氧化膜来加以保护;光亮的铝型材表面因生成阳极氧化膜而导致一些光亮度的损失,其部分光线被氧化膜本身所吸收,但更主要的是被氧化膜内的金属间化合物、游离硅等质点所捕获吸收;未经特殊控制而生产的其他一些铝合金材料,如5005、5052及6063等,其表面经过机械抛光、化学抛光或电化学抛光后,虽然有可能具有相当好的光洁度,但经过阳极氧化生产氧化膜后,其表面光洁度的损失要比特殊控制生产的高纯度铝锭为基铝型材的光洁度损失大;特别是为了保护已获得的表面光洁度,阳极氧化膜厚度往往需要大于5μm,这时未经过特殊控制生产的铝型材光亮度损失就更大;
化学抛光设备简单、操作方便,广泛的用于铝及铝合金材料表面光亮的精饰的工艺,可满足大部分用户的要求;常使用的化学抛光工艺是以磷酸-硝酸混合溶液为基,并加入一些添加剂,也有使用硝酸-氢氟酸混合溶液为基的化学抛光工艺;为了使铝型材表面获得更高的光亮度,则选择高纯度铝合金进行化学抛光;
电化学抛光需要增加电源设备和导电系统;电化学抛光能除去工件表面微小的缺陷和粗糙,提高表面的光滑平整性,能使特殊的高纯度铝型材表面具有较高光亮度的镜面反射性能;
光亮度是指物体表面对光的反射能力;表面反射率越高,则光亮度越高;反射率是反射光与入射光之比;光线反射的基本形式有全反射、镜面反射、散射反射,其实际表现形式如下图所示:
完全镜面反射是理想的表面情况,光亮度极高;其全反射率等于全镜面反射率,散射反射率为0,这样完成全镜面反射的表面通常是不存在的;高镜面反射存在两种不同类型的反射:高性能的镜面反射和散射反射;高性能的镜面反射是大量的入射光线有规律地从表面直射反射出去;但也要注意到一些光线的散射反射,这些光线向各个方向漫散射反射;一些高水平的完全散射反射的表面和高水平的完全镜面反射的表面一样,在实际应用中是非常需要的;
化学抛光可使铝型材表面平整光滑,能除去铝型材表面较轻微的模具痕迹和擦伤、划伤条纹,除去机械抛光中可能生成的摩擦条纹、热变形层、氧化膜层等,且能使粗糙的表面趋于光滑,同时可提高铝型材表面的镜面反射性能,提高光洁度;这一作用能满足市场对铝型材光亮度表面的大部分要求;
电化学抛光能同时满足铝合金金相显微组织试样的高度平整和高光洁度的要求;对于工业及科技领域等有特殊表面质量要求的高光亮度和高镜面反射性能的铝型材,如光学元件、装饰性铝型材零部件及工艺品,电化学抛光可赋予铝型材表面高“光亮”的效果并呈现出高镜面的反射性能;特别是经过机械抛光、化学抛光之后,在进行电化学抛光,作用更显著;因其可除去铝型材表面轻微的粗糙痕迹,如轻微的机械抛光痕迹或轻微的擦伤、划伤痕迹;这些痕迹可能是由电机操作条件轻微的变化,或由软轮磨光的尼龙、磨光膏的粒径粗细轻微的变化,或由磨光时工件压紧程度轻微的变化而引起的;这些痕迹要比模具痕迹轻微的多;总之,特殊加工的铝型材采用电化学抛光可得到高的光亮度和高的镜面反射的表面;
电化学抛光的生产成本要相应的提高:须增加电源设备及导电控制系统;电化学抛光中电流密度要比磷酸阳极氧化的大几倍至十倍,增加的用电量较大;操作时间要比化学抛光长一些,通常需要2min以上;
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