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铝型材电解抛光的原理
电解抛光的目的是得到更加平滑而光亮的铝型材表面效果,在铝型材表面处理中常用于平滑度及光亮度要求很高的产品加工;在电解抛光时,被抛光型材作为阳极,以铅板等不溶性导电材料为阴极,将他们同时浸入电解抛光液中,通以直流电进行电解;就其原理而言,与化学抛光大体相似,借助其电流作用,在电解液中通过对微观凹凸表面的溶解速度差来实现其整平过程;金属阳极的凹陷处和凸出处在电解液中有不同的浓度梯度,这种浓度梯度对膜层的溶解有很大的影响,同时这种浓度梯度也是通过采用高浓度的电解液来完成的;在电解时,凸出处具有较大的电流密度,能加速其溶解;而凹陷处则相反,有较小的电流密度,溶解速度亦相对较为缓慢,从而在铝型材表面获得平滑而光亮的效果;铝型材电解抛光机理与其他金属的电解抛光基本相似,都有溶解、氧化膜形成(或钝化膜)、抛光、析氧等过程;
由上述可知,AB区为铝型材的活性溶解区,该区是对铝型材表面的活化溶解,是阳极表面上的铝原子溶解于电解液中的过程,即:
Al→Al^3+3e
在这一过程中没有抛光作用,其铝的溶解速度取决于电解液的浓度、温度与活性等;当阳极电位达到氧化电位时,即相当于B点的点电压时,阳极上开始形成氧化膜,抑制上述反应的进行;
2:铝型材氧化膜的形成过程
随着电解抛光的进行,当达到B点时,在铝型材表面开始形成一层氧化膜,这层氧化膜的形成是非常重要的,它能抑制铝型材的晶体浸蚀;这层氧化膜的形成机理及结构与铝型材阳极氧化膜的形成相同,并没有本质上的区别;如果说有区别,就是铝阳极氧化时,膜的电化学生成速度大于膜的化学溶解速度,这会使氧化膜曾随时间的延长而增厚;而电解抛光时当氧化膜形成后其膜层的电化学生成速度与化学溶解液速度大体相当,这就是为什么电解抛光时氧化膜曾厚度一般都不会达到1μm,且其厚度也与电解的时间无关;只是铝的纯度越高,这层膜的厚度就越厚;但在高氯酸-醋酐电解液中进行电解抛光时,在铝型材表面并不形成氧化膜;
3:抛光过程
CD区为阳极抛光区或钝化去,如果阳极溶解的铝离子通过表面氧化膜层的速度比其扩散通过黏液层的速度快,则扩散过程在抛光时起着决定性作用,即进行平整抛光,这时抛光效果与电解液的黏度有着直接关系;当电解液黏度大时,阳极表面形成的黏液层就厚,不管是凸出处还是凹陷处铝离子都不易扩散,也即是说他们的扩散速度几乎相等,其极限电流密度都不大,微观整平作用小,抛光效果不明显;
当电解液黏度适中时,铝型材阳极表面就会形成厚度适中的理想黏液层;在这种情况下,铝型材表面会出现两种微观情况:凸出处黏液层厚度较薄;凹陷处的黏液层则厚一些;这就使得凹凸部分的表面到黏液层界面的距离不一样,从而导致黏液层中铝离子的扩散速度不一样;
在电解抛光时不能忽视气体的产生,气体的产生对电解抛光过程同样会产生重要的影响,一旦有了气体的产生就会在阳极表面形成气体膜,均匀的适量气体膜对阳极表面的整平有一定的促进作用;但多的气体膜会降低阳极表面的光亮度;如果在阳极表面有局部的气泡堆积会使抛光后的阳极表面出现麻点,大量的气体甚至使铝型材表面产生平行的条纹;当电解黏液度过大同时温度也较低时,电解过程中产生的气体不能顺利排出,会引发较多的抛光质量不良;总的来说,在电解抛光过程中我们并不需要有较大量的气体在电解液中不能顺利排出;
当电解液黏度较低时,在工艺规定的电解抛光条件下,电流会很高,光亮度达不到要求,同时铝型材表面还容易出现麻点及白雾;由此可见,在电解抛光过程中,维持电解液合适的黏度是很重要的;也正是这一合适的黏度使得铝型材表面凸出部分和凹陷部分有不同的电化学和化学反应,凸出部分氧化膜薄,电流密度大,容易被击穿而被优先溶解,凹陷部分氧化膜,电流密度相对较小,膜层不易击穿而迟后溶解,这就使得在给定的时间中凸出部分被溶解的频率与凹陷部分被溶解的频率不相同;
4:析氧过程
随着电压升高,铝型材阳极氧化膜层被击穿,电流迅速增大,同时析出氧气;这一过程的发生以现有的资料看并没有对其提出对电解抛光的负面影响,但编著者认为,工业阳极氧化,当当到达DE区时,可以认为是氧化膜的生长达到了对应工艺的极限,铝型材氧化膜的生成与溶解达到动态平衡,对于工业阳极氧化来说,在DE区之前就应该结束氧化,因为在实际电化学反应过程中并不存在绝对的动态平衡,再延长时间会使氧化膜质量变劣;当然,在电解抛光中并不存在氧化膜生长的极限问题,但电解抛光出现DE区,显然,一方面是电解液温度过高,或电压过高所造成;另一方是电解液中混入了水;后者是电解液故障所致,而前者是操作过程中对工艺参数的管控不严所致;但不管是哪种情况,在电解抛光过程中都要尽量避免,所以长时间的氧气析出并不会给铝型材电解抛光质量带来好的结果;
需要明确指出的是,铝型材在经过电解抛光或化学抛光都是一个很复杂的过程,到目前为止还没有一个理论能圆满的解答这一过程的全部现象或事实;
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