铝质铭牌表面化学法精饰

铝质铭牌表面化学法精饰—
采用化学的方法，对铝材进行精饰加工，是铭牌加工的一项重要手段。它具有劳动强度低、工效快、一致性好、能实现自动化作业等一系列特点。运用各种不同的化学精饰的方法，可获得不同的外观效果和独特的风格。

一、化学除油

铝表面的油污，将严重影响后工序的进行。对大量的封装油层，可先用细软的锯木屑揩除，作为初步处理，经进一步化学处理后再作机械加工。

机械加工过程中沾染在铝制件表面的油污(包括植物油——皂化油及矿物油——非皂化油)，借助于在弱碱性的溶液中的化学作用(皂化作用)和化学物理作用(乳化作用)，将油脂从铝制件上去除是比较有效的。化学除油的配方见表1。

经化学除油的铝表面光亮度，较之未处理前微有下降，故应掌握好处理温度与时间，以保证铝表面的亲水性和最高光亮度。

在弱碱液中化学除油后的铝板，应用30％～40％的硝酸水溶液中和，并去除表面的自然氧化膜。对含硅的铝板，宜在0．2％一0．3％的氢氟酸水溶液中浸渍数秒。

二、药白

药白，是铝铭牌加工工艺中的民间俗语，同时也是最基础、最常用的一种铝表面的精饰方法。

药白的过程分为两步：先以毛刷蘸上湿“老粉”(碳酸钙)，在铝板表面来回刷动，一方面去除表面污物，另一方面去除光泽；在水中洗净后，再置于温度在60～75℃、含量在5％一l0％氢氧化钠的水溶液中，此时铝表面反应激烈，逐步产生一层白色泡沫，3—5分钟后，立即置于流水中冲洗，中和后烘干。

药白后的铝表面呈均匀的无光银白色，很有装饰效果，但表面硬度较低，应防止摩擦与划伤，药白过程应在有防护装置的条件下进行。

三、化学抛光

机械抛光能造就铝板平坦的表面，而化学与电化学抛光则能进一步降低铝板的粗糙度。化学抛光的特点是设备简单、节省电能、效率高、成本低，而且不受零件形状与尺寸的限制。

化学抛光的反应过程，是金属在电解质溶液中的自溶解过程。关于它的机理至今尚无定论。一般认为它与电化学抛光相似，化学抛光时金属表面呈微观凸起部分的溶解速度比微观凹下部分快得多，因而使表面变得更为平坦光亮。

1．三酸化学抛光

化学抛光液一般由磷酸、硝酸、硫酸(或冰乙酸)三酸组成，故习惯称三酸抛光液。这是一种传统的化学抛光的方式，虽然对铝表面抛光的效果很好，且被一直沿用了数十年，但是由于抛光液中含有硝酸的成分，因而在抛光过程中有大量的氮氧化合物析出，其黄褐色的烟雾俗称“黄龙”，严重污染环境，从环境保护的角度出发，对三酸抛光液的具体配方不做介绍。

2．无黄烟化学抛液

为了减少有害气体一氧化氮的污染，可采用在配方中删去硝酸，而加入WXP添加剂作为抛光溶剂的发光剂及酸雾抑制剂。采用这种添加剂的化学抛光液可代替原来的三酸抛光液。尤其对经机械喷砂后的表面，抛光速度更快且均匀；表面抛光后，反射系数可达80％。抛光时不产生黄烟，能较好地抑制酸雾，简化废气处理装置。其配方如下：

磷酸：800mL／L；

硫酸：200mL／L；

WXP：2mL／L；

温度：95～120℃；

时间：1～2min。

一种将计算量磷酸与硫酸均匀混合，加入WXP添加剂混合并搅拌均匀，加热至规定温度。在新配液中要加入2～3g／L的铝屑，有利于提高抛光的匀整性。用于经机械抛光的精饰件，宜加4g/L硫酸镍。有的配方在溶液中加入20g／L草酸，抛光后用铬酸或硝酸溶液去膜。

另一种无黄烟化学抛光工艺，采用BAA添加剂作为出光剂与酸雾抑制剂，也取得了较好的效果，BAA添加剂溶液配方如下：

磷酸：700mL；

硫酸：300mL；

BAA-1：0．5～lmL；

BAA-2：0．5，-1g；

硫酸镍：2g；

纯铝：3g／L。

操作条件

温度：85—100℃；

时间：1—4min。

除膜配方

硝酸：100mL／L；

重铬酸钠：4mL／L；

氟化钠：0．125mL／L

方法

室温浸泡工件。

3．碱性化学抛光液

酸性化学抛光具有成本高、蚀刻性强、污染空气等不足之处，近年来出现了一种碱性溶液的化学抛光的配方：

氢氧化钠：350—650g／L；

亚硝酸钠：100～250g／L；

氟化钠：20～50g／L；

磷酸三钠：10～40g／L；

温度：110～130℃；

时间：5～15s。

抛光后迅速用50℃左右的温水清洗，再在250～300mL／L的硝酸水溶液中浸渍10～30s，进行中和、出光。

四、化学砂面

所谓化学砂面法，就是将经过清洁处理后的铝制工件，浸渍于化学溶液之中，使之进行轻微而均匀的化学反应，获得具有砂粒状的外观，藉以取代或弥补机械喷砂的一种新的工艺方法。

1．化学砂面的工艺特点

①对工件的处理，不是一只一只地进行，而是以一定数量(或一定的表面积)同时浸渍于溶液中，因此，加工效率高，产品一致性好。

②不受工件几何形状的限制，可以一次完成在工件所有裸露的表面上形成均匀而完全的砂面效果。

③有利于组建工艺流水线，能与其他的自动作业配伍。

④外观色调柔和，结构细致，装饰性好，为铝表面进一步精饰处理奠定了较好的底层基础。

2．形成砂面的机理

铝材在化学介质中浸渍，所形成的砂面，其反应过程比较复杂。不同的组分，不同的工艺规范，以及不同的材质及其不同状态，所形成的砂面效果都不尽相同。因此，对砂面的形成机理，目前还难趋于一致。但从现行的几种配方与工艺来看，其砂面机理大致可归纳为以下几点。

(1)微粒吸附

在含有某些盐类如氟化盐、氯化盐、硝酸盐的组分中，这些盐类能够在铝表面上生成不溶性的反应物，以微粒状态牢固吸附在铝的表面。被这些微粒遮盖的区域，相对地也得到保护，将不被蚀刻或蚀刻得较为迟缓，构成铝材点状的平坦表面；相反，那些未被微粒覆盖的地方，被蚀刻为凹陷，其结果使表面呈现出砂粒状。 ．

(2)金属溶解

铝是两重金属，酸、碱对它都能产生溶解作用。在酸式砂面溶液的配方中，常含有HCl和H2S04的成分，当它与Al作用时：

2Al+6HCl——2A1C13+3H2↑

2Al+3H2SO4——A12(SO)3+3H2↑

铝在上述溶液中，生成一种新的酸式盐并放出氢气，但它并不能对铝直接产生砂面的效果。对于绝大多数的特别是含有少量杂质元素的铝材来说，只有提高对金属溶解速度的差异，才有可能出现砂面，这往往需在溶液中加入电极电位比铝正的金属盐，例如CuS04及FeCl3，使蚀刻过程将是有“选择”地进行，铝的溶解速度快，是杂质构成麻点的基础。因而这一类溶液对纯度较高的铝材，砂面效果反而欠佳，同时对铝材的减薄行为也较严重，要获得较细的砂面也是困难的。这些组分的砂面剂，在整个反应过程中，可以观察到在铝材表面上将形成一种红褐色海绵状的沉渣集附层。在海绵状集附层上，还可清晰地看到金属溶解时释放出氢气的若干针孔。

(3)晶间蚀刻

在蚀刻性的介质中，蚀刻过程首先在金属的晶粒边缘进行。这一方面是由于某些杂质金属以固溶体的晶粒状态分布在铝中，并在铝晶格的晶粒界面析出，而这些金属互化物的抗蚀性能一般比纯铝低；另一方面，大多数的杂质，如Fe、Si等，这些杂质的电位都比铝正，形成了蚀刻的原电池，构成了电化学过程的行为。其中，电位较低的部位成为阳极区，而电位较高的部分则成为阴极区。阳极区与阴极区的电位差越大，电化学蚀刻速度加快，因而使晶间蚀刻的倾向加剧，促使铝表面构成砂粒状。

以上三种情况，可以说是目前的一些化学砂面溶液形成化学砂面的基本状况。但是，在形成化学砂面的过程中，这三种情况并非完全是并存的。对不同的溶液，溶液的配方及不同的铝材材质组合使用，都有它的侧重的特点。

4．工艺过程对砂面的影响

(1)酸性与碱性砂面液的比较

作为两性金属的铝，无论在酸性或碱性砂面液中，都有各自的工作规范。在相比之下，碱性溶液对铝的溶解度较大，虽然易于获得细的砂面，但对工件的减薄行为的威胁也大。酸性砂面液，如市售HY-AL-01型砂面剂，通常是采用低浓度的硫酸水溶液配制(也可采用盐酸水溶液)，铝在硫酸溶液中的反应速度，较在盐酸溶液中慢，因此，这对改善操作的宽容度有利。加入适当的HCI，可提高反应速度。

(2)过蚀问题

造成过蚀现象的主要原因，与工艺规范中的温度、浓度、时间有关。成功的砂面，其外观应该是细腻、均匀的结构；砂面的“峰”部，处于基材的外表面，峰、谷比较大，从而保证了工件的原有尺寸。反之，就可能产生过蚀，如图1所示，砂面的峰，低于基材的外表面，峰、谷比下降，使表面形成不规则的紊乱状态，呈橘皮状，有时甚至是结成块状的凹陷区域，从而使工件的几何尺寸有较大的改变。

6．印像

①纯铝的致密性好，形成的砂面也细腻，一般可达到类似于250目以上粒度。

②杂质破坏了铝的致密性，使铝的稳定性降低，易于获得较粗的砂面。

③浓度与温度的提高有利于加速砂面的形成，但也容易产生过蚀的现象。

④铝材的结晶状态愈细，化学砂面过程的反应也愈均匀，砂粒细腻、均匀。

⑤硬状态及半硬状态(Y、Y2)的铝材，比退火后的铝材稳定，形成砂面的速度较后者缓慢。

⑥碱性溶液的砂目较细；酸性溶液较易于控制，砂粒也较明显。

7．化学砂面法有待于解决的问题

化学砂面法尽管具有许多引人注目的一系列特点，就目前情况看，还存在以下一些问题。

①由于其机理复杂，铝材的种类多，品质差异大，导致可变因素也多。由于所有砂面液都还不可能是广谱型的。因此，往往某一种组分的配方对某些牌号的铝材，砂面效果非常显著，而对另一些铝材则效果未必理想。譬如，以氟化氢铵为主盐的，适用于纯度较高的铝材(铝含量在99．3％以上)，用于L2、L3、L4、LT66等上，能形成较细腻的砂面；以三氯化铁、硫酸铜为主盐的则运用于合金铝，砂面较粗糙。

②对含Si量大于1％的铝材，效果欠佳，对各种牌号含Si的铸造铝合金，几乎还不能获得砂面效果。

③自配的砂面溶液，还缺乏可靠的具体的分析、调整的参数，这给槽液的维护与使用带来一定的困难。

④目前尚有一部分配方中的某些组分，未能全部公开，使之对它缺乏了解。

⑤由于化学砂面液的应用，时间还较短，经验总结不够，现有资料不多，还有待于进一步系统地归纳和总结。