鑄鋁的電解拋光工藝研究

鄧穩(wěn)++周玉++肖璐瓊++徐嘉輝++邵志松

文章編號(hào)：2095-6835（2016）17-0112-02

摘 要：根據(jù)分析鑄鋁的硅元素難以被化學(xué)和電化學(xué)溶解，采用醇胺和氫氟酸電解液體系，一方面，滿足電解拋光的黏度要求；另一方面，用氫氟酸溶解硅。通過(guò)合理的配方和工藝控制，使氫氟酸對(duì)硅的溶解大于對(duì)鋁的溶解，從而解決含量較高的硅鋁合金拋光難的問(wèn)題，并研究了各添加劑對(duì)拋光過(guò)程的影響。這是一種有很好的發(fā)展前景的環(huán)保型拋光技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鋁合金；鑄鋁；氫氟酸；電解拋光

中圖分類(lèi)號(hào)：TG166.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.112

由于鋁合金的質(zhì)量輕，大氣中耐腐蝕性好，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。對(duì)于復(fù)雜的鋁零件，由于整體機(jī)械加工成本過(guò)高，目前主要采用鑄造的方法。鋁硅合金壓鑄件易于成形、工藝簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高，可用于各種薄壁零件和較為復(fù)雜的精密零件大批量生產(chǎn)，它在五金、家電等領(lǐng)域中的應(yīng)用也日趨廣泛。而含硅量高的鋁合金特別適合鑄造，硅元素的加入減少了各種鑄造缺陷。但是，當(dāng)鋁硅合金拋光時(shí)，由于鋁溶解或生成氧化物，表面的硅既不溶解，也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，殘存的硅形成硅灰。這就是鋁硅合金鑄造件難于拋光的癥結(jié)所在。本文針對(duì)氫氟酸和單乙醇胺拋光體系的特點(diǎn)研究了硅含量高的鋁合金的相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)和添加劑，得出在該體系下良好的拋光工藝，并獲得了良好的拋光效果，擺脫了傳統(tǒng)的“三酸”體系和無(wú)鉻拋光方法。

1 試驗(yàn)

用體積分?jǐn)?shù)為80%的單乙醇胺和體積分?jǐn)?shù)為60%的氫氟酸配置槽液，配液溫度會(huì)急劇上升，要控制好溫度，以免使氫氟酸揮發(fā)過(guò)多。將槽液容器置于冷水槽中，陽(yáng)極試片的主要被拋面應(yīng)與陰極面垂直，再通電4～10 min，最后做拋后處理。根據(jù)試驗(yàn)分析，綜合單因素試驗(yàn)的結(jié)果，得到的電解工藝參數(shù)如表1所示。

表1 電解工藝參數(shù)

工藝參數(shù) 單乙醇胺 氫氟酸 硝酸 甘油 pH值 溫度 時(shí)間

配方一 55% 35% 10% 0 5～7 32～42 ℃ 4～10 min

配方二 45% 30% 0 25% 5～7 32～42 ℃ 3～10 min

1.1 工藝流程

具體的工藝流程是：上掛→化學(xué)除油→水洗→酸洗→電解拋光→水洗→浸酸→水洗→吹干→下掛。

1.2 拋光質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

用目測(cè)法評(píng)定試樣的表面光澤，其標(biāo)準(zhǔn)為：

10級(jí)：表面光亮，能看見(jiàn)人的五官。

9級(jí)：表面光亮，能看見(jiàn)人的五官，但不夠清晰。

8級(jí)：表面光亮比較好，模糊。

7級(jí)：表面有光澤，略發(fā)白。

6級(jí)：表面光澤，略有點(diǎn)不明顯的斑點(diǎn)。

3～5級(jí)：根據(jù)試樣表面斑點(diǎn)或發(fā)黑的程度區(qū)分。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度和時(shí)間對(duì)拋光效果的影響

拋光時(shí)間取決于鋁的純度、表面狀態(tài)、拋光溫度、陽(yáng)極電流密度和表面要求的光亮度等因素。拋光時(shí)間長(zhǎng)，光亮度更高。但是，由于槽液有一定的黏度，在拋光過(guò)程中，槽液因?yàn)橥姸l(fā)熱升溫，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則溫度升高快，不利于拋光，因此，可采用短時(shí)多次拋光的方法，以達(dá)到亮度要求。經(jīng)過(guò)分析可知，溫度為35～45 ℃，時(shí)間為6 min比較合適。

2.2 電流密度的影響

控制拋光的工藝條件為：溫度35～45 ℃，時(shí)間為6 min，在不同的電流密度下，所得鑄鋁的拋光效果如表2所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電流密度控制在4～6 A/dm2可得到較好的拋光試樣。當(dāng)電流密度過(guò)低時(shí)，合金中的鋁和槽液的反應(yīng)速度大于硅的反應(yīng)速度，試樣表面的硅突顯出來(lái)，沒(méi)能達(dá)到去除硅的效果。于是，其表面呈黑色，無(wú)光亮效果。當(dāng)電流密度過(guò)高時(shí)，槽液溫度迅速上升，溫度上升導(dǎo)致槽液的電阻上升，槽液發(fā)熱越來(lái)越嚴(yán)重，拋光時(shí)試樣表面因過(guò)燒而發(fā)黑。另外，當(dāng)電流密度過(guò)低時(shí)，表面極化作用小，光亮度下降；當(dāng)電流密度過(guò)高時(shí)，則易發(fā)生過(guò)腐蝕現(xiàn)象，形成腐蝕點(diǎn)，影響光亮度。因此，最佳的電流密度為4～6 A/dm2，超過(guò)這個(gè)范圍是鑄鋁的拋光效果不佳。

2.3 槽液pH對(duì)拋光效果的影響

由于鋁是兩性金屬，在槽液的pH值過(guò)低或過(guò)高的環(huán)境中，在化學(xué)和電化學(xué)的共同作用下，都會(huì)使鋁的溶解大于硅，試樣也容易發(fā)白和發(fā)黑，如圖1（a）和圖1（c）所示。當(dāng)槽液的pH值為6～7時(shí)，硅的溶解大于鋁的溶解，鋁的光亮度體現(xiàn)出來(lái)，如圖1（b）所示，上光亮區(qū)密集，宏觀上試樣光亮。

2.4 甘油對(duì)拋光效果的影響

針對(duì)配方二中甘油的量進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。甘油吸附在陽(yáng)極表面，有利于促進(jìn)擴(kuò)散層的形成，而且還能防止試樣的過(guò)腐蝕，并且拋光后的表面光亮細(xì)致。當(dāng)甘油的含量比較低時(shí)，試樣略有光亮，但表面粗糙度差，含量比較高時(shí)，槽液的黏度增大，操作難度變大。在此條件下，其含量為25%左右為最佳。

2.5 攪拌對(duì)拋光效果的影響

攪拌能防止工件表面過(guò)熱，使電解溫度均勻，提高極限電流的密度和拋光效率，使聚集在鋁表面的離子及時(shí)擴(kuò)散到溶液中去，同時(shí)，又使新的電解液連續(xù)不斷地提供到陽(yáng)極表面。另外，這樣做還能除掉附著在試樣表面的氣泡，避免工件產(chǎn)生麻點(diǎn)，也不會(huì)出現(xiàn)“條紋組織”的問(wèn)題。

3 結(jié)論

最佳的拋光工藝為：電流密度控制在4～6 A/dm2，pH值為6～7，溫度為30～40 ℃，低速攪拌。采用短時(shí)多次拋光的方法達(dá)到拋光的要求，能更好地控制槽液的溫度。該拋光工藝節(jié)約能源，比其他電解拋光對(duì)環(huán)境的污染小，使用價(jià)值更高。

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〔編輯：白潔〕