用于鋁及其合金化學拋光最廣泛的體系當推硫酸.磷酸.硝酸、銅及添加劑的混合溶液”一’(下文簡稱三酸體系)。這種體系以其維護容易。三酸比例、拋光溫度、水含量控制范圍大,拋光時問適中,產品量度高等優(yōu)點而以不同的商業(yè)名稱廣泛地用于國內外生產線中。但鋁及其合金在上述的三酸體系中拋光好后。從拋光槽轉移到水洗槽所用的時間超過某一數值,就會在試樣的表面上留下一道道明暗變替的橫向條紋流痕(斑馬紋)。若拋光溫度過高,流痕會變成明暗不同的花斑,嚴重地影響產品的外觀質量。目前國內外鮮見有關流痕成因及防止的報道。因此,進行三酸體系中鋁及其合金化學拋光的流痕成因及控制的研究具有一定的理論價值和實際意義。
整個化學拋光過程中的各種因素對流痕作用力的大小依次是(從大至小) 轉移時問,拋光添加劑濃度,磷酸與硫酸的體積比及拋光溫度。
轉移時間的影響
一般說來.拋光溫度85℃ 時試樣從拋光檐提出后其表面上仍在進行劇烈反應,并伴有黃煙和白色的泡沫產生。泡沫由于重力的作用向下滑落,有些地方滑落得相對快些。有些地方滑落得相對慢些。水洗啟發(fā)現(xiàn):泡沫滑落快的地方光亮些,滑落慢的地方暗些.這樣就形成了明暗交替的橫向條紋流痕 將有流痕的試樣放1:l或更濃的硝酸溶液中浸泡也不能使之溶解。
實驗表明;試樣拋光好后,從拋光槽轉移至水洗槽所花的時間越長流痕就越嚴重,轉移時間大于90s后,流痕一般可以超過3級,一轉移時問超過120 s后流痕一般為4級,整個表面有花斑。如果拋光溫度大于100 ℃,轉移時間大于90 S,流痕就變成了花斑。對流痕處進行XPS和EXIvi分析.兩種不同分析方法的結果均表明流痕的主要化學成分是硫酸鋁。筆者認為這是由于試樣從拋光槽中提出時.粘附在試樣表面的三酸液膜在銅離子的作用下繼續(xù)同鋁反應.井可見棕紅色的二氧化氮氣體從試樣表面上釋放出來.說明硝酸的濃度隨著轉移時間的增長而不斷下降.試樣表面沉積下來的銅越來越多. 從試樣表面溶解下來的鋁離子也越來越多。而硫酸的濃度幾乎未變。此時又沒有可補充的硝酸和水分, 于是從試樣表面溶解下來的鋁離子就同硫酸作用變成硫酸鋁。隨著轉移時間的延長,試樣表面的水分不斷揮發(fā)。硫酸鋁達到了其溶解度的極限就在試樣的表面沉積下來形成流痕。
磷酸與硫酸體積的影響
將硝酸的體積比控桶在3%,轉移時間及其他條件不變只改變磷酸與硫酸的體積比所得到的流痕結果。拋光糟中硫酸的比例越高,同等條件下產生的流痕越嚴重,因為硫酸濃度越大。生成硫酸鋁沉積所需要的鋁離子的濃度越小,轉移時間在實際生產中不可能少于70s(因為;一是行吊的速度限制;二是轉移時間太短,帶出的拋光液太多造成成本上升 )因而在舍硫酸比倒較高的三酸體系中很容易產生流痕,即使加入了拋光添加劑,其流痕等級也根難被用戶接收 磷酸:硫酸=3:1時加入了拋光劑可以有效地防止流痕的產生,只收入了2%體積的水,其他條件不變流痕基本消失進一步說明了流痕是由于硫酸鋁的沉積而造成的。
拋光溫度的影響
相同的三酸配比、轉移時間、拋光添加劑濃度.拋光溫度不同時試樣上所產生的流痕等級也不同。拋光溫度越高,流痕的等級也越高。這是因為拋光溫度越高。試樣從拋光槽提出時其溫度也越高(見表6)。轉移期間所進行的拋光反應也越劇烈.即硝酸消耗得更快,水分揮發(fā)也更嚴重。生成硫酸鋁沉淀的機會更大,所以流痕等級越高。
結論
鋁合金化學拋光好后,從拋光糟提出轉移到水洗槽的時間超過某一數值。由于硫酸鋁的沉積而產生了流癀。流癀主要發(fā)生在泡沫滑落較慢的地方,因為試樣從拋光槽中提出時粘附在試樣表面的三酸梭膜在銅離子的作用下繼續(xù)同鋁反應-硝酸的濃度隨著轉移時間的增長而不斷下降。磚酸濃度幾乎不變,此時又沒有可補充的硝酸和水分。于是從試樣表面溶解下來的鋁離子就變成硫酸鋁,隨著轉移時間的延長,水分不斷揮發(fā)。硫酸鋁達到了其溶解度的極限后就沉淀在試樣的表面,形成了流痕。加入拋光添加劑可以延長轉移時間。如沒有加入拋光添加劑t要想將流痕控制在0~1級范圍內轉移時間必須小于30s,這在實際生產中是難以辦到的。加入拋光添加劑后, 如果添加劑濃度為A n6 g ,B 0.4 g 。轉移時間可以延長到70 s,流痕等級都能控制在0—1級范圍內。