铝材及铝制品的化学抛光处理（５）（铝的抛光处理系列文章之五）冯承才（东北轻合金加工厂工学 院黑龙江省哈尔滨市１５００６０）摘要：铝中的杂质与合金元素对铝材的化学抛光效果有很大影 响，工艺因素的影响小一些。铝越纯，抛光与阳极氧化处理后对光的反射率越高。阳极氧化膜层的 厚度以１０μｍ左右最佳，不但有高的反射率，而且有良好的抗蚀性与耐磨性。关键词：化学抛光 ，铝及铝合金，高纯铝，阳极氧化，反射率，光亮合金６成分与工艺因素对化学抛光效果的影响生 产实践证明，纯铝中的杂质与合金元素对材料的化学抛光效果有很大影响，工艺因素也有一定的影 响，但其程度小得多。通常，纯度越纯，抛光效果越好，而有些抛光工艺如Ｂｒｙｔａｌ法、含氟 酸盐的Ａｌｚａｋ法、Ｅｒｆｔｗｅｒｋ法等仅适用于高纯度的材料。６．１化学成分的影响铁与 硅是铝及铝合金的固有杂质。因此，首先应考虑的就是这两个元素，铁对高纯铝抛光效果的影响大 于硅的，在材料经低温退火后的表现尤为突出。例如，若铁含量大于０．０３２％，材料在抛光后 对光的反射率就大大下降。在即使只含０．０２５％一０．０３５％Ｓｔ或Ｆｅ的９９．９％Ａｌ －０．５％Ｍｇ的合金中，由于会出现Ｍｇ。Ｓｔ，在Ｅｒｆｔｗｅｒｋ溶液中化学抛光与阳极氧 化后，亮度会显著降低，但在５９０～６００ｔ均匀化处理ｌｈ后，则可避免。如铝的纯度降低到 ９９．８５％，则抛光后的反射率会极大地下降。在Ｅｒｆｔｗｅｒｋ溶液中抛光处理时，材料的 铜含量大于０．０６％后，抛光效果会急剧下降，但硅及标的含量运０．３％，则无影响；锌的含 量若＜０．３％或即使＞０．３％而仍处于固溶体中，则钛的含量运０．０３％，对抛光后的反射 率也无影响。工业纯铝与一些变形铝合金经磷酸一硝酸溶液抛光处理，可获得相当好的抛光面，在 氧化处理后，其反射率的下降也是可以接受的。在美国的汽车生产中，许多装饰性零件就是用铝合 金制造的，其阳极氧化后的光亮度并不低于９９．７％一９９．８５％高纯铝的。不过，在工业发 达国家，目前的趋势仍是以用９９．７％一９９．８５％的高纯铝为主，因为它们的抛光效果既好 又稳定。一些国家用的光亮阳极氧化处理高纯铝与铝合金的成分列于表１７ｔ‘’），化学抛光铝 在氧化处理前后的反射率（以镀银镜的反射率为１００％）与成分及氧化膜厚度的关系见表１８［ “ｊ。由表１８所列的数据可见，阳极氧化膜层的厚度以１０ｐｍ左右最佳，在这个厚度时，在硝 酸一二氟化铰溶液中抛光后，反射率最高，同时有良好的抗蚀性与耐磨性。表１７光亮阳极氧化合 全的成分（重且％）通常，既要保证氧化膜达到一定厚度以满足保护性能的要求，又要保证材料具 有相当高的镜面反射率是有一定难度的。例如，一些合金用于制造汽车装饰件时，需要１０卜ｍ厚 的氧化膜，但光亮度又达不到要求，于是在英国将氧化膜厚度降到ｓｐｉｎ。可是，氧化膜减薄， 零件的使用期限会缩短，这样在美国出现了５４５７和５５５７合金，福特汽车公司用它们制造的 零件，将氧化膜厚度提高到７．５卜ｍ，获得了令人满意的效果。近来，有些工厂在化学抛光处理 时，适当加大酸的浓度，提高处理温度，降低阳极氧化电压，获得了具有良好综合性能的氧化膜层 。由上表所列的数据可见，材料成分对抛光效果的影响极为显著，同时，抛光工艺不同，影响也各 异，例如在川Ｕｐｏｌ型磷酸一硝酸溶液中抛光可获得很高的反射率，但阳极氧化后反射率则大幅 度下降（工艺纯铝）；然而，高纯铝及用高纯铝配制的合金，经阳极氧化处理后，反射率的下降却 很少。用Ｅ．Ｗ．法化学抛光处理时，只能采用高纯铝及高纯铝基合金。一般，含０．５％Ｍｇ的 合金的反射率仅比合２％Ｍｇ合金的略高一些，但后者的力学性能却高得多。当前，在工业发达国 家，镁的提纯工业有了很大发展，制出了一些用高纯铝、高纯镁配的ＡＩ－Ｍｇ及ＡＩ－Ｍｇ－Ｓ ｔ系光亮合金。添加镁或镁、硅元素主要是为了提高强度，ＡＩ－１％Ｍｇ合金是一种制造装饰零 件用的典型光亮处理合金，其力学性能与ＬＦ２１（３００３）合金的相当。在美国，为了制造小 轿车保险杠，研制成一批用高纯铝配制的ＡＩ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ系合金，既有高的强度性能又有 良好的化学抛光性能。几种光亮合金的力学性能见表１９。化学抛光铝的反射事与表１８阳极氧化 股厚度的关系６．２组织与工艺因素的影响关于组织与抛光效果的关系，首先表现在晶粒大小上， 细晶粒材料的抛光性能比粗晶粒的好得多。粗晶粒材料在化学抛光时由于局部地区的浸蚀受到抑制 ，抛光面往往呈橘皮状，较为粗糙。晶粒大小的这种影响使得我们必须使用细晶粒材料。材料中的 钛含量由微量增加到０．２％，可显著细化晶粒，但会使ＡＩ－Ｍｇ及ＡＩ－Ｍｇ－Ｃｌｌ合金在 化学抛光与阳极氧化处理后的光亮度下降。热处理与冷加工对抛光效果有很大影响，凡是能够细化 晶粒与使晶格扭歪、减少表面微裂纹的一切处理与措施，都有助于提高抛光性能，例如冷加工就是 措施之一。９９．９９５％ＡＩ－３％（５％）Ｍｇ合金在铸造时，如以极快的速度冷却，可使Ａ ｉＺＭＳ形成细小的质点均匀地分布于基体中，可大大提高抛光性能；但这类材料的深拉变形率应 大于２５％，否则易形成粗大晶粒，在３２５—４２５℃退火时的冷却应尽可能地快，以免晶粒长 大。因此，最好在盐浴炉或传送带式炉内退火。９９．９％ＡＩ－Ｍｇ合金的抛光性能与铸锭组织 关系极密切。在高温均匀处理２～１０ｈ可仍保持细小的球状晶粒，对抛光质量的提高是有益的。 ９９．８５％ＡＩ－Ｍｇ合金在６２０ｔ均匀化退火后，铁与硅的化合物可由ＡＩ－Ｆｅ－Ｓｔ三 元化合物转变为细小的ＦｅＡ１３，能提高抛光效果。Ｍｇ。Ｓｔ在化学抛光时的溶解速度比基体 的快得多，易形成腐蚀坑，影响抛光质量。因此Ｍｇ。Ｓｔ质点的分布应均匀，同时质点应细小。 光亮ＡＩ－Ｍｇ合金板带村成垛退火时温度可为３２０—３４０ｔ，２～３ｈ；输送带式炉快速退 火温度可达４５０—５００℃。％Ｈ状态材料的完全退火制度：２２０—２４０℃，数小时。生产 证明，即使原来材料的晶粒较粗大，经过强烈冷加工使晶粒破碎与使表层晶粒晶格扭歪，也可获得 良好的抛光效果。在生产中，光亮铝合金的退火温度应尺可能地不超过３５０℃，对某些材料还不 应超过２５０ｔ。表１９．光亮台全的力学性能７阳极氧化对反射率的影响抛光后的铝件与铝材都 要经过阳极氧化处理，以提高抗蚀性、耐磨性，保持表面反射率。然而，经过这种处理后，表面反 射率都会有不同程度的下降，因为阳极氧化膜中总或多或少地混人金属杂质；即使高纯铝也含有微 量的重金属杂质，会使材料表面粗化。Ｓ。ｏｔｔ等的研究表明（表２０）（“）：阳极氧化对高 纯度铝与９９．８％铝的表面粗化效果影响并不明显，可是对９９．５％铝的这种作用却十分明显 （Ｂ与Ｏ之差），尽管氧化膜内的杂质在这方面（Ａ与Ｏ之差）仍起着重要的作用。试样的阳极氧 化条件：７体积％硫酸，２０—２２℃，电流密度ＩＡ／士ｄ。表中Ｂ栏及Ａ栏分别表示阳极氧化 前后的镜面反射率，而Ｏ栏为在铬酸一磷酸溶液中脱除氧化脱后的试样的镜面反射率，由此可看出 阳极氧化处理本身的粗化作用对反射率的影响。对镜面反射率影响最大的是直径为０．３—０．５ 卜ｍ的杂质粒子，而直径更小的粒子的直径比光波长度小得多，因而对反射率的影响微不足道；而 直径更大的粒子在数量上又太少，对反射率的影响也可忽略不计。铝在阳极目化处理后的反射事与 安２０其纯度及氢化伯四度的类系阳极氧化参数对处理后的材料的反射率也有很大影响，槽液浓度 、温度以及电流密度对９９．７％Ａｓ－１％Ｍｇ合金的反射率影响见表２１ｔ２‘）。由所列数 据可见，温度高、电流密度低和硫酸浓度大时，氧化膜具有最高的反射率，不过大家知道，在这种 条件下形成的氧化膜是软的，耐磨性低。如果既要求材料有高的反射率，又要求它具有良好的耐磨 性，就不能在这种条件下处理。阳极氧化处理温度、硫酸浓度与电流密度表２１对９９．７％ＡＩ 一豆％Ｍｇ合金镜面反射事的影响关于杂质粒子对阳极氧化后反射率的影响可用如图１２的示意图 说明，材料可含诸如ＡＩ－Ｆｅ－Ｓｔ化合物、Ｓｔ和ＭｎＡ１６粒子，它们的电导率比其周围的 铝基本的电导率大一些，于是形成局部电流集中，在它们的下部形成“锥状突起”（‘。。＂ｉｃ ａｌａｓｐｅｒｉｔｙ’）。这种锥状突起块的尺寸可比粒子的原始尺寸大许多倍，从而使铝／氧 化铝界面处粗化，其粗化程度与阳极氧化处理电压有密切关系，随着电压的升高而增强。因此，降 低电压，犹如提高硫酸浓度与温度、降低电流密度的效果一样，可改善表面光洁，提高反射计。国 １２阳极氧化腹中未司化的半导体波于分离过程。臼（ｂ）、（ｃ）上的箭头长短表示该处的电流 大小．在困《ａ）至《ａ）上未画出司化瞩ａ－一抛光面上的杂质位子；ｂ——开始形成雄突；， 对反射与成象有强烈影响的锥突的状态；ｄ－一杂质粒子从氧化膜中分离（——由于未氧化的杂质 粒子与铝引起的有凹坑的氧化膜。１——铝基体；２——氧化膜【持续）铝材及铝制品的化学抛光 处理（5）──（铝的抛光处理系列文章之五）@冯承才$东北轻合金加工厂工学院化学抛光，铝 及铝合金，高纯铝，阳极氧化，反射率，光亮合金铝中的杂质与合金元素对铝材的化学抛光效果有 很大影响，工艺因素的影响小一些。铝越纯，抛光与阳极氧化处理后对光的反射率越高。阳极氧化 膜层的厚度以１０μｍ左右最佳，不但有高的反射率，而且有良好的抗蚀性与耐磨性。Ｍｇ合金在 铸造时，如以极快的速度冷却，可使ＡｉＺＭＳ形成细小的质点均匀地分布于基体中，可大大提高 抛光性能；但这类材料的深拉变形率应大于２５％，否则易形成粗大晶粒，在３２５—４２５℃退火时的冷却应尽可能地快，以免晶粒长大。因此，最好在盐浴炉或传送带式炉内退火。９９．９％ＡＩ－Ｍｇ合金的抛光性能与铸锭组织关系极密切。在高温均匀处理２～１０ｈ可仍保持细小的球状晶粒，对抛光质量的提高是有益的。９９．８５％ＡＩ－Ｍｇ合金在６２０ｔ均匀化退火后，铁
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