Электрохимические и химические методы декоративной обработки алюминия и его сплавов (стр. 1 )

Электрохимические и химические методы

декоративной обработки алюминия и его сплавов

Сборник материалов

Настоящий сборник материалов представляет собой компилятивную, профессионально проработанную подборку материалов по химической и электрохимической обработке (в том числе и по зеркальному полированию) алюминия и его сплавов, базой для которой послужила классическая литература по гальванотехнике, научные статьи, патенты.

Введение

Электрохимически или химически обработанный алюминий обладает рядом весьма ценных свойств, например, благоприятными фрикционными, механическими и электрическими характеристиками. Анодированные алюминиевые детали применяются в различных областях современной техники - радиоэлектронике, машино - и приборостроении, авиационной промышленности. Особый интерес представляют также достаточно высокая коррозионная стойкость электрохимически (или химически) отполированного алюминия и повышение прочности сцепления при последующем нанесении гальванопокрытий. Электрохимический и химический способы полировки особенно удобны дня изделий сложной конфигурации, когда использование механического полирования практически невозможно. Для полировки макроучастков деталей, не имеющих электрического контакта с возможными внешними токоподводами, или при малых толщинах полируемых деталей, незаменимым является процесс химического полирования.

Разработка новых электролитов полирования с эффективными добавками поверхностно-активных органических веществ сдерживается недостаточно полным исследованием механизма анодного растворения алюминия и влияния на него добавок поверхностно-активных органических веществ.

1. Практические сведения

о химическом и электрохимическом полировании алюминия

и его сплавов

Гладкая блестящая поверхность металла может быть получена в результате анодной обработки (электрохимическое полирование) или в результате обработки без тока в специальных растворах (химическое полирование). Применение этих процессов позволяет заменить механическое полирование, отличающееся высокой трудоемкостью.

Разбавление растворов для химического полирования водой может вызвать растравливание поверхности деталей. Поэтому следует быстро промывать детали в проточной воде, лучше в струе. Задержка на поверхности деталей разбавленного раствора для полирования ведет к потере блеска и растравливанию поверхности.

1.1. Химическое полирование алюминия и его сплавов

Химическое полирование деталей из алюминия получило широкое применение благодаря своей простоте, кратковременности и высокой экономичности. Ниже приведены несколько проверенных в условиях производства и применяемых на многих предприятиях составов для химического полирования алюминия.

Так, применяют раствор состава, мл/л (г/л): 625 … 1000 ортофосфорной кислоты (ρ = 1,6 г/см3), 250 … 460 серной кислоты (ρ = 1,84 г/см3) и 125 … 175 азотной кислоты (ρ = 1,4 г/см3). Рабочая температура 110 … 120°С. Плотность электролита в начальной стадии составляет 1,66 … 1,68 г/см3. Выдержка по 0,5 мин 5 … 6 раз с промежуточными промывками в сборнике-улавливателе.

Для спокойного, замедленного процесса можно применять раствор состава, %: (по массе): 85 ортофосфор-ной кислоты (ρ = 1,75 г/см3), 10 уксусной кислоты (ρ = 1,05 г/см3) и 5 азотной кислоты (ρ = 1,40 г/см3). Рабочая температура 80 … 100°C, выдержка в течение 2 … 15 мин с многократными погружениями деталей в раствор на 3 … 5 с и промывками в воде до получения заданного блеска.

1.1.1. Составы растворов для химического полирования алюминия и его сплавов

Вот некоторые составы растворов для химического полирования алюминия (, «Советы заводскому технологу»).

1 .Кислота азотная HNO3 (ρ = 1,4 г/см3) 4 об. %; медь азотнокислая Cu(NO3)2·3H2O 0,1 об. %; кислота уксусная CH3COOH 99%-ная 10 об. %; кислота фосфорная H3PO4 (ρ = 1,7 г/см3) 73 об. %; вода 12,9 об. %. Применяется для полирования чистого алюминия (99,9%) и сплавов АМг.

2. Кислота азотная HNO3 (ρ = 1,4 г/см3) 65 мл/л; медь азотнокислая Cu(NO3)2·3H2O 1 г/л; кислота уксусная CH3COOH 99%-ная 65 мл/л; кислота фосфорная H3PO4 (ρ = 1,7 г/см3) 870 мл/л. Применяется также для полирования чистого алюминия (99,9%) и сплавов АМг.

24. Кислота азотная HNO3 (ρ = 1,4 г/см3) 60 вес. ч.; медь азотнокислая Cu(NO3)2 1 вес. ч.; натрий азотнокислый NaNO3 20 вес. ч.; ПАВ (ОП и т. п.) 0,1 вес. ч.; кислота фосфорная H3PO4 (ρ = 1,7 г/см3) 75 … 85 вес. ч. Температура раствора 90 … 100˚С, продолжительность полирования 0,5 … 4,0 мин. Применяется для полирования чистого алюминия.

25. Кислота азотная HNO3 (ρ = 1,4 г/см3) 100 мл/л; медь азотнокислая Cu(NO3)2 1 г/л; кислота серная H2SO4 (ρ = 1,84 г/см3) 200 г/л; .; кислота фосфорная H3PO4 (ρ = 1,7 г/см3) 700 г/л. Температура раствора 100 … 110˚С, продолжительность полирования 0,5 … 4,0 мин. Применяется для полирования чистого алюминия и сплавов АМг, АМц, Д1, Д16.

1.2. Электрохимическое полирование алюминия и его сплавов

Электрохимическое полирование применяется более широко, чем химическое, так как дает более надежные результаты. Этот процесс легче регулируется, поскольку одним из основных его параметров является плотность тока, которую можно быстро и без всяких затруднений изменять в широком диапазоне.

Можно также электрополировать алюминий в электролите, состоящем из крепкой ортосфорной кислоты, с питанием переменным током частотой 500 … 10 000 Гц. Электрополирование можно осуществлять и без ортофосфорной кислоты в электролите состава, г/л: 800 … 900 серной кислоты (ρ = 1,84 г/см3), 50 … 60 хромового ангидрида и 5 … 10 алюмокалиевых квасцов. Рабочая температура 50 … 80°С, анодная плотность тока 20 … 50 А/дм2, выдержка в течение 3 … 8 мин.

1.2.1. Составы растворов для электрохимического полирования алюминия и его сплавов

Вот некоторые составы растворов для химического полирования алюминия (, «Советы заводскому технологу»). Все приведенные составы электролитов применимы для полирования алюминия высшей чистоты.

1. Вода 7 вес.%; кислота серная H2SO4 27 вес.%; кислота фосфорная H3PO4 57 вес.%; ангидрид хромовый CrO3 9 вес.%. Температура электролита 70 … 75˚С, DA = 10 … 20 А/дм2. Применяется для полирования чистого алюминия.

24. Подготовка – шлифование на войлочных кругах с пастой: парафин 35 вес. ч.; стеарин 65 вес. ч. Полирование на бязевых кругах с пастой: микропорошок М28 … М40; окись хрома Cr2O3 30 вес. ч; парафин 10 вес. ч.; стеарин 20 вес. ч. Обезжиривание: уайт-спирит и ОП-7. Электрополирование в электролите: кислота фосфорная H3PO4 1100 … 1300 г/л; ангидрид хромовый CrO3 130 … 180 г/л. Проработка нагревом при 80 … 90˚С в течение 15 … 20 часов до ρ =1,7 … 1,72 г/см3, затем добавляют 10 … 150 г/л серной кислоты. Полирование производят при температуре 70 … 80˚С; DA = 10 А/дм2; напряжении на ванне 12 В. Продолжительность полирования 5 … 10 минут при реверсе тока или 3 … 5 минут без реверса.

Промывка 0,5 мин в составе: калия бихромат K2Cr2O7 10 … 15 г/л; сода кальцинированная Na2CO3·10H2O 15 … 20 г/л. Температура раствора 80˚С.

2. Технология зеркального химического полирования

технически чистого алюминия

Состав раствора для зеркальной полировки технически чистого алюминия содержится в описании изобретения к авторскому свидетельству № 000 «Способ химического полирования алюминия» (авторы изобретения и ). В соответствии с изобретением, способ может быть использован при производстве рефлекторов, деталей для декоративной отделки автомобилей, медицинского оборудования и т. д.

2.1. Сведения общего характера

о зеркальном химическом полировании технически чистого алюминия

2.1.1. Показатели качества отполированной поверхности

Способ химического полирования дает возможность получать высокие коэффициенты зеркального и суммарного отражения отполированной поверхности алюминия с чистотой 99,5%. По ГОСТ 11069 алюминий чистотой 99,5% относится к алюминию технической чистоты. Это достаточно широко применяемый металл.

Рассматриваемый раствор позволяет получать обработанную поверхность из технически чистого алюминия с высокими показателями – с коэффициентом зеркального отражения до 69% и с коэффициентом суммарного отражения до 96%.

2.1.2. Состав раствора для зеркального химического полирования

технически чистого алюминия

Раствор для зеркальной полировки технически чистого алюминия содержит следующие компоненты (таблица 2.1.2):

Продолжительность обработки 1 … 2 минуты при температуре раствора 80 … 90˚С.

2.1.3. Последовательность операций при зеркальном химическом полировании

технически чистого алюминия

От правильности выполнения операций полировки зависит качество обработки.

1.  Прежде всего алюминиевые детали должны быть механически очищены от загрязнений и окислов. Качественную химическую полировку невозможно осуществить на нешлифованной или на первично (грубо) не отполированной поверхности. Кроме механической обработки, детали должны быть обезжирены в органическом растворителе, например, бензине, уайт-спирите.