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铝型材经过挤压、时效热处理、运转等过程才送入氧化车间,其表面上有自然氧化膜、油膜、灰尘、磕碰划伤以及变质合金层等。在氧化之前必须彻底洗净表面,使之均匀一致。这对于获得优质的氧化着色材是十分重要的。统计数字表明:铝型材氧化着色表观质量问题60%以上是由于前处理不良造成的,其中碱蚀质量不合格又占绝大部分,可见前处理的重要性。

我国目前铝型材前处理只采用脱脂、碱蚀和除污出光工序,只有仿不锈钢着色、着金黄色时才启用机械或化学抛光方法进一步精饰。

1 脱脂

脱脂又叫除油,其目的是除去自然氧化膜、工艺润滑油、防锈油、手汗及与油脂粘在一起的污物,以保障碱蚀时表面能均匀地腐蚀,并保护碱蚀槽的清洁。油脂如未除净则碱蚀就不均匀,氧化着色后存在暗花纹、表面不均匀等疵病,也是导致碱蚀时发生过腐蚀的原因之一。我国大都采用无润滑挤压技术,表面油脂和尘埃等污物减少,一般采用化学脱脂法。化学脱脂可采用碱性、中性或酸性脱脂液。

1.1 碱性化学脱脂

碱性化学脱脂成本低,不污染碱蚀液,效果又好,故应用广泛。碱性化学脱脂的实质是皂化和乳化双重作用的结果。碱性脱脂液中除含有苛性钠之外,还包括助洗剂磷酸盐、缓冲剂碳酸盐以及像水玻璃、OP等乳化剂。一般碱性化学脱脂多采用阴离子和非离子表面活性剂;酸性脱脂剂则选用阳离子型表面活性剂。

常由碱性脱脂液组成为:NaOH 10——20 g/L,Na3PO4 30——50 g/L,Na2CO3 10——20 g/L,Na2SiO3 10——20 g/L,表面活性剂 1 g/L,60——70℃,1——3 min。

市场上销售的常温快速除油剂多为中性或弱碱性的,前者多为性能不同的多种低泡高效表面活性剂复配而成,而后者是助洗剂和表面活性剂复配而成。无论哪一种如在20℃以下使用,脱脂时间必须大于10 min,在35——45℃下使用效果zui好。

1.2 酸性脱脂

酸性脱脂只适合于LD31铝合金,现在酸性脱脂法比碱性法应用多些,其原因是此法可充分利用铝氧化废酸和除污出光废酸,做到了物尽其用,降低了成本。常用的酸性脱脂液有:

1)硫酸法 H2SO4 10%——15% 50——60℃ 2——4 min

2)硝酸法 HNO3 15%——20% 室温 2——4 min

3)混合酸 HNO3 10% H2SO4 10% 室温 1——3 min

有的在酸性脱脂剂中加入少量阳离子型或两性型表面活性剂以提高效率。

一些企业脱脂马虎,例如硫酸脱脂常温下只浸渍十几秒就提出来了,根本没有达到脱脂的目的,而且水洗也不净就放入碱蚀槽中,带来一系列后患:1)脱脂不净,碱蚀则不均匀,表面出现不同光泽,其后氧化着色亦不均匀。2)将硫酸等强酸带入碱蚀槽中和了烧碱,同时硫酸根与碱槽中的铝离子,钠离子反应生成铝明矾〔NaAl(SO4)2〕,在碱蚀槽中形成粒状沉淀,还会粘结在型材上造成后续工艺槽的交叉污染。

2 碱蚀

碱蚀质量很大程度上决定了型材的表面质量,后面的氧化、着色、封孔工序都不会有明显改善。如果碱蚀不良会出现长条形坑纹、斑点,色材上有暗花纹、光泽不均匀,光亮度低呈暗灰色,尤其铝中杂质超标时则更严重。

2.1 碱蚀的目的

1)除去残存的自然氧化膜及脱脂工序腐蚀铝基体的残留物;

2)除去渗入铝基表面层的油脂等污物;

3)除去型材表面的变质合金层;

4)消除挤压、模具痕、划伤及其它表面缺陷,调整和整平基体表面使其均匀一致;

5)通过适度腐蚀以获得哑光、细砂面、麻面等特殊效果,以提高产品的装饰性。

2.2 为何要加长寿命碱蚀剂

碱蚀时铝和碱蚀液发生如下化学反应:

Al2O3 2NaOH→2NaAlO2 H2O  (1)

2Al 2NaOH 2H2O→2NaAlO2 3H2↑  (2)

2NaAlO2 4H2O→2Al(OH)3↓ 2NaOH  (3)

反应(1)除去了自然氧化膜;反应(2)是苛性钠对铝基体的腐蚀溶解;反应(3)是偏铝酸钠水解生成Al(OH)3沉淀,当碱蚀槽的溶存铝达到35 g/L且未加长寿命碱蚀剂时就会发生此反应。生成的Al(OH)3固体粒子又是激发偏铝酸钠水解的活性中心,此反应不可逆,而且Al(OH)3在一定温度下逐渐脱水变成Al2O3,它在槽底、槽壁、加热管上沉积结成坚硬的石块,称为硬铝石。往往每月都要停产清除,既影响生产,又清除困难也不安全。加入长寿命碱蚀剂可使偏铝酸钠保持高度稳定,不会产生硬铝石,当溶存铝达到110——120 g/L时,型材溶下来的铝与带出的铝离子达到动态平衡,溶液可长期使用。

我国研制的长寿命碱蚀剂性能上已达到和超过进口产品水平,并有如下特点:1)允许溶存铝达到100——120 g/L而不水解结块,当温度降低时偶有水解也不结块,易于清理;2)由于允许溶存铝高,碱蚀模具有缓和整平。