鑄鋁的電解拋光工藝研究

鄧穩++周玉++肖璐瓊++徐嘉輝++邵志松

文章編號：2095-6835（2016）17-0112-02

摘 要：根據分析鑄鋁的硅元素難以被化學和電化學溶解，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。通過合理的配方和工藝控制，使氫氟酸對硅的溶解大于對鋁的溶解，從而解決含量較高的硅鋁合金拋光難的問題，并研究了各添加劑對拋光過程的影響。這是一種有很好的發展前景的環保型拋光技術。

關鍵詞：鋁合金；鑄鋁；氫氟酸；電解拋光

中圖分類號：TG166.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.112

由于鋁合金的質量輕，大氣中耐腐蝕性好，已經被廣泛應用。對于復雜的鋁零件，由于整體機械加工成本過高，目前主要采用鑄造的方法。鋁硅合金壓鑄件易于成形、工藝簡便、生產效率高，可用于各種薄壁零件和較為復雜的精密零件大批量生產，它在五金、家電等領域中的應用也日趨廣泛。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，當鋁硅合金拋光時，由于鋁溶解或生成氧化物，表面的硅既不溶解，也不發生化學反應，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所在。本文針對氫氟酸和單乙醇胺拋光體系的特點研究了硅含量高的鋁合金的相關實驗參數和添加劑，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，擺脫了傳統的“三酸”體系和無鉻拋光方法。

1 試驗

用體積分數為80%的單乙醇胺和體積分數為60%的氫氟酸配置槽液，配液溫度會急劇上升，要控制好溫度，以免使氫氟酸揮發過多。將槽液容器置于冷水槽中，陽極試片的主要被拋面應與陰極面垂直，再通電4～10 min，最后做拋后處理。根據試驗分析，綜合單因素試驗的結果，得到的電解工藝參數如表1所示。

表1 電解工藝參數

工藝參數 單乙醇胺 氫氟酸 硝酸 甘油 pH值 溫度 時間

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 拋光質量評價方法

用目測法評定試樣的表面光澤，其標準為：

10級：表面光亮，能看見人的五官。

9級：表面光亮，能看見人的五官，但不夠清晰。

8級：表面光亮比較好，模糊。

7級：表面有光澤，略發白。

6級：表面光澤，略有點不明顯的斑點。

3～5級：根據試樣表面斑點或發黑的程度區分。

2 結果與討論

2.1 溫度和時間對拋光效果的影響

拋光時間取決于鋁的純度、表面狀態、拋光溫度、陽極電流密度和表面要求的光亮度等因素。拋光時間長，光亮度更高。但是，由于槽液有一定的黏度，在拋光過程中，槽液因為通電而發熱升溫，時間過長則溫度升高快，不利于拋光，因此，可采用短時多次拋光的方法，以達到亮度要求。經過分析可知，溫度為35～45 ℃，時間為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。

通過實驗發現，電流密度控制在4～6 A/dm2可得到較好的拋光試樣。當電流密度過低時，合金中的鋁和槽液的反應速度大于硅的反應速度，試樣表面的硅突顯出來，沒能達到去除硅的效果。于是，其表面呈黑色，無光亮效果。當電流密度過高時，槽液溫度迅速上升，溫度上升導致槽液的電阻上升，槽液發熱越來越嚴重，拋光時試樣表面因過燒而發黑。另外，當電流密度過低時，表面極化作用小，光亮度下降；當電流密度過高時，則易發生過腐蝕現象，形成腐蝕點，影響光亮度。因此，最佳的電流密度為4～6 A/dm2，超過這個范圍是鑄鋁的拋光效果不佳。

2.3 槽液pH對拋光效果的影響

由于鋁是兩性金屬，在槽液的pH值過低或過高的環境中，在化學和電化學的共同作用下，都會使鋁的溶解大于硅，試樣也容易發白和發黑，如圖1（a）和圖1（c）所示。當槽液的pH值為6～7時，硅的溶解大于鋁的溶解，鋁的光亮度體現出來，如圖1（b）所示，上光亮區密集，宏觀上試樣光亮。

2.4 甘油對拋光效果的影響

針對配方二中甘油的量進行試驗，結果如表3所示。甘油吸附在陽極表面，有利于促進擴散層的形成，而且還能防止試樣的過腐蝕，并且拋光后的表面光亮細致。當甘油的含量比較低時，試樣略有光亮，但表面粗糙度差，含量比較高時，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 攪拌對拋光效果的影響

攪拌能防止工件表面過熱，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擴散到溶液中去，同時，又使新的電解液連續不斷地提供到陽極表面。另外，這樣做還能除掉附著在試樣表面的氣泡，避免工件產生麻點，也不會出現“條紋組織”的問題。

3 結論

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。采用短時多次拋光的方法達到拋光的要求，能更好地控制槽液的溫度。該拋光工藝節約能源，比其他電解拋光對環境的污染小，使用價值更高。

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〔編輯：白潔〕