6061铝合金碱性抛光液及工艺的研究

郭美甜　张晓珊　孙甜　张云　曹经倩　邵志松

摘 要：铝和铝合金材料的化学抛光工艺多以酸性（硫酸、磷酸、硝酸）抛光为主，抛光效果好，但腐蚀速率大，使用温度高，产生的黄烟（即氮氧化物）环境污染严重，危害极大。通过对碱性抛光液中各成分的研究，发现以质量浓度为250 g/L的硝酸钠、275 g/L的氢氧化钠为基础试剂，以质量浓度为2.5 g/L的五水合硫酸铜和体积分数为15 mL/L的三乙醇胺为增亮剂的碱性配方在抛光温度为85 ℃、抛光时间为30 s的条件下，抛光效果最好，可以在6061表面获得镜面光亮，实现了低温碱性抛光。

关键词：铝合金；碱性抛光液；化学抛光；抛光效果

中图分类号：TG175.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.075

铝件表面的光洁度和平滑度直接关系到产品的外观和价值。化学抛光是提高铝件表面光亮度的主要方法之一，现在常用的化学抛光方法是“三酸”抛光工艺。众所周知，硝酸会产生大量的黄色气体，影响空气质量，而磷酸的大量使用会对水造成污染，硫酸更是酸雨的罪魁祸首，因此，对环境污染小的碱性化学抛光工艺再次成为热点。但由于铝质材料在碱性溶液中所需抛光温度较高，腐蚀速度快，抛光时间把握不当会造成麻点等，所以抛光工艺仍需完善。为了找到抛光质量好、抛光温度低的抛光液及其工艺条件，本文进行了以下研究。

1 实验

实验采用规格为50 mm×25 mm×0.7 mm的6061铝合金片，对材料进行分组试验，按计算量称取氢氧化钠和硝酸钠，将氢氧化钠放入250 mL的烧杯中搅拌溶解后加入硝酸钠搅拌溶解，然后加入自来水稀释至 200 mL，放到恒温水浴锅加热到85 ℃，在抛光液中抛光30 s后立即放入清水中清洗，最后评级。

确定氢氧化钠和硝酸钠的质量浓度之后，进行添加剂研究，分别按计算量称取五水合硫酸铜和三乙醇胺加入到配好的氢氧化钠和硝酸钠溶液中搅拌溶解，然后进行加热抛光，完成后按照表1对亮度进行评分。

2 实验结果与讨论

2.1 硝酸钠的质量浓度对抛光效果的影响

将氢氧化钠的质量浓度初定在300 g/L，温度定为85 ℃，改变硝酸钠的质量浓度，使其保持在225～300 g/L的范围内，抛光时间为20 s，研究硝酸钠的质量浓度对抛光效果的影响，结果如表2所示。

硝酸钠在溶液中可生成亚硝酸根离子，与微观上表面凸起的铝反应可使铝片表面平整，从而达到光亮的效果。硝酸钠的质量浓度较低时，反应速率慢，效果不佳；而当硝酸钠的质量浓度偏大时，造成铝片表面麻点较多，平整度降低，影响美观。实验结果表明，硝酸钠的质量浓度为250 g/L比较适宜。

2.2 氢氧化钠的质量浓度对抛光效果的影响

氢氧化钠作为主要腐蚀剂，硝酸钠的质量浓度为250 g/L，温度为100 ℃，抛光时间为20 s，研究氢氧化钠的质量浓度对抛光效果的影响，结果如表3所示。

铝片可以与溶液中的氢氧根发生反应，当氢氧化钠的质量浓度偏低时，反应速率慢，效果不佳；当氢氧化钠的质量浓度偏高时，反应剧烈，不易控制，造成工件公差尺寸变化明显，且易出现过腐蚀。实验结果表明，氢氧根离子可以整平工件表面，增加铝片光亮度，且随着质量浓度的升高，光亮度先増后减，氢氧化钠的质量浓度为275 g/L时综合增亮效果最好。

2.3 五水合硫酸铜的质量浓度对抛光效果的影响

铜离子作为光亮剂，硝酸钠的质量浓度为250 g/L，氢氧化钠的质量浓度为275 g/L，抛光时间为20 s，研究铜离子的质量浓度对抛光效果的影响，结果如表4所示。

铜离子在溶液中可随凸面扩展，由于金属表面凹凸不平，局部凸面被铜离子覆盖，与铝合金表面凸点形成众多微小腐蚀原电池，使铝片表面平整，光亮度提高。当铜离子的质量浓度低时，对铝合金表面凸点覆盖少，整平效果差；而过高的铜离子浓度会导致与溶液中的氢氧根反应，降低金属的腐蚀效果。

在85 ℃的条件下，通过改变碱性抛光液的组分质量浓度和添加光亮剂虽然能使6061试片光亮度有所增加，但是光亮度达不到要求。

2.4 三乙醇胺的体积分数对抛光效果的影响

在硝酸钠的质量浓度为250 g/L、氢氧化钠的质量浓度为275 g/L、抛光时五水硫酸铜的质量浓度为2.5 g/L的槽液中加入不同体积分数的三乙醇胺，结果如表5所示。

表5显示，随着三乙醇胺的加入，抛光效果先增加后减小，可见三乙醇胺的体积分数在10～20 mL/L时，可以显著增加6061铝合金的抛光效果，可以达到镜面抛光效果，实现了低温碱性抛光。

2.5 6061碱性抛光前后表面形貌研究

图1和图2 分别为抛光前后和抛光后的表面微观形貌。对比发现，6061铝合金开始存在的表面凹凸不平的现象在抛光后已经消失，表面十分光滑，说明抛光过程对铝合金表面起到了较好的整平作用。

3 结论

以质量浓度为250 g/L的硝酸钠、275 g/L的氢氧化钠为基础试剂，以质量浓度为2.5 g/L的五水合硫酸铜和体积分数为15 mL/L的三乙醇胺为增亮剂的碱性配方在抛光温度为85 ℃、抛光时间为30 s的条件下，抛光效果最好，可以达到镜面光亮效果。此工艺的优点是抛光温度低、对铝基材的腐蚀小、环境污染小，有较好的实际应用价值。

参考文献

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〔编辑：王霞〕