铝及铝合金阳极氧化工艺浅谈（2）

2、前处理
    2.1 脱脂和除油
    铝及铝合金早期是延用钢铁的除油工艺，即：槽液为Na₂Co₃、Na₂SiO₃、Na₃PO₄溶液，操作温度为40～70℃，时间为5～15min。这种工艺性能稳定，寿命长，但槽液成本高，不易洗净，现在基本不用。
20世纪60年代，人们采用NaOH或Na2CO3加Na3PO4、络合剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂，在室温下脱脂，时间为3～5min。这种工艺除油效率高，成本低，节能，但槽液易产生絮状沉淀，络合剂、表面活性剂易带入后续槽形成污染。现在少数厂仍在使用。
    从80年代开始，酸性脱脂槽液逐步普及，槽液为H2SO4或H2PO4，加HF、Fe3+、H202、NO2-和非离子表面活性剂，室温下操作，时间为3～5min。这种工艺效率高，不污染后续槽，是较好的脱脂工艺，现在应用越来越广泛。典型工艺：
H2SO4         10g/L
H3PO4         10g/L
HNO3          10g/L
HF            10g/L
表面活性剂    2g/L
过硫酸钠      5g/L
温度          45～70℃ 
时间          10～120s
    2.2 碱腐蚀
    铝及其合金阳极氧化之前需要除去致密但不均匀的自然氧化膜，对高硅铝合金，采用HN03、HF混合溶液，在室温下操作，时间3～5min，工作时会产生有毒气体。一般不用于其他铝合金，其他铝合金采用以NaOH溶液为主的碱性槽液，NaOH的浓度为30～70g/L，操作温度为40～80℃，时间为3～10min。碱腐蚀工艺维护简单，成本低，腐蚀效果好，易于除去铝合金表面的加工条纹，是阳极氧化重要的配套工艺。目前单独使用NaOH溶液作碱腐蚀已很少见，往往加入葡萄糖酸钠、柠檬酸钠等络合剂，防止槽液中Al(OH)3沉淀，即所谓“长寿碱”。加入硫化物，防止重金属在铝合金表面发生置换反应，消除“流痕”。也有的加入氟化物和硝酸盐，用于产生无光砂面效果。
2.3 电解抛光
机械抛光后阳极氧化，往往很难保持抛光后的光泽，这主要是机械抛光的局部表面压力不均，阳极氧化产生无光表面，所以机械抛光不能直接用于光亮阳极氧化。
    1934年在英国和美国，几乎同时发明了电解抛光工艺“Brytal”和“Alzak”，在碱性(Brytal工艺)或氟硼酸(Alzak工艺)溶液中阳极电解10～20min，得到较高反射率的表面，并在阳极氧化后继续保持下来。电解抛光是利用电流的作用，使铝合金发生电化学反应，在铝合金表面凸凹不平的部分发生不同程度的溶解，使铝件表面产生光滑的镜面效果。电解抛光的铝件，经过后续的阳极氧化处理仍能保持大部分光泽。电解抛光的铝件有较好的耐蚀性，即使未经阳极氧化处理也能在大气中很长时间不锈蚀，保持原有的光泽。二次世界大战，铝的反光镜需求大，这一期间铝的电解抛光发展很快。
    高纯铝片(99.99％)经过电解抛光，可以得到反射率接近100％的镜面效果。铝片的纯度越高得到的反射率越高。常用的工艺有：磷酸-铬酸型，磷酸-硫酸，铬酸型，高氯酸-醋酸型，磷酸-硫酸-甘油型，氟硼酸型，碳酸钠-磷酸钠型，氢氧化钾-铬酸型。操作温度为室温至90℃，电流密度10～20A/dm2，有的工艺高达150A/dm2。
    电解抛光的主要污染物是六价铬，近年来，随着环保意识的加强，不含铬酸的电解抛光处理液逐步盛行。不含铬酸的电解抛光处理液的主要问题是，对有些合金抛光不够亮。另外，铝合金在这种处理液中抛光后，不通电的条件下亮度会迅速下降，需要立即从处理液中取出、水洗，这给该工艺的广泛应用带来一定的影响。后来，有人在这种处理液中添加某种添加剂，使这两个问题有所缓解。
    电解抛光工艺成熟，污染小，但工作电流大，成本高，目前用于高亮度、高装饰性铝件的加工。
    2.4 化学抛光
    化学抛光是40年代后期发明的，当时Henley在做磷酸-硫酸型的电解抛光，没有通电时，发现铝件的腐蚀有光亮效果，接着他仔细研究了这个现象，得到最早的化学抛光工艺：磷酸75％(体积)，硫酸25％(体积)，操作温度为90～100℃。后来人们发现在上述工艺中加10％的硝酸，可以得到特别光亮的效果，这时化学抛光才在工业中应用起来，相应的专利陆续公布。光亮阳极氧化稳定地进入市场，替代了部分钢或铜上镀镍-铬工艺。
    化学抛光不需要通电，也不需要专用夹具，操作简单，但需要良好的加热和通风设备，使用高纯铝能得到反射率为100％的效果，普通铝合金也能达到装饰性的光泽度。由于化学抛光比电解抛光成本低，所以大多数光亮阳极氧化是用化学抛光配套的。最常用的化学抛光工艺是：磷酸75％(体积分数)，硝酸150％(体积分数)，硫酸10％(体积分数)，操作温度为90～110℃，时间为0.5～3min。有的工艺只有磷酸和硝酸，有些加了醋酸、铬酸或氢氟酸。添加少量的钻盐、镍盐、铜盐可以增加抛光的亮度。化学抛光******的缺点是会产生NOX有毒气体，黄色的NOX气体是强烈的致癌物质，是化学抛光车间难以挥去的“黄龙”。人们采用了许多办法来解决这一技术难题，日本的Tajima，采用“笼形”化合物吸收有毒气体，得到无黄烟化学抛光新工艺；德国对于纯度达99.99％的铝件，采用16％(体积分数)的氟化氢铵，13％(体积分数)硝酸，25g/L的糊精，操作温度较低，析出气体很少。Kaiser铝和化学品公司发明了类似的工艺(体积分数)：2.5％硝酸，0.60％，氟化氢铵，0.6％铬酸，0.6％甘油，0.05％硝酸铜。也有在磷酸－硫酸配方中加有机硫化物替代硝酸，得到无黄烟抛光工艺。
    除了酸性化学抛光以外，还有碱性化学抛光工艺，但碱性化学抛光的效果远不及酸性化学抛光，所以较少应用。典型的碱性抛光配方含：NaOH、NaNO2、NaNO3、Na3PO4、Cu(NO3)2等，碱性化学抛光无有毒气体析出。