Химическое полирование алюминия

Тел: +7 (495) 108-50-98 (многоканальный), +7 (495) 203-65-40
E-mail: k.avangard@list.ru

Юридический адрес: 129343, г. Москва, Проезд Серебрякова, д. 14Б, строение 2, этаж 3, комната 5.
Почтовый адрес: 129343, г. Москва, а/я 73

ИНН: 7716873337
КПП: 771601001
ОГРН: 5177746089868

Способ химического полирования алюминия

Изобретение касается способа химического полирования алюминия обработкой полировальным составом, промывкой и обработкой в азотной кислоте. Образцы предварительно подвергают травлению в 50%-ной серной кислоте, промывают водой, осветляют 30%-ной азотной кислотой и после промывания водой полируют в течение 1 – 2 мин при температуре 80 – 90 o C в растворе следующего состава, мас. %: экстракционная фосфорная кислота 28 – 28,50, ортофосфорная кислота 28,5 – 30,0, азотная кислота 3 – 7, серная кислота 11 – 16 медь (в пересчете на Cu 2+ ) 0,07 – 0,14, вода – остальное. Медь в состав электролита вводят в виде сульфата или нитрата. После полирования образцы промывают горячей водой и обрабатывают 20 – 30%-ным раствором азотной кислоты для удаления пассивной пленки и следов выделенной металлической меди. В случае необходимости отполированные изделия подвергаются анодированию.

Изобретение касается способа химического полирования алюминия, позволяющее получить высококачественную зеркальную отделку отполированной поверхности и может быть использовано при производстве рефлекторов, деталей для декоративной отделки автомобилей, медицинского оборудования, всевозможных изделий легкой промышленности и т.д.

Широко известны способы химического полирования алюминия в полировальных растворах, содержащих фосфорную, азотную, серную или ледяную уксусную кислоты. Отделка алюминия в этих растворах не позволяет получить высококачественную зеркальную отделку алюминия чистоты 99,5% и менее /1/.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ химического полирования в электролите Алунол V , имеющим следующий состав, мас.%: 2 орфтофосфорная кислота (уд.в. 1,7) – 77,5 серная кислота (уд.в. 1,84) – 15,5 азотная кислота (уд.в. 1,52) – 6,0 борная килсота (крист.) – 0,5 медь азотнокислая Cu (NO₃)₂ (крист.) – 0,5 В качестве смачивающего агента в ванну рекомендуется вводить 0,05% карбоксиметилцеллюлозы.

Образцы полируют при температуре 100 – 105 o C в течение 1 – 2 мин, а по мере использования электролита в течение 10 – 15 мин с последующей промывкой горячей водой и дальнейшей обработкой в 30 – 40%-ном растворе азотной кислоты для удаления пассивной пленки и мельчайших красноватых выделений металлической меди. В случае необходимости отполированные изделия подвергают анодированию.

Однако полирование алюминия чистотой 99,5% и менее не позволяет получить высококачественную зеркальную отделку.

Целью изобретения является создание такого способа химического полирования, при котором получаются высокие коэффициенты зеркального и суммарного отражения отполированной поверхности алюминия с чистотой 99,5%.

Цель достигнута следующим образом: Образцы предварительно подвергаются травлению в 50%-ной серной кислоте, промывают водой, осветляют в 30%-ной азотной кислоте и после промывания водой полируют в течение 1 – 2 мин при температуре 80 – 90 o C в электролите следующего состава, мас.%: Экстракционная ортофосфорная кислота – 28 – 28,5 Ортофосфорная кислота – 28,5 – 30
Азотная кислота – 3 – 7
Серная кислота – 11 – 16
Медь (в пересчете на Cu 2+ ) – 0,07 – 0,14
Вода – Остальное
Медь в состав электролита вводят в виде сульфата или нитрата. После полирования образцы промывают горячей водой и обрабатывают 20 – 30%-ным раствором азотной кислоты для удаления пассивной пленки и следов выделившейся металлической меди. В случае необходимости отполированные изделия подвергаются анодированию.

Пример 1. Образцы алюминия чистотой 99,5% подвергали травлению в 50%-ной серной кислоте, промывали водой, затем осветляли в 30%-ной азотной кислоте и после промывки водой полировали в электролите следующего состава, мас.%:
Экстракционная фосфорная кислота – 28
Ортофосфорная кислота – 28
Серная кислота – 11
Азотная кислота – 3
Медь (Cu 2+ ) – 0,07
Вода – Остальное
при температуре 80 o C в течение 1 минуты. После полирования образцы промывали горячей водой и обрабатывали 20 – 30%-ным раствором азотной кислоты. Коэффициент зеркального отражения отполированной поверхности 69. Коэффициент суммарного отражения – 96.

Пример 2. Образцы алюминия чистоты 99,5% предварительно подвергали травлению в 50%-ной серной кислоте. Затем после промывания водой, осветляли в 30%-ной азотной кислоте и после дальнейшей промывки водой полировали в электролите следующего состава, мас.%:
Экстракционная кислота – 28,5
Ортофосфорная фосфорная кислота – 30
Серная кислота – 16
Азотная кислота – 7
Медь (Cu 2+ ) – 0,14
Вода – Остальное
в течение 2 мин при температуре 90 o C с последующей промывкой горячей водой и обработкой в 20 – 30%-ным растворе азотной кислоты. Коэффициент зеркального отражения – 66. Коэффициент суммарного отражения – 92.

Пример 3. Образцы алюминия чистоты 99,5% после предварительного травления в 50%-ной серной кислоте промывали водой, осветляли в 30%-ном растворе серной кислоты и дальнейшей промывки водой полировали в ванне следующего состава, мас.%:
Экстракционная фосфорная кислота – 28,25
Ортофосфорная кислота – 29,25
Серная кислота – 13,5
Азотная кислота – 5
Медь (Cu 2+ ) – 0,105
Вода – Остальное
в течение 1,5 мин при температуре 85 o C с последующей промывкой горячей водой и обработкой 20 – 30%-ным раствором азотной кислоты. Коэффициент зеркального отражения обработанной поверхности – 68. Коэффициент суммарного отражения – 91.

Пример 4 (по прототипу). Образцы алюминия чистоты 99,5% полировали в ванне следующего состава, мас.%:
Ортофосфорная кислота (уд.в. 1,7) – 77,5
Серная кислота (уд.в. 1,84) – 15,5
Азотная кислота (уд.в. 1,52) – 6,0
Борная кислота (крист.) – 0,5
Медь азотнокислая (крист.) – 0,5
при температуре 105 o C в течение 1,5 мин с дальнейшей промывкой в горячей воде и обработкой в 38%-ном растворе азотной кислоты для удаления пассивной пленки и мельчайших красноватых выделений металлической меди. Коэффициент зеркального отражения отполированной поверхности – 59,8. Коэффициент суммарного отражения – 81,1.

Из примеров вытекает, что способ химического полирования алюминия по изобретению по сравнению со способом по прототипу имеет значительные преимущества: увеличение коэффициентов зеркального и суммарного отражения отполированной поверхности алюминия с чистотой 99,5%.

Литература
1. В. Тегарт Электролитическое и химическое полирование металлов М.: Иностранная литература, 1957, с. 150-152.

2. Л.В. Щиголев Электролитическое и химическое полирование металлов. М.: Академия наук СССР, 1959, с. 95-97.

Способ химического полирования алюминия, включающий обработку полировальным раствором, содержащим фосфорную, серную и азотную кислоты и медь (II), дальнейшую промывку горячей водой и обработку в азотной кислоте, отличающийся тем, что перед полированием поверхность предварительно травят в 50%-ном растворе серной кислоты, промывают водой, осветляют в 30%-ном растворе азотной кислоты и промывают, причем полировальный раствор имеет следующий состав, мас.

Экстракционная фосфорная кислота 28 28,5
Ортофосфорная кислота 28,5 30,0
Серная кислота 11 16
Азотная кислота 3 7
Медь (в пересчете на Cu 2 + ) 0,07 0,14
Вода Остальноед

Химическое и электрохимическое полирование металлов.

Электрохимическое и химическое полирование применяется как для декоративной обработки поверхности после нанесения покрытий, так и в процессе обработки деталей.

Электрохимическое полирование.

При электрохимическом полировании микрорельеф поверхности получается значительно более гладким, чем при механической обработке.

Покрытия, получаемые при электрохимическом полировании беспористые и мелкокристаллические, что способствует снижению коэффициента трения и позволяет придать деталям специальные оптические свойства. В процессе электрохимического полирования поверхность металла становится блестящей в результате различной скорости растворения микровыступов и углублений.

Эффект электрохимического полирования объясняется образованием на металле поверхностной тонкой оксидной пленки, предотвращающей травление. Толщина пленки неодинакова на микровыступах и микровпадинах, вследствие чего раствор при электрохимическом полировании сильнее действует на те участки, где пленка тоньше, т.е. на микровыступы.

Качество электрохимического полирования зависит от плотности тока, температуры электролита, состава раствора и времени электролиза.

Наибольшее распространение при электрохимическом полировании нашли электролиты на основе фосфорной кислоты, серной и хромовой. Для повышения вязкости растворов вводят глицерин, и метилцеллюлозу. В качестве ингибиторов травления в электролиты электрохимического полирования добавляют сульфоуреид, триэтаноламин и др.

Химическое полирование.

Химический способ полирования имеет много общего с электрохимическим. Возникновение блеска на поверхности деталей здесь, как и при электрохимическом полировании, также связан с наличием тонкой пленки, предотвращающей травление в углублениях металла.

Преимущественное растворение выступов при химическом полировании достигается как за счет их повышенной химической активности, так и вследствие большей скорости диффузии ионов металла и свежего электролита.

Электрохимическое полирование стальных деталей.

Сравнительная характеристика процессов электрохимического и химического полирования.

Основными преимуществами процесса электрохимического полирования являются высокая производительность, хорошее сцепление гальванических покрытий с электрополированной поверхностью, возможность исключить операцию обезжиривания, необходимую при механической полировке.

К недостаткам процесса электрохимического полирования относятся необходимость в частой смене электролитов из-за отсутствия универсального для различных металлов; необходимость механической полировки поверхности перед электрохимическим полированием; повышенный расход электроэнергии.

Преимущество химического полирования перед электрохимическим в том, что не требуется применение источников постоянного питания. Химическому полированию подвергаются в основном латунные или алюминиевые детали любой сложной конфигурации и размеров, которые не требуют зеркального блеска.

Недостатки химического полирования по сравнению с электрохимическим — меньший блеск, большая агрессивность растворов и их недолговечность.

Составы электролитов для химического и электрохимического полирования металлов.

Большинство электролитов для электрохимического полирования стали, основаны на смесях растворов ортофосфорной и серной кислот с добавкой хромового ангидрида.

Электролит электрохимического полирования с содержанием 500–1100г/л фосфорной кислоты, 250–550г/л серной и 30 г/л хромового ангидрида является универсальным для электрохимического полирования всех видов стали, включая 12Х18Н9Т.
Режим электрохимического полирования: температура 60–80 0 С, плотность тока 15–80 А/дм 2 , время 1–10 минут.

Для электрохимического полирования стали 12Х18Н9Т возможно применять электролиты, содержащие ПАВ. Съем металла при электрохимическом полировании происходит интенсивнее в электролите: фосфорная кислота 730 г/л, серная – 580–725, триэтаноламин 4–6 г/л, катапин 0,5–1,0 при 60–80 0 С, плотность тока 20–50 А/дм 2 , время 3–5 минут.

Химическое полирование стали, в отличие от электрохимического, применяют реже, хотя проще в применении и имеет ряд преимуществ. Раствор для химического полирования стали 12Х18Н9Т содержит (г/л): серную кислоту 620–630, азотную 60–70, соляную 70–80, хлорид натрия 1-12, краситель кислотный черный 3М 3–5. Температура 70–75 0 С, время 5–10 минут.

Для электрохимического полирования меди и ее сплавов применяют растворы фосфорной кислоты с хромовым ангидридом: фосфорная кислота 850–900 г/л, хромовый ангидрид 100–150 г/л, температура 30–40 0 С, плотность тока 20–50 А/дм 2 .

Химическое полирование меди проводят в растворе (г/л) фосфорной кислоты 930–950, азотной 280–290 и уксусной 230–260 при комнатной температуре (в отличие от электрохимического) в течение 1–5 минут.

Электрохимическое полирование алюминия и его сплавов происходит в том случае, если скорость растворения оксидной пленки на поверхности превышает скорость ее образования. Электролит электрохимического полирования содержит смесь фосфорной кислоты (730–900г/л), серной (580–725г/л) и ПАВ (триэтаноламин 4–6 г/л, катапин БПВ 0,5 – 1,0 г/л). Режим электрохимического полирования: температура 60–80 0 С, плотность тока 10–50 А/дм 2 , время 3–5 минут.

Для электрохимического полирования сплавов алюминия с высоким содержанием кремния рекомендуется состав (масс. доли): плавиковая кислота 0,13; глицерин 0,54; вода 0,33. температура 20–25 0 С, плотность тока 20 А/дм 2 , время 10–15 минут.

Химическое полирование алюминиевых деформируемых сплавов проводят в растворе фосфорной кислоты 1500–1600 г/л с добавкой нитрата аммония 85–100 г/л при 95–100 0 С до 5 минут.

Электрохимическое полирование никеля проводят в электролите: 1000-1100 г/л серной кислоты при 20-30 0 С и плотности тока 20-40 А/дм 2 в течение 2-х минут.

Качество электрохимического и химического полирования деталей, как и всех гальванических процессов, зависит от подготовки поверхности (см. «Первые шаги в гальванике часть 2.») и точности выполнения технологических операций (состава электролита электрохимического полирования, режимов процесса).

При выполнении процессов электрохимического и химического полирования необходимо соблюдать технику безопасности (см. «Безопасная гальваника»).

Чем полировать алюминий – получение гладкой, блестящей поверхности

Содержание:

Алюминий – довольно мягкий металл. Рано или поздно любое изделие из алюминия теряет свой товарный вид, появляются окислы, потёртости, изделие тускнеет. Как старой вещи придать вид новой? Чем полировать алюминий? Для придания алюминию достойного вида существуют несколько способов:

• химическое полирование;
• электрополирование;
• декоративное травление.

Химическая полировка.

Быстро, просто, экономично – так можно охарактеризовать этот способ полировки мелких алюминиевых деталей. В полировальную ванну из кислотоустойчивой стали (если объёмы небольшие – тигли из фарфора) наливают раствор кислот (ортофосфорной, серной, азотной) со специальными добавками. Детали опускают в горячий раствор (температура раствора высокая – 90-120°C – зависит от сорта алюминия) на полминуты-минуту 5-6 раз. В промежутках между погружениями детали промывают в сборнике-улавливателе, постоянно перетряхивая их.

Более качественная полировка получается во вращающемся с определённой скоростью барабане. Детали сложного профиля подвергают полировке в растворе с большей степенью предварительного использования. После химического полирования на изделии остаётся плёнка контактной меди. Для её снятия изделия промывают под проточной водой низкой температуры в уловителе и обрабатывают 30%-ной азотной кислотой.

Также при химическом полировании алюминия применяют растворы щелочей (тринатрийфосфат, каустическая сода, натриевая селитра, нитрат натрия). У растворов щелочей температура должна быть выше, чем кислотных и составлять может 120-140°C. Выдержка в растворах составляет от 5 до 20 с. При химическом полировании потери алюминия составляют около 7-8 мкм толщины слоя.

Электрополировка.

Получение гладкой и сверкающей поверхности, очистка высокого качества – этим характеризуется полировка алюминия с помощью электричества. Большинство электролитов для электрохимической полировки алюминия в своей основе имеют ортофосфорную и серную кислоту, остальные составляющие зависят от сплава алюминия. Такие электролиты дают хороший блеск после полировки. Температура для процесса электрополировки алюминия нужна более низкая, чем при химическом полировании – порядка 60-90°C. Время полирования – 3-5 минут, плотность тока – 10-50 А/дм². В процессе электрополировки используют катоды из свинца (для некоторых сплавов – из нержавейки), подвески – дюралевые, электролитные ванны со свинцовой, полиэтиленовой обработкой или обработкой фторопластом.

Также применяют щелочные электролиты. Они проще и дешевле, в основу электролитных составов входят тринатрийфосфаты, гексаметофосфаты, кальцинированная или каустическая сода. Параметры процесса зависят от состава электролита и колеблются в пределах: температура процесса – 40- 80-95°C, плотность тока на аноде 3-20 А/дм², выдержка 3-6 минут. Катоды должны быть никелированными.

Декоративное травление.

Декоративное травление по своей сути является подвидом электрополирования – это анодное травление сплавов алюминия по специальному режиму в фосфорно-хромовом электролите. На алюминии образуется кристаллический рисунок в виде изморози, розеток. Детали, завешанные на анодную штангу, начинают обрабатывать при напряжении 25-30 В (в конце процесса напряжение поднимается самопроизвольно до 35-40 В), начальной анодной плотности тока 8-12 А/дм², температуре – 70-80°C. Рисунок начинает выявляться минут через 15-20. Если напряжение самопроизвольно начинает подниматься – процесс окончен.

По окончанию полировки изделия необходимо промыть, просушить, полакировать или произвести анодное оксидирование и покрасить органической краской.

Существуют и другие виды анодного травления алюминия – «искрит» (алюминий перед процессом травления и после него подвергают термическому воздействию по специальной схеме), «снежок» (создают матово-искристую поверхность), другие виды.

Чем полировать алюминий в домашних условиях.

Химические составы крайне ядовиты и очень опасны для здоровья. В домашних условиях без определённого опыта знаний этого делать не следует. Чем полировать алюминий в домашних условиях? Для полировки алюминия используют жёсткие щётки, наждачную бумагу разной зернистости (если переборщить с размером зерна – придётся выводить царапины), специальные полировочные пасты, войлочные круги, ветошь, лак (для придания блеска и повышения износостойкости), чистящие средства (типа спирта).