无氟无铵铝型材概况预处置惩罚 之低污染低水耗实战

1 媒介

铝是今朝 世界上产量最年夜 、运用 最广的有色金属。因其优良 的物理化学性质，在建筑、交通运输、机械制造、电子、包装材料、电力、日用品等范畴 获得 普遍 运用 [1]。我国是铝产物 制造和消费年夜 国，2021年我国铝材产量达3037.3万吨，同比增进 15.87%。但是 ，铝合金在湿润 、含工业气体、燃料气体、盐分和尘埃年夜 气等情况 中利用 时极易发生侵蚀 毁坏，缩短其利用 寿命，为提高铝合金轮廓耐蚀机能 ，改良 其装潢 性和功能性，铝合金在出厂前必需 进行轮廓处置[2, 3]。铝合金轮廓预处置是其轮廓处置的要害 工序，它直接决议了铝型材阳极氧化膜的外不雅 和内涵 品质[4, 5]。

在阳极氧化进程 中，预处置普遍采取 的工艺分为酸蚀工艺和碱蚀工艺。碱蚀工艺线路 为“除油—水洗—碱蚀—水洗—中和—水洗”，现有的碱蚀工艺已 沿用了100多年，碱蚀工艺具有铝耗高、碱渣多、情况 污染严重等流弊[6]。为了下降 铝耗，近些年 在碱蚀工艺的根蒂根基 上成长 了酸蚀工艺，其工艺线路 为“除油—水洗—酸蚀—水洗—碱蚀—水洗—中和—水洗”[7]。酸蚀工艺是在原碱蚀工艺的除油槽和碱蚀槽之间插入酸蚀槽而成，具有铝耗低、整平效果好、砂面细腻的特点，是今朝 国内铝合金轮廓预处置的主流工艺。可是因为 酸蚀预处置工艺中利用 氟化氢铵作为药剂的主要成份 ，情况 污染问题加倍 凸起 ，酸蚀时逸出有毒的强侵蚀 性氟化氢气体，污染出产情况 、风险 工人健康，另外 酸蚀槽的添加耽误 了工艺流程，下降 了铝合金轮廓预处置效力 ，而且 致使 预处置用水总量增添 。不管 是酸蚀工艺还是碱蚀工艺，因为 所用药剂的兼容性差，每一个 功能步调 间必需 经由 活动 水洗，消费 年夜 量水资本 ，排放年夜 量出产废水污染情况 ，增添 出产本钱 。

本文针对铝合金轮廓预处置进程 存在的污染严重、水耗高档 问题，研究开辟 低污染低水耗铝合金轮廓预处置要害 手艺 。以Na2CO3和NaOH作为碱蚀剂主要成份 ，重点研究无氟无铵碱蚀轮廓预处置新工艺，切磋了碱蚀添加剂成份 及浓度、碱蚀温度和时候 对铝型材轮廓描写 及铝耗的影响。

2 材料与方式

2.1 铝型材试样

试样为6063铝合金。X射线荧光光谱（XRF）剖析 肯定 其构成 为：Al 98.755%，Mg 0.7364%，Si 0.3134%，Fe 0.0763%，Cu 0.0459%，其他元素含量低于0.1%。

2.2主要试剂

NaOH，Na2CO3，Na3PO4，Na2SO4，十二烷基磺酸钠（SDS），甘油，碱蚀添加剂，酸蚀砂面剂。

2.3 铝合金轮廓预处置工艺流程

试样→磨边水洗→碱蚀→两次水洗→中和→两次水洗→凉风 吹干

此中，水洗步调 利用 去离子水浸泡水洗，每次水洗时候 为1min。中和步调 利用 各150 g/L的硫酸-硝酸夹杂 溶液浸泡2min。

2.4传统碱蚀与酸蚀工艺

2.4.1传统碱蚀工艺

传统碱蚀工艺流程:

试样→磨边水洗→除油→一次水洗→碱蚀→两次水洗→中和→两次水洗→凉风 吹干

此中，除油剂为200 g/L的H2SO4溶液，碱蚀溶液主要成份 为：20 g/L碱蚀添加剂，80 g/L NaOH，中和溶液：150 g/L的硫酸-硝酸夹杂 溶液。

2.4.2 传统酸蚀工艺

传统酸蚀工艺流程:

试样→磨边水洗→除油→一次水洗→酸洗→两次水洗→碱蚀→两次水洗→中和→两次水洗→凉风 吹干

此中，除油剂为200 g/L的H2SO4溶液，酸蚀溶液（pH：2.8-3.5）主要成份 为：30 g/L酸蚀砂面剂，70 g/L NH4HF2。

2.5 铝耗计较

此中m为预处置竣事 后的铝型材质量，m0为铝型材的原始质量。

3 效果 与计议

3.1 碱蚀剂主体配方成份 及浓度简直定

为了去除铝型材轮廓的机械纹，并到达 起砂的效果，传统酸蚀工艺酸蚀槽中利用 年夜 量的氟化氢铵，氟化氢铵的利用 造成严重的情况 污染。是以 研究开辟 铝合金轮廓预处置新工艺时，将碱蚀剂作为轮廓预处置的药剂主体。传统碱蚀工艺中碱蚀剂依照 主体成份 的分歧 分为两种：一种是以Na2CO3为主体的配方，一种是以NaOH为主体的配方。与以NaOH为主体的碱蚀剂比拟 ，Na2CO3为主体的碱蚀剂碱蚀反映温文，铝耗较低，经由过程 节制 碱蚀温度与时候 ，可以轻易 的避免过侵蚀 现象的泛起 。是以 实验 当选 择以Na2CO3为主体的碱蚀剂配方，在此根蒂根基 上考查 添加剂的种类与浓度对 铝型材预处置效果的影响。

3.1.1 Na2CO3浓度的影响

图1显示的是Na2CO3浓度改变对铝型材预处置后铝耗的影响。可以看出跟着 Na2CO3浓度的升高，铝耗逐步 升高。可是在20～100 g/L的浓度局限 内，铝耗保持 在较低的程度 ，当Na2CO3浓度为100 g/L时，铝耗仅为0.35%。研究效果 同时表白，利用 只含有Na2CO3的碱蚀溶液对铝型材进行碱蚀处置，铝型材轮廓描写 几近 没有任何改变。碱蚀的素质 是碱性溶液对铝合金轮廓发生 强有力的侵蚀 感化 以除去铝合金轮廓的钝化层、锈迹或其他杂物以获得一个洁净 的轮廓[8]。太低 的铝耗申明 ，纯真 的Na2CO3碱性溶液对 铝型材轮廓的侵蚀 能力不敷 强，是以 没法 到达 显明改良 铝型材轮廓描写 的目标 。

3.1.2 NaOH浓度的影响

为了提高碱蚀溶液的侵蚀 机能 ，以Na2CO3为主体的碱蚀剂配方当选 择到场 必然 浓度的NaOH。NaOH的到场 还可以免 Na2CO3接收 空气中的二氧化碳生成消融 度较低的碳酸氢钠沉淀[8]。尝试中对碱蚀剂主体配方中NaOH的浓度进行了考查 （图2）。尝试效果 显示，跟着 NaOH浓度的升高，铝耗升高趋向 显明。这是因为 碱蚀进程 中发生以下化学反映[9]：

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O （1）

Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ （2）

图3默示的是NaOH浓度升高，铝型材轮廓描写 的改良 情况。可以看出，当NaOH浓度高于6g/L时，铝型材轮廓描写 改良 显明。可是利用 仅含有Na2CO3和NaOH的碱蚀剂对铝型材进行轮廓预处置的进程 中，挂灰现象比力严重，致使 型材轮廓光度不敷 ，而且 预处置竣事 后，铝型材轮廓存在比力严重的机械纹。需要进一步考查 添加剂的到场 对铝型材轮廓描写 的改良 情况。

NaOH对铝耗及铝型材轮廓描写 的影响

3.2 Na3PO4的影响

Na3PO4是碱蚀添加剂中起整平去机械纹感化 的主要成份 。其反映道理 为[10]：

Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ （整平、起砂） (3)

Al3++PO43-AlPO4（起砂、笼盖 、去纹） (4)

尝试效果 表白，到场 Na3PO4有显明改良 整平、起砂、去轮廓机械纹的效果（图4）。Na3PO4浓度为20 g/L（F5）时，预处置竣事 后型材轮廓便可 以构成 显明整平起砂的效果。随Na3PO4浓度升高，铝耗有微弱下降 。这是因为 起砂构成 的AlPO4附着在型材轮廓，禁止了NaOH与铝基底的进一步反映。

Na2SO4浓度转变 对铝型材预处置效果影响

3.3 Na2SO4的影响

Na2SO4浓度改变对铝耗的影响

研究表白，碱蚀剂中添加Na2SO4可以起到按捺 出灰的效果，其道理 为[10]：

SO42--2e=SO2+2O（释放活性氧） (5)

2Al+3O=Al2O3（氧化铝轮廓、出灰） (6)

尝试中考查 了Na2SO4浓度改变对铝型材预处置效果的影响。图5默示的是随Na2SO4浓度升高，铝耗的转变 情况。可以看出铝耗随Na2SO4浓度升高显现逐步 上升到一个峰值又逐步 下降的趋向 。同时不雅 察铝型材轮廓描写 的改良 情况（图6）发现，当Na2SO4浓度为25 g/L(N-2) 时预处置效果最好。是以 接下来的尝试中碱蚀剂中Na2SO4的浓度肯定 为25 g/L。

Na2SO4浓度改变对铝型材预处置效果的影响

3.4 碱蚀温度对预处置效果的影响

碱蚀时候 对铝耗的影响

以Na2CO3为主体的碱蚀剂配地契 元 时候 内对铝型材的侵蚀 量少，是以 碱蚀温度要高于以NaOH为主体的碱蚀配方的碱蚀温度，通常是 50℃～65℃。尝试中考查 了碱蚀温度在50℃～70℃局限 转变 ，铝型材预处置效果的转变 情况（图7）。可以看出温度升高， 铝耗逐步 升高。当碱蚀温度为70℃时，铝耗高达3.13%。从预处置竣事 后铝型材轮廓描写 改良 情况判定 ，温度越高，轮廓处置效果越好。均衡 铝耗与型材轮廓描写 改良 效果两个审核 指标，将碱蚀温度肯定 为55℃。

3.5 碱蚀时候 对预处置效果的影响

尝试中考查 了碱蚀时候 对铝耗及型材轮廓描写 的影响（图8）。效果 显示随反映时候 的耽误 ，铝耗逐步 升高。碱蚀时候 ≤5min时，型材轮廓不发生 起砂效果，碱蚀时候 ≥10min后起头起砂。可是15min，20min，25min的样品预处置后型材轮廓具有雀斑 （图9），为过侵蚀 发生 的侵蚀 斑。是以 将碱蚀时候 肯定 为10min (J-2)。

3.6 十二烷基磺酸钠（SDS）的影响

碱蚀添加剂中一般会到场 低浓度的轮廓活性剂，其感化 包罗两个方面：一方面碱蚀进程 中，因为 温度较高，会构成 年夜 量的碱雾，到场 的轮廓活性剂份子 在碱蚀槽溶液轮廓排布，封锁液面，可以有用 的削减 碱雾的挥发；另外一 方面轮廓活性剂的到场 可以起到除去油污和指纹的效果[11]。

从图10 可以看出SDS浓度升高，铝耗显现逐步 上升又下降的趋向 。当SDS浓度为0.6 g/L时，铝耗到达 最高。但SDS的到场 对改良 铝型材轮廓描写 并没有显明的感化 。当SDS浓度较低的时辰。铝耗随SDS浓度升高，这是因为 SDS吸附在铝型材轮廓，阐扬浸润性，扩年夜 了铝型材轮廓与碱蚀剂的接触面积。但SDS 浓度的进一步升高，使得槽液粘度增年夜 ，过量 的SDS吸附在铝型材轮廓，阻碍了碱蚀剂与铝型材轮廓的接触，从而使得铝耗下降 。另外一 方面，碱蚀进程 中会发生 氢气，致使 含有SDS的碱蚀槽中发生 年夜 量的泡沫，影响工艺操作。是以 SDS的浓度不宜太高 ，在以下的尝试中肯定 SDS的浓度为0.6 g/L。

3.7甘油的影响

为了改良 型材的光度，在碱蚀剂中会添加醇类或醇胺类物资 [8]。尝试考查 了甘油浓度改变对铝型材预处置效果的影响。从图11 可以看出，随甘油浓度的升高，铝耗逐步 上升后又逐步 下降。图12 显示了甘油浓度改变对 型材轮廓描写 的改良 情况。随甘油浓度升高，型材轮廓的光度提高，但太高 的甘油浓度晦气 于型材的整平起砂，对照图中M-3与M-6件，M-6件的光度要显明高于M-3件，但M-6件的轮廓整平起砂效果较差。从铝耗和型材轮廓抛光效果斟酌 肯定 甘油的浓度为5 g/L。

甘油浓度改变对铝型材轮廓描写 的影响、

3.8 低污染低水耗铝合金轮廓处置工艺与传统碱蚀和酸蚀工艺的比力

表1是对三种铝合金轮廓处置工艺的比力，包罗一个预处置工艺流程所需时候 、槽数量 、预处置后轮廓描写 的差别 和铝耗四个方面。可以看出，本文研究开辟 的低污染低水耗铝合金轮廓处置工艺时候 年夜 年夜 缩短，比传统碱蚀和酸蚀工艺缩短了31%和23%。对照2.3与2.4可以发现，新工艺中削减 了除油步调 ，因为 工艺流程的缩短，预处置用水量也年夜 年夜 削减 。同时铝耗由传统碱蚀工艺的7.96%下降 到2.0%摆布，与传统酸蚀工艺附近。预处置竣事 后的轮廓描写 是预处置最主要 的考查 指标，从表1中可以看出，依照 本文所研发的工艺流程对铝合金进行预处置获得 的铝合金轮廓整平，起砂效果好，与传统酸蚀工艺获得 的砂面效果相当。是以 本文研究开辟 的低污染低水耗的铝合金轮廓预处置工艺与传统酸蚀和碱蚀工艺比拟 优势显明。

新的铝型材轮廓前处置工艺与传统碱蚀酸蚀工艺的比力

4 结论

本文经由过程 研究及开辟 低污染低水耗铝合金轮廓预处置要害 手艺 ，构成 无氟无铵轮廓预处置新工艺。该工艺从工艺泉源 消弭 氟和氨氮污染，具有铝耗低、水耗低、流程短、效力 高的优势，兼具情况 友爱 、资本 勤俭 等长处 。

针对传统铝型材轮廓预处置工艺中存在的污染严重、水耗高档 问题，研究开辟 了低污染低水耗铝型材轮廓预处置工艺。考查 了以Na2CO3为主体的碱蚀剂配方构成 及浓度对铝耗和型材轮廓描写 的影响。研究效果 表白，利用 以下配方：Na2CO3：60 g/L， NaOH： 8 g/L，Na2SO4： 25 g/L， Na3PO4： 20 g/L， SDS： 0.6 g/L， 甘油： 5 g/L， 工艺操作条件：55℃，10min，经由 “碱蚀-中和”两个步调 ，预处置后的铝合金轮廓整平，起砂效果较好，铝耗为 2.0%，与传统酸蚀工艺效果附近。全部 工艺时候 缩短了30%以上。本研究表白，在包管 预处置效果和不增添 铝耗的条件 下，新工艺不但 从工艺泉源 消弭 氟和氨氮污染，实现了除油-起砂等多个工艺步调 的一体化工艺，还具有铝耗低、水耗低、流程短、效力 高档 优势，兼具情况 友爱 、资本 勤俭 的特点。