В настоящее время изделия из алюминия пользуются заслуженным спросом. Для улучшения их свойств и качеств применяются различные способы его обработки.
Известно, что алюминий в естественной среде окисляется. В результате происходящих химических процессов на поверхности металла образуется защитный слой, составляющий примерно 10 микрон. Однако он не обладает столь мощным защитным действием, чтобы противостоять многочисленным агрессивным средам, которые постепенно разрушают его, провоцируя при этом возникновение разнообразных, порой, опасных химических соединений. Подобное воздействие агрессивных средств может привести к образованию трудновыводимых пятен, разводов, а также способствовать более серьезным повреждениям. Справедливости ради стоит заметить, что окисленная поверхность является хорошей основой для нанесения надежного защитного покрытия.
Чтобы защитить и улучшить внешний вид алюминиевых поверхностей были разработаны различные технологии. Наиболее часто используются:
- шлифовка или полировка;
- электрохимическое или химическое окисление;
- эмалирование или окрашивание специальной краской.
Шлифовка или полировка алюминия может быть как химической, так и электрохимической. Оба способа не защищают поверхность металла от агрессивного воздействия, но существенным образом улучшают внешний вид металлического покрытия, делая его гладким, ровным и блестящим. Кроме того, отполированная поверхность приобретает более серьезную устойчивость к коррозии. Защитить же алюминиевую поверхность призваны более серьезные методы, как например, химическое и анодное окисление.
Химическая полировка
С помощью химической полировки можно избавить поверхность изделий от видимых повреждений, не увеличивая при этом ее отражающую способность.
Процесс химической полировки заключается в погружении деталей или изделий в некоторую емкость со специально подготовленным составом для обработки поверхности.
В такой состав может входить: смесь кислот различной концентрации, а также нитрат меди. Перед погружением детали или изделия предварительно очищают от жира специальными средствами. Изделия держат в растворе несколько минут, затем тщательно промывают в большом количестве воды: сначала горячей, потом холодной.
Электрохимическая шлифовка
Данный вид обработки дает возможность вернуть изделиям идеальные контуры, устранить имеющиеся шероховатости и неровности. Электрохимическая шлифовка основывается на применении метода анодного распада.
Сначала предварительно обезжиренные и чистые изделия погружаются в специальный раствор, который призван удалить естественный слой окисленного алюминия. Обычно этот этап длится всего 20-30 секунд. Затем проводят электрический разряд между специально подбираемым катодом и анодом, которым является сама деталь. Возникает явление поляризации, ток снижает свое значение. В результате анод, т.е. обрабатываемая деталь, покрывается тонким окисленным слоем. После просушивания становится очевидным, что при помощи данного процесса можно значительно улучшить светоотражающие свойства поверхности. Однако стоит отметить, что отшлифованная поверхность не обладает серьезными защитными свойствами и требует проведения последующих защитных мероприятий, к примеру, анодирования.
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 (NO 3) 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.
Формула изобретения
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
Алюминий является довольно мягким металлом. Любое изделие из него со временем теряет свой первоначальный вид, на поверхности появляются потертости, окислы, изделие тускнеет. Если вы хотите придать старой вещи новый вид, то следует отполировать алюминий. Для этого можно использовать один из следующих способов:
- электрополирование;
- химическое полирование;
- декоративное травление.
Способы полировки алюминия: химический метод
Данная технология является экологичной, простой и довольно быстрой. Её можно реализовать, имея кислотоустойчивую сталь, которая ляжет в основу полировальной ванны. Если объемы работ сравнительно небольшие, можно использовать тигли из фарфора. В емкость наливается раствор кислот:
- серная;
- азотная;
- ортофосфорная.
Изделия опускаются в горячий раствор, температура которого должна изменяться в пределах от 90 до 120 °С, конечное значение будет зависеть от сорта алюминия. Подвергать воздействию состава алюминий необходимо в течение 30 секунд или минуты, повторить действие следует около 6 раз. В промежутках детали промываются, при этом их нужно постоянно встряхивать.
Полировка алюминия химическим способом будет более качественной, если использовать вращающийся с некоторой скоростью барабан. После завершения таких манипуляций на поверхности останется пленка контактной меди. Ее следует снять, промыв изделия под проточной водой с низкой температурой. Делать это необходимо в уловителе. На следующем этапе изделия обрабатываются 30-процентной азотной кислотой.
Полировка алюминия может осуществляться с помощью растворов щелочей:
- тринатрийфосфата;
- натриевой селитры;
- каустической соды;
- нитрата натрия.
Их температура должна оказаться выше по сравнению с кислотным методом, предел составляет 120-140 °С. Выдерживать изделия необходимо примерно 5-20 секунд. Когда используется такая методика, потери алюминия будут равны примерно 8 мкм от общей толщины слоя.
Использование электрополировки
Полировка алюминия может осуществляться и другим способом. При этом удается получить сверкающую и гладкую поверхность, а очистка характеризуется высоким качеством. Электролиты для таких работ в большинстве случаев обладают серной и ортофосфорной кислотой, остальные составляющие будут зависеть от материала.
Электролиты позволяют добиться блеска после завершения работ. Для процесса температура должна быть более низкой, чем в вышеописанном случае, температурный предел будет равен от 60 до 90 °С.
Полировку нужно осуществлять в течение 5 минут, тогда как может быть равна 10-50 А/дм². Процесс проведения полировки предполагает применение катодов из свинца, однако существуют и другие сплавы, которые предусматривают использование нержавейки. Полировка требует использования дюралевых подвесок, а также электролитных ванн с полиэтиленовой, свинцовой или обработкой фторопластом. Нужно подготовить щелочные электролиты, они обойдутся дешевле.
На параметры процесса будет влиять состав электролита, температурный предел может изменяться от 40 до 95 °С, что касается выдержки, то она длится от 3 до 6 минут, тогда как плотность тока на аноде составляет предел от 3-20 А/дм². Выбирая катоды, следует предпочесть никелированные.
Особенности декоративного травления
Полировка алюминия может осуществляться декоративным способом. Эта методика выступает в качестве подвида электрополирования. Сплавы алюминия вытравливаются анодами по режиму в фосфорно-хромовом электролите. На поверхности изделий образуется кристаллический рисунок, который имеет вид розеток или изморози. На анодную штангу развешивают все детали, а после можно приступать к обработке. Осуществляться манипуляции должны при напряжении в 25-30 В. К концу напряжение поднимется до 35-40 В, анодная плотность тока будет равна пределу 8-12 А/дм², тогда как температура будет изменяться от 50 до 80 °С.
Примерно через 20 минут проявится рисунок. Если напряжение начнет подниматься произвольно, то можно считать процесс завершённым. После окончания манипуляций изделия промываются, хорошо просушиваются, над ними осуществляется анодное оксидирование. Алюминий после этого окрашивается органической краской.
Зеркальный блеск алюминия можно получить и другим методом анодного травления, которое называется искритом. Для этого изделия перед и после процесса подвергаются термической обработке по специальной схеме. Можно использовать анодное травление «снежок», которое позволяет создать матово-искристую поверхность.
Какой способ лучше использовать в домашних условиях
Паста для полировки является одним из самых часто используемых в домашних условиях средств для полировки алюминия. Это обусловлено тем, что химические составы отличаются ядовитостью, они опасны для здоровья человека. Для полировки можно применить:
- наждачную бумагу;
- жесткие щетки;
- ветошь;
- чистящие средства по типу спирта.
При выборе важно не переборщить с зернистостью, ведь в противном случае придется выводить царапины. Для повышения износоустойчивости и придания блеска лучше использовать лак.
Особенности электрохимической полировки
Электрохимическая полировка алюминия предусматривает осуществление работ методом параллельного химического и электрического воздействий. По технологии такого способа деталь выступает в роли анодного электрода, к ней подсоединяют плюсовой источник подачи тока. Заготовка с подведенным к ней током должна погружаться в резервуар, который наполняется электролитом. В роли второго электрода выступают медные катоды.
Использование полировальной машинки
Машинка для полировки является очень удобным средством для придания алюминию первоначального блеска. Для этого можно использовать на 1000, который смачивается водой. Губкой или тряпкой следует нанести воду на обрабатываемый участок. Далее включается машинка для полировки на 1400 оборотов за минуту. При подобной скорости брызги будут разлетаться на 1 м вокруг.
Поверхность алюминия станет греться, жидкость будет испаряться. Вы должны быть готовы к тому, что круг будет забиваться алюминиевой «кашей». Поэтому каждую минуту машинку следует останавливать, чтобы промыть мокрой губкой под струей воды. Для этого некоторые умельцы используют обычную брызгалку.
«Кашу» следует убирать еще и с детали. Зеркальный блеск получится, если вы дополнительно будете использовать еще и войлок. Этот этап является одним из самых важных. Именно от него будет зависеть 80% конечного результата. Войлок должен выступать на 10 мм за основу, круг следует увлажнить, полив его брызгалкой. Деталь смачивается влажной губкой. Паста для полировки используется грубая, ее нанесение следует осуществлять на деталь, а не на круг.
Заключение
Полировка алюминия своими руками может осуществляться разными средствами, однако одной из самых эффективных является паста. Она не содержит аммиачных добавок и способна аккуратно очистить деталь от шероховатостей и царапин. С помощью данного состава можно добиться первоначального блеска. Защитный слой будет исключать появление окислений в течение долгого периода.
Довольно часто многие детали, изготовленные из алюминия и имеющие разнообразные конструкции склонны спустя некоторое время терять свой привлекательный внешний вид, а также тускнеть под влиянием внешней среды. В этой ситуации лучшим выходом считается полировка алюминия, после которой можно добиться превосходного зеркального эффекта. Кстати, большинство наверняка согласится с тем, что отполированная до сверкания, к примеру, крышка или рама движка мотоцикла будет смотреться намного привлекательнее окрашенной. То же самое касается и хорошо отполированной алюминиевой посуды (также других предметов интерьера из этого металла), которая своим блеском порадует глаз любой хозяйки. Но, чтобы добиться такого результата, необходимо слегка потрудиться, обзаведясь всем необходимым для так называемых «полировальных» работ.
Итак, перед началом процесса полировки, в первую очередь, необходимо обязательно подготовить алюминиевый предмет. Если этого не сделать, вся работа пойдет насмарку, а результат совсем не оправдает ожидания. С детали нужно непременно удалить всю краску (если она была окрашена). Для этого рекомендовано воспользоваться механической обработкой, она осуществляется с помощью жесткой стальной щетки. Затем следует применить растворитель, который строго предназначается для данного типа краски. Уже полностью очищенный от покрытия предмет тщательно протирается мягкой тряпкой, благодаря чему с него удалятся мелкие части красящего вещества. Если есть необходимость, металл можно очистить от масла, что также непременно облегчит и ускорит процесс полировки. Кстати, жирный слой на металле очень сильно препятствует его натиранию до блеска, поэтому данный факт нужно непременно учитывать.
На втором этапе подготовки предмета из алюминия для полировки необходимо внимательно осмотреть всю поверхность. Если на ней имеются всевозможные глубокие и крупные царапины, их нужно обязательно зачистить. Лучше всего с этим делом поможет справиться шкурка с крупной зернистостью. После этого по поверхности алюминия проходятся более мелкой наждачкой, которая позволяет убрать оставшиеся небольшие царапины и неровности. По необходимости процедуру можно повторить еще несколько раз до того момента, когда не исчезнут все сильно бросающиеся в глаза дефекты. Далее берется специальная полировочная паста ГОИ и насаженный на электрическую дрель войлочный круг. С помощью этих предметов осуществляют первичную полировку поверхности алюминия. Что касается пасты, то ее следует наносить и распределять по всему металлу очень тонким и равномерным слоем.
В случае применения данной пасты в твердом виде, ее необходимо предварительно подготовить. Для этого паста тщательно растирается в моторном масле до тех пор, пока она по консистенции не будет напоминать густую сметану. Полученным составом нужно хорошо пропитать войлочный круг. Кстати, в ходе работы под рукой рекомендовано иметь на всякий случай несколько таких кругов, поскольку они быстро приходят в негодность. Войлоком, который насажен на дрель, следует пройтись по всей поверхности, что подвергается полировке. Делать это необходимо при помощи плавных и круговых движений. После парочки таких проходов поверхность алюминия смазывается пастой. Как только процесс полировки будет завершен, с предмета смывают все остатки пасты. Теперь поверхность нужно хорошо протереть, использовав для этого сухую мягкую тряпку.
Если вся работа была проведена старательно и правильно, в металле можно будет непременно увидеть свое отражение. Кстати, следует помнить о том, что отполированный алюминий очень быстро подвергается окислению, поэтому нужно обязательно позаботиться о его защите. Чтобы это сделать, поверхность предмета рекомендовано покрыть при помощи термостойкого прозрачного лака. Перед нанесением защитного средства металл стоит обезжирить. Лак лучше всего наносить сразу же после полировки, т.к. алюминий окисляется быстро. Еще один способ полировки алюминия – использование самодельного раствора. Благодаря этому способу можно отполировать алюминиевую посуду. Использовав мягкую зубную щетку и мыло, нужно удалить с поверхности все въевшейся за годы остатки пищи, грязи и налет, это поможет добраться до трещинок. Далее мыло и удаленные частицы грязи смываются водой.
Теперь нужно приготовить самодельный раствор. Чтобы его сделать в равных частях, смешивается так называемый винный камень и вода. Кстати, в народе винный камень чаще всего называют битартратом калия, который считается побочным продуктом в производстве вин, и который обладает великолепными очищающими свойствами. Поэтому его с этой целью зачастую применяют в хозяйстве. Для чистки сковородки или кастрюли из алюминия, в самой сковороде или кастрюле кипятят в течение 10 минут одну большую ложку полученного раствора. Далее посудину споласкивают и после охлаждения повторяют процедуру. Полировать алюминий раствором из винного камня необходимо тряпочкой при помощи круговых движений. После этого предмет споласкивают под проточной водой и насухо вытирают. Ту часть алюминия, что контактирует с пламенем газа или горелкой, полировать категорически запрещено.
Полировка алюминия менее трудоёмкий процесс, чем, например, нержавейки, однако это более капризный материал. Проблема заключается в том, что многие металлы можно отполировать до зеркального блеска даже в домашних условиях, важно лишь запастись терпением, абразивными пастами и войлочными кругами. Полировка алюминия по такой технологии непродуктивна – сколько не обрабатывай поверхность, она выглядит так, словно на неё смотрят через полиэтиленовый пакет.
Вызвано это тем, что на поверхности Al под действием кислорода воздуха очень быстро образуется оксидная плёнка. Зеркальное сверкание возникает буквально на несколько минут и исчезает, а металл, даже безупречно гладкий, приобретает матовый оттенок. Настолько же трудно алюминий поддаётся окраске традиционными методами, без использования технологии порошкового распыления с последующей термообработкой.
Чему служит полировка алюминия
Полировка алюминия требуется для придания эстетичного вида декоративным элементам мотоциклов, автомобилей, охотничьей посуды, дизайнерского интерьера помещений, корпусам классической фототехники . Следует признать, что никакими обычными абразивами придать этому металлу зеркальный блеск не удастся. Для достижения нужного эффекта необходима химическая или электрохимическая полировка с последующим анодированием . Выполнить подобные операции можно только в гальваническом цехе , так как требуется большая сила тока и соблюдение температурного режима электролита. Полипропиленовая гальваническая ванна при выполнении таких работ нагревается весьма ощутимо, причем процесс гальванизации нужно постоянно контролировать, иначе на поверхности начнут образовываться окислы. При анодировании Al обретает ровный светло-серый цвет, после чего имеется два способа получения зеркального блеска.
Это не полировка алюминия в смысле придания ему нужных свойств механическим воздействием, здесь результат достигается с помощью бесцветного лака или порошковой покраски. Сверкающее светоотражающее покрытие получается в результате спекания частиц защитного слоя. Определённый интерес представляет также подвид электрохимической полировки алюминия – декоративное травление в фосфорно-хромовом электролите . При этом на металле появляется рисунок в виде изморози, розеток, снежинок. В начале гальванизации напряжение тока составляет 25-30В, затем начинает произвольно повышаться до 40В, что означает окончание процедуры. Для придания особого эффекта «искрения» или «снежка» сырьё перед анодным травлением нагревают по специальной схеме .