Многие составляющие различных конструкций, выполненные из алюминиевых сплавов, за время эксплуатации тускнеют, теряя свой первоначальный внешний вид. Полировка алюминия необходима для того, чтобы вернуть изделию его привлекательный вид. После осуществления данного процесса любая деталь приобретает блеск и идеальное состояние поверхностей.
Для выполнения полировочных работ необходимо тщательно подготовить поверхность. Если деталь была покрыта краской, то, используя жесткую металлическую щетку и специальные растворительные средства, с изделия снимается старый покрасочный слой. После такой очистки все плоскости необходимо протереть мягкой тряпкой или паралоновым валиком.
После обязательно удаляются все грубые дефекты на внешних плоскостях, то есть, различные царапины и коррозионные наросты. Для этой цели применяют наждачную бумагу с крупнозернистой структурой. Заключительным этапом подготовительного процесса является обработка изделия мелкозернистым наждаком, что позволяет поверхность привести в идеально ровное состояние. Далее можно приступать к непосредственному выполнению полировочных операций, которые можно осуществлять, используя несколько способов.
Химическая полировка алюминиевых изделий
Химическая полировка алюминия - процесс, при котором обрабатываемые компоненты помещают в специальные емкости, предварительно наполненные активными смесями. В результате образование реакций, от соприкосновения металла с химическими элементами, начинается медленное растворение верхней оболочки детали. Благодаря таким действиям все наросты и шероховатости верхних плоскостей обрабатываемой заготовки полностью удаляются и, изделию возвращается его первоначальный блеск. При химической полировке различных компонентов, неотделимыми процессами выступают активные выделения газовых образований и кислотных (щелочных) паров.
Выполняя полировку алюминия химическим способом, необходимо придерживаться технологических рекомендаций, относящихся к такому процессу. Активный раствор необходимо регулярно перемешивать, а обрабатываемые детали периодически встряхивать. Благодаря таким действиям удаляются скопления реакционных пузырей в одной поверхностной точке. Скопление таких образований в одном месте снижает качественный уровень всего процесса полировки. Данный метод полировки алюминиевых изделий не требует для своей реализации сложного технического оборудования, но технологический процесс усложняется непростой регулировкой элементный соотношений в химическом растворе.
Электрохимическая полировка деталей из алюминия
Электрохимическая полировка алюминия подразумевает процесс обработки изделий путем параллельного электрического и химического воздействия на поверхность. По технологии такого способа полировки, обрабатываемая деталь выступает в качестве анодного электрода и подсоединена к плюсовому источнику подачи электрического тока. При этом заготовка с подведенным к ней током погружается в резервуар, предварительно наполненный электролитом. В качестве второго электрода используют медные катоды.
В процессе электрохимического полирования на внешних плоскостях изделий образовывается пленочный налет окисного и гидрооксидного типа. При условии равномерного покрытия всей поверхности обрабатываемого алюминия такой пленкой происходит микро-полировка, которая параллельно с макро-полированием позволяет полностью убрать все дефекты с поверхностей, возвращая им первоначальный блеск. Покрытие заготовки оксидными и гидрооксидными налетами предотвращает местное разрушение металлической основы электролитным составом, так как необходимая скорость обменных процессов между всеми составляющими компонентами. Важным фактором для положительного протекания процесса полировки алюминия является уровень плотности подаваемого напряжения.
Эффективное средство для полирования алюминиевых заготовок
Довольно эффективным средством для удаления дефектных наростов с поверхности изделия является специальная паста для полировки алюминия. Такая паста не содержит аммиачных добавок и аккуратно очищает деталь от образовавшихся царапин и шероховатостей, полируя алюминий до состояния первоначального блеска. Кроме того, благодаря применению такого средства на поверхности изделия образуется специальный защищающий слой, что не допускает появления окислений на протяжении долгого периода времени.
Для осуществления полировочного процесса с использованием такой пасты, достаточно нанести ее на поверхность и круговыми движениями, применяя для этого салфетку из ткани, выполнить полную очистку поверхностей заготовки. После чего следует удалить остатки полировочного средства и промыть изделие чистой водой.
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.
Один из первых промышленных способов полирования алюминия основан на использовании 1,2-2,5%-ного раствора HBF4. Борфтористоводородную кислоту можно получать в виде готового продукта или приготавливать ее исходя из борной и плавиковой кислот. Для приготовления 1 л электролита 40 г борной кислоты растворяют в 100 г плавиковой кислоты (48%-ной). Борную кислоту вводят постепенно, небольшими порциями, после того как закончилась реакция предыдущей порции. Смешивание кислот следует проводить осторожно, охлаждая и перемешивая раствор. Полученный концентрированный раствор содержит 37% HBF4 и небольшой избыток борной кислоты. Для получения полировочного электролита его разбавляют дистиллированной водой.
По данным , при обработке алюминия оптимальные результаты были получены в электролите, содержавшем 1,25% (массовые доли) HBF4 при температуре 30° С, плотности тока 1,5- 2 А/дм 2 и продолжительности электролиза 10-15 мин. Увеличение концентрации HBF4 до 5% приводит к травлению металла. Ухудшение качества полирования наблюдается также при температуре электролита ниже 27° С или выше 35° С.
В процессе полирования в борфтористоводородном электролите на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка, отличающаяся большой пористостью, восприимчивая к влаге и загрязнениям. От прикосновения рук к обработанной таким способом поверхности на ней остаются пятна. Поэтому после полирования необходимо удалять оксидную пленку, обрабатывая алюминий при 70-80° С в растворе, содержащем 45 мл H 3 PO 4 , 18 г CrO 3 , 1 л H 2 O, и затем непродолжительное время оксидировать, чтобы повысить стойкость металла против коррозии.
Полированию в борфтористоводородном электролите можно подвергать металл, содержащий не менее 99,5% Al. При обработке предварительно механически полированного металла, содержащего 99,5-99,7% Al, коэффициент отражения повысился от 70% до 81-85%. Наличие примесей в алюминии приводит к значительно меньшему повышению коэффициента зеркального отражения, чем это достигается при обработке металла высокой чистоты.
Борфтористоводородный электролит характеризуется хорошей рассеивающей способностью. Применение низких плотностей тока обеспечивает небольшой съем металла, но не позволяет достигнуть заметного повышения класса шероховатости поверхности. Указанные обстоятельства ограничивают использование борфтористоводородного электролита в промышленности. Его можно применять для повышения отражательной способности предварительно механически полированных изделий, например рефлекторов. 100
Для повышения качества электрохимического полирования алюминия и его сплавов с магнием, содержащих небольшие примеси железа, кремния, марганца, меди, рекомендуется проводить гомогенизирующий отжиг.
За рубежом для лабораторного полирования алюминия и некоторых его деформируемых сплавов используются смеси хлорной кислоты и уксусного ангидрида в различных соотношениях .
Для полирования сплавов, содержащих до 5% кремния, предложен электролит, в состав которого входит 13% HF и 52% глицерина. Электролиз ведут при температуре 25° С и плотности тока 21 А/дм 2 в течение 10 мин. До последнего времени процесс электрохимического полирования алюминиево-кремниевых сплавов не получил широкого распространения.
В машиностроении для полирования изделий из алюминия марок Al54 и АМШ применяли электролит, содержавший г/л: 500 H 2 SO 4 , 60 CrO 3 , 10 КAl (SO 4)2. Электролиз вели при температуре 70-90° С и плотности тока 20-50 А/дм 2 .
В литературе предложен ряд фосфорнокислых растворов с добавками других кислот: серной и азотной, щавелевой и борной, уксусной, хромовой, азотной и хромовой, серной и хромовой. В прокатном производстве во Франции используется электролит, содержащий 60% H 2 SO 4 , 10% H 3 PO 4 , 1% HNO 3 , 29% H 2 O. Полирование ведут при температуре 96° С и плотности тока 20 А/дм 2 .
Наибольшее промышленное применение получили трехкомпонентные фосфорносернохромовокислые электролиты, пригодные для полирования не только алюминия, но и большинства его деформируемых сплавов. Соотношение их компонентов меняется в довольно широких пределах (массовые доли): H 3 PO 4 - 35-80%, H 2 SO 4 - 15-45%, CrO 3 - 4-12%. Так, например, для полирования дюралюминия марки Д16Т использовался электролит, содержащий 43% H 3 PO 4 , 43% H 2 SO 4 , 3% CrO 3 , 11% H 2 O.
Нами было исследовано влияние состава трехкомпонентного электролита на качество полирования алюминия марки АО. При обработке в смеси фосфорной и серной кислот при температуре 70° С и плотности тока 25 А/дм 2 поверхность анода частично покрывается пленкой фосфорнокислых солей, наблюдается травление металла. Введение в электролит 0,5% (массовые доли) CrO 3 приводит к прекращению травления. Повышение содержания хромового ангидрида сопровождается увеличением блеска поверхности металла. При значительном увеличении концентрации CrO 3 и большом содержании в растворе серной кислоты хромовый ангидрид частично выпадает в осадок, мелкие кристаллы его осаждаются на поверхности металла, что приводит к травлению.
Образцы, обработанные в фосфорнохромовокислом растворе, не содержащем H 2 SO 4 , имели блестящую, но частично растравленную поверхность. Введение H 2 SO 4 в количестве до 30% приводит к уменьшению и полному прекращению травления. Увеличение содержания серной кислоты свыше 40% вызывает выпадение в осадок хромового ангидрида. Присутствие в электролите серной кислоты способствует стабилизации электрического режима процесса и позволяет поддерживать высокую плотность тока при напряжении источника тока 12-15 В.
Для полирования алюминия и его сплавов типа АМг, АМц целесообразно использовать электролит следующего состава (массовые доли, %):
Фосфорная кислота...................40-50
Серная кислота....................40-35
Хромовый ангидрид..................6-5
Вода..........................14-10
Отражательная способность поверхности металла резко увеличивается при повышении температуры раствора до 60-70° С, а при дальнейшем увеличении до 80-90° С изменяется незначительно. Хорошее качество полирования достигается в широком диапазоне плотностей тока - от 15 до 70 А/дм 2 . Наибольшее повышение блеска поверхности происходит в начальный период электролиза и тем скорее, чем выше была плотность тока. Так, при плотности тока 25 А/дм 2 и температуре раствора 70° С за первые 3 мин электролиза отражательная способность поверхности алюминия возросла от 35 до 83%, а за последующие 8-мин увеличилась лишь на б-8%. С уменьшением плотности тока продолжительность электролиза должна быть увеличена.
Отмеченные тенденции влияния температуры раствора и плотности тока на качество полирования алюминия согласуются с высказанными выше соображениями о влиянии этих параметров электролиза на скорость формирования на аноде пассивирующей окисной пленки и растворения ее в электролите.
В ванне указанного состава предпочтительно вести полирование при температуре 65-70° С, анодной плотности тока 25- 50 А/дм 2 и продолжительности электролиза 5-10 мин.
При работе электролита происходит накопление в растворе алюминия, катодное восстановление ионов шестивалентного хрома до трехвалентного, уменьшение концентрации кислот. Нормальная эксплуатация ванны возможна до накопления в растворе 30- 35 г/л алюминия. После этого 1/3-1/2 объема электролита следует заменить свежеприготовленным раствором. Корректирование электролита производится периодическим добавлением воды и кислот. Вода добавляется с таким расчетом, чтобы плотность электролита составляла 1,65-1,70 г/мл.
Срок службы фосфорносернохромовокислого электролита несколько увеличивается, если вести полирование с применением реверсивного тока. При продолжительности цикла 10 с, анодного периода 9 с и катодного периода 1 с достигается интенсивный блеск поверхности металла и одновременно уменьшается его растворение. Благодаря этому понижается скорость накопления алюминия в растворе и увеличивается срок его службы. Использование реверсивного тока повышает интенсивность сглаживания микрошероховатостей, что имеет значение при чистовой обработке изделий.
Происходящий при электролизе побочный процесс катодного восстановления ионов шестивалентного хрома оказывает меньшее влияние на качество полирования алюминия, чем это было отмечено при полировании стали в трехкомпонентном электролите. В наших опытах удовлетворительное качество полирования достигалось в электролите, в котором концентрация CrO 3 была в 8- 10 раз меньше концентрации Cr 2 O 3 . Как было указано выше, даже небольшого количества CrO 3 достаточно для обеспечения условий пассивирования алюминия. Но накопление ионов трехвалентного хрома приводит к образованию соединений, значительно повышающих вязкость раствора, что может ухудшить качество полирования. Поэтому следует периодически проводить анодное окисление ионов трехвалентного хрома при тех же условиях, что и в электролите для полирования стали.
При исследовании процесса электрохимического полирования алюминия нами была выявлена возможность получения блестящей поверхности металла при его анодной обработке в концентрированном растворе серной кислоты . Электролиз вели при температуре 70° С и плотности тока 25 А/дм 2 . Раствор непрерывно интенсивно перемешивали. Качество полирования может быть повышено добавлением в электролит небольшого количества фосфорной кислоты. С увеличением ее концентрации возрастает толщина формирующейся на аноде оксидной пленки и соответственно понижается отражательная способность поверхности металла (рис. 31). Оптимальным можно считать электролит, содержащий 70% H 2 SO 4 , 1-3% H 3 PO 4 , 29-27 H 2 O (в массовых долях). При обработке образцов листового алюминия в таком растворе удалось получить блестящую поверхность, на которой не было видно следов проката.
Рис. 31. Изменение толщины оксидной пленки (1) и отражательной способности поверхности алюминия (2) в зависимости от содержания H 3 PO 4 в сернокислом электролите
с - содержание H 3 PO 4 (массовые доли); б - толщина пленки; К - отражательная способность
Введение в сернокислый электролит добавок некоторых органических соединений оказывает заметное влияние на скорость образования оксидной пленки и внешний вид поверхности металла. В присутствии добавки н-бутилового спирта увеличивается толщина пленки, что особенно заметно сказывается при повышении его концентрации. Интенсивность блеска поверхности при этом понижается. Введение в сернокислый электролит 5-10% (объемные доли) поверхностно-активного вещества «Прогресс» приводит к получению своеобразного развитого ячеистого микрорельефа при сохранении удовлетворительного блеска поверхности. Размер ячеек изменяется в зависимости от скорости перемешивания электролита.
В промышленности широко используется процесс отделки алюминиевых изделий под золото путем их электрохимического полирования, оксидирования и адсорбционного окрашивания органическими красителями. Наши исследования показали возможность разработки электролита, в котором можно было бы проводить одновременное полирование и оксидирование алюминия с получением на нем окисной пленки, толщина которой была бы минимальной, что необходимо для достижения высокого блеска поверхности, но одновременно достаточной для осуществления адсорбционного окрашивания. Основой такого полировочно-оксидировочного электролита может явиться концентрированный раствор серной кислоты с добавкой ограниченного количества фосфорной кислоты или некоторых других компонентов.
Фосфорная кислота и смесь фосфорной и серной кислот могут использоваться для полирования алюминия высокой чистоты (99,8% Al) переменным током .
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.
