工業鋁型材生產加工廠家

鋁型材只有經含氟離子的酸性環境蝕刻后才容易形成紋理效果，但在僅有氯離子的酸性環境中所形成的紋理均勻性較差，粗糙度不均一，同時是無光澤的黑色或灰色表面；只有添加氟化物的酸性環境才能獲得表面均勻的紋理效果，本節即針對以氟為主的蝕刻方法進行討論；

在酸性氟化物環境中對鋁型材表面的紋理蝕刻，首先，是通過鹵素離子的點蝕作用完成；其次，由于鋁型材內部雜質和表面晶粒結構的不均一性，表面質點之間存在一定的電位差，而這種電位差在蝕刻液中會形成無數細微原電池而產生化學/電化學腐蝕；最后，鋁在酸性溶液中易被氧化性較強的氫離子氧化，同時由于酸性氟化物紋理蝕刻液酸性并不太高，就更易于使鋁在這種蝕刻液中形成鈍化膜，再加上氟離子和氯離子的滲透性強，從而使形成的鈍化膜層較厚且松懈；而鹵素離子又易于從松懈的孔穴中滲入，從而加速點蝕的進行；形成的鈍化膜同時也被鹵素離子所溶解，溶解后瞬時裸露的金屬表面又會形成新的鈍化層；其最終結果是在鋁型材表面形成紋理表面，達到紋理蝕刻的目的；氟離子的滲透性使鋁在蝕刻過程易于形成較厚且松的鈍化膜層，選擇含氟紋理蝕刻劑對多種鋁材都有較好的從細到中粗的紋理蝕刻效果；以上蝕刻過程的化學原理分析如下：

2Al+6H^++3H2O=Al2O3+6H2↑     （4-1）

Al2O3+6F^-+6H^+=2AlF3↓+3H2O   （4-2）

Al2O3+6Cl^-+6H^+=2AlCl3+3H2O    （4-3）

2Al+6Cl^-+6H^+=2AlCl3+3H2↑      （4-4）

2Al+6F^-+6H^+=2AlF3↓+3H2↑     （4-5）

反應式（4-1）是鋁型材表面鈍化膜的形成，反應式（4-2）和反應式（4-3）是鈍化膜的溶解，也可以說反應式（4-1）和反應式（4-2）、反應式（4-3）是紋理形成的主過程；只有這三個反應過程的存在，才能夠在鋁型材表面形成紋理；反應式（4-4）、反應式（4-5）是副反應，從理論上講它對紋理的形成并無多大關系，但從實際加工過程來看，如果僅有反應式（4-1）、反應式（4-2）、反應式（4-3）是不足以在鋁型材表面形成均勻的紋理，必須還要有反應式（4-4）、反應式（4-5）的存在才能形成所要求的均勻紋理效果；但如果在反應過程中反應式（4-4）、反應式（4-5）的地位上升，雖然可以使紋理粗糙度和均勻性都有所增加，但如果反應式（4-4）、反應式（4-5）上升過高，則溶液對鋁的蝕刻速度將會變得更快，反而會降低紋理粗糙度，表面紋理效果變差，甚至不能形成紋理而呈現出低粗糙度的光面效果；反應式（4-4）、反應式（4-5）由溶液酸度所控制，所以在加工過程中可通過控制溶液酸度，使鋁型材表面最終形成的紋理粗糙度及光度具有一定的調節范圍；

反應式（4-2）、反應式（4-5）占主導地位時，被蝕刻后的紋理表面呈現啞白色的效果；反應式（4-3）、反應式（4-4）占主導地位時，被蝕刻后的紋理光度較低并呈現灰白色表面效果；

在溶液中加入一些氧化性離子會使上述反應變得復雜；比如在溶液中加入 適量過氧化合物，還存在如下反應：

3H2O2+2Al=Al2O3+3H2O         （4-6）

顯然，這一反應的加入使鋁型材表面氧化膜層更易形成，從而可得到更大粗糙度，并實現對鋁型材蝕刻速度的控制；在實際生產中，控制合適的酸度、過氧化物濃度和溫度，其效果也確實如此；

如果在溶液中加入另一些氧化劑，如硝酸鹽、鉻酸鹽等，將會明顯降低對鋁的蝕刻速度；這是由于這些氧化劑使鋁型材表面鈍化作用加速，并更易形成較厚的鈍化層，阻止蝕刻液對鋁型材表面的腐蝕作用；特別是加入適量的硝酸鹽，還能使紋理呈現較好的光澤，添加少量的鉻酐也能使表面呈現出啞白效果；

從以上反應式可以看出，在酸性氟化物紋理蝕刻液中，溶液中變化較大的成分主要是氫離子和氟離子；氫離子濃度的上升和降低導致蝕刻液pH值變化，從而影響鋁型材在蝕刻液中的反應速度，并影響紋理的粗糙度；氟離子的消耗使溶液滲透能力減弱，蝕刻速度變慢，紋理均勻度降低甚至不能形成紋理；理論上，只要向溶液中補充被消耗的氫離子和氟離子，溶液即可得到再生；在實際應用中也可以通過對氟的補充和對溶液pH值的調整來達到舊液再生的目的；

在反應式（4-2）和反應式（4-5）中，鋁和氟生成難溶的三氟化鋁是為了便于分析；而在實際生產過程中視加入氟化物的形式不同而有較大差異；比如，溶液中氟以氟化氫銨的形式加入則反應式為：

6NH4HF2+2Al=2（NH4）3alF6↓+3H2↑ （4-7）

同時在蝕刻液中還有以溶解狀態存在的六氟絡鋁離子，這種可溶性的氟鋁絡離子濃度隨著溶液pH值不同和氟化氫銨含量的高低及溫度不同而異；關于這一問題放在后面討論；對于酸性含氟紋理蝕刻液中酸度值的變化，根據溶液組成和加工條件不同而有一定差異；如果僅從上面反應式來看，溶液中氫離子被消耗，溶液pH值上升；但在實際生產中未必如此；一方面，在反應過程中，一部分鋁型材和氟化物形成難溶性的鋁氟化合物；另一方面，含氟紋理蝕刻劑酸度都較低，鋁離子也會以某種難溶性堿式化合物的形式沉淀；則會存在以下化學反應：

Al^3+3H2O=Al（OH）3↓+3H^+         （4-8）

AlCl3+3H2O=Al（OH）3↓+3H^++3Cl^-   （4-9）

反應式（4-8）和反應式（4-9）的進行都將導致溶液氫離子濃度升高，使溶液pH值降低；當溶液的起始酸度較高，比如pH值在2以下，則可能沒有反應式（4-8）和反應式（4-9）的出現；但過低的pH值對鋁型材表面紋理蝕刻不利，同時也不經濟，關于這一問題同樣留待后面再行討論；