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鋁合金的蝕刻原理及組成

    鋁合金的蝕刻主要用于航空工業(yè)和航天工業(yè)的鋁合金零件的化學(xué)加工。早期鋁的化學(xué)蝕刻，在美國(guó)較廣泛采用的腐蝕劑是氫氟酸和踐Cr0‘為基礎(chǔ)的棍酸蝕刻液，由于從Cro,成本高，同時(shí)H2 Cr0。對(duì)環(huán)境的污染重，隨后英國(guó)人采用氫氟酸和HNO3為基礎(chǔ)的棍酸蝕刻液。在腐蝕劑中加入氧化性酸的首要目的，是為了把化學(xué)蝕刻過(guò)程中產(chǎn)生的氫轉(zhuǎn)化為水，以v免任何同氫脆有關(guān)聯(lián)的間題發(fā)生，因?yàn)殇X在蝕刻過(guò)程較容易出現(xiàn)氫脆間題。

在以氫氟酸為基礎(chǔ)的蝕刻液中鐵和氫氟酸的化學(xué)反應(yīng);

                        6HF+Ti=H2TiF, +2H2 r               (5一75)

    從反應(yīng)式(5一，5)可以看出，隨著鋁的蝕刻有大量的H:產(chǎn)生。每蝕刻1 mol鋁即有2moI氫氣產(chǎn)生，或者說(shuō)每蝕刻lg鋁即有0.66L氫氣產(chǎn)生。產(chǎn)生的氫氣會(huì)吸附在金屬表面并滲透到金屬基體，對(duì)金屬的力學(xué)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在蝕刻液中添加氧化性酸，比如Cr03 , HN03就可以和剛產(chǎn)生的原子氫反應(yīng)生成水和相應(yīng)氧化酸的還原產(chǎn)物。反應(yīng)式如下:

                  3Ti.+30HF +4Cr033H2TiF6 +4CrF,+12H2,0      (5一76)

                    Ti +6HF +4HN03=H2TiF6 +4N02 +4H2O       (5一77)

    在蝕刻加工過(guò)程中這幾種反應(yīng)都在同時(shí)進(jìn)行，但隨著蝕刻液中氧化性酸濃度的增高，后面的反應(yīng)逐漸占優(yōu)勢(shì)，使鐵表面吸附的氫減少。在實(shí)際生產(chǎn)中，都采用氫氟酸和HNO,組成的蝕刻液，但以HN03為氧化性酸的蝕刻液會(huì)有氮氧化物的大量揮發(fā)，從反應(yīng)式(5一77)中可以看出，每蝕刻l mot鐵即有4mol氮氧化物的產(chǎn)生.這種氮氧化物毒性很大，一方面對(duì)操作人員身體造成毒害，另一方面也對(duì)環(huán)境造成大量污染。通用的作法是在蝕刻液中添加x素來(lái)對(duì)蝕刻液進(jìn)行改進(jìn)，因?yàn)樵晁啬芰⒓赐�二氧化氮反�?yīng)。

    著者在進(jìn)行鋁蝕刻時(shí)，通過(guò)向蝕刻液中添加NH4 HF2或NH4NOz都能有效地舒緩氮氧化物的產(chǎn)生。在配制這類蝕刻液時(shí).大多數(shù)情況都是采用NH, HF2來(lái)提供有效濃度的F一。這樣就不必再額外加人NH, NO,之類的按鹽。在配制時(shí)[F一」/[ N03-〕= 1.8一2.2,比值加大，蝕刻速度降低，表面粗糙度增加，如果過(guò)高，將出現(xiàn)點(diǎn)蝕或蝕刻條紋、蝕刻溝槽等。比值降低，蝕刻速度加快，但易使蝕刻面產(chǎn)生凹陷現(xiàn)象，也易產(chǎn)生不均勻的蝕刻現(xiàn)象。

過(guò)低的比值將使蝕刻液中游離氫的含量加大，易使氫吸附于鋁表面并滲人鐵金屬基體，產(chǎn)生氫脆。

    采用氫氟酸和HNO,配制的蝕刻液，在不銹鋼蝕刻過(guò)程中要注意對(duì)溫度的控制，因?yàn)樵谳^高溫度情況下，更利于氮氧化物的揮發(fā)，同時(shí)在高溫情況下添加脈素亦會(huì)同HNO,反應(yīng)，使HNO，無(wú)效損失加大。而用NH, HF2和HNO3配制的蝕刻液可以在較高的溫度下進(jìn)行蝕刻加工，亦不會(huì)有大量氮氧化物的產(chǎn)生。在蝕刻液加人大量氧化性酸除上述原因外，還有第二個(gè)原因:實(shí)驗(yàn)表明，在蝕刻液中有氧化性酸時(shí)，可以得到非常好的表面光澤度。

    對(duì)鋁合金的蝕刻不同于銘侖金的蝕刻，鋁合會(huì)的蝕刻，同一蝕刻液對(duì)多種鋁合金都是有效的。但不同型號(hào)的鋁合金往往需要對(duì)蝕刻液進(jìn)行調(diào)整才能得到滿意的蝕刻效果。