简论铝材的化学清洗与化学浸蚀

2015-01-29 02:14王文忠
电镀与环保 2015年1期
关键词:脱脂油污配位

王文忠

(洛阳立微电子有限公司,河南 洛阳471003)

0 前言

铝材化学清洗及化学浸蚀的目的在于获得润湿、洁净、均匀的表面,以满足电镀、氧化、涂装加工的需要。

1 化学清洗

对于油污比较严重的工件,可先用溶剂(如三氯乙烯、汽油等)预处理,然后进行弱碱性或弱酸性化学脱脂。

1.1 弱碱性化学脱脂

对于机械抛光件,应在弱碱性除蜡水或超声波中除蜡后再化学脱脂。

(1)实例一

碳酸钠15~20g/L,焦磷酸钠10~15g/L,表面活性剂1~3g/L,60~80℃,3~5min。

表面活性剂由6501 及TX-10 组成,其具有较好的润湿、渗透、乳化及除蜡垢效果。但除蜡垢时温度应在70℃以上,使蜡软化,然后乳化去除。如用超声波,温度在50~70℃也可取得同样的效果。

焦磷酸钠具有较好的缓冲及表面活性作用。更重要的是,它能与许多金属离子配位成具有环状结构的可溶性配位物。如与钙、镁离子配位,可防止不溶性钙、镁皂化膜附在工件上。

(2)实例二

三聚磷酸钠50~70g/L,十二烷基硫酸钠5~10g/L,十二烷基苯磺酸钠5~10g/L,TX-10 3~5 g/L,25~50℃。

三聚磷酸钠对金属离子(Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+)有很好的配位作用,有利于除去固体污垢;作为助洗剂可与表面活性剂协同作用,提高乳化、润湿、渗透效果,增强常温脱脂效果。

1.2 弱酸性化学脱脂

对于表面油污较少、氧化膜较薄的铝制件,用酸性化学清洗,可在除去油污的同时对工件表面轻微腐蚀,除去表面氧化物。

(1)实例一

硫酸30~100mL/L,硝酸50~70mL/L,十二烷基苯磺酸钠5~10g/L,十二烷基硫酸钠0.05~0.15g/L,50~70℃,1~3min。

据介绍,在H2SO4-HNO3-表面活性剂系列的酸性除油剂中加入适量的Fe3+,可以促进油污及表面氧化物的去除。Fe3+本身不消耗,其反应如下:

Fe3+及硫酸与铝发生反应,都会对铝造成均匀腐蚀,同时产生的H2也加快了油污的去除。因此,酸性脱脂往往有双重作用,可以简化工序,避免碱性脱脂后难以清洗带来的麻烦。

(2)实例二

硝酸80~120 mL/L,OP-10 1~5g/L,磷酸10~15mL/L,常温,3~5min。

稀HNO3有较强的脱脂能力。对于铸铝件,HNO3可稍浓点,并加入适量的氟化氢铵或氢氟酸以除去含硅污垢。无机酸也可选用氨基磺酸,它的毒性小,对铝的腐蚀小,又是固体,一般多与稀HNO3配合使用。

2 化学浸蚀

铝件经过化学脱脂后,还需要进行化学浸蚀,以彻底去除工件表面的氧化物及油污,清除条纹、拉伤等缺陷,从而获得均匀一致的活化表面。

2.1 碱性化学浸蚀

2.1.1 碱浸蚀液的组成及浸蚀机制

铝及其合金在热NaOH 溶液中浸蚀,是应用最广泛的浸蚀方式。其典型浸蚀工艺一般为:NaOH 50~100g/L,配位剂5~10g/L,50~70℃,1~3 min。提高NaOH 的质量浓度,升高温度,会加快浸蚀速率。随着浸蚀的进行,铝离子积累到一定量会发生偏硅酸钠水解,所生成的Al(OH)3脱水形成Al2O3,集结于槽壁,加热管形成坚硬垢层,使浸蚀速率变慢。为了抑制铝垢的产生,人们开始研究加入配位剂。可供选择的配位剂多为羟基羧酸盐、氨羧配位剂(如葡萄糖酸钠、酒石酸钠、氨三乙酸、乙二胺四乙酸等),也可选用多元醇有机物(如甘油、山梨醇等)。加入配位剂后,抑制了Al(OH)3沉淀的产生,大大提高了槽液中铝的质量浓度。当Al3+达到120g/L时,浸蚀液变得很黏,使溶进和带出的Al3+量平衡。因此,人们称之为“永不废弃”的长寿碱浸蚀液。

2.1.2 中和与出光

铝件经碱性脱脂及碱浸蚀之后,需要出光,或称为中和处理。中和可除去残存在工件表面难以清洗的碱液。出光则是除去残留在工件表面的黑灰状疏松物,以获得清洁光亮且有钝化层的表面。中和与出光实为一种工艺,只是侧重点不同,因而通常只说碱蚀后出光,也称为除灰。

对于含铜铝合金,通常在体积分数为10%~25%的HNO3中浸1~3min除灰。对于含硅的铸铝件,则在VHNO3∶VHF=3∶1的混合液中除灰。在HNO3中铝处于钝化状态,很少被溶,而添加硅元素后则被溶解,反应式为:

2.2 酸浸蚀

人们在实践中发现:不经碱浸蚀可直接酸浸蚀,在酸浸蚀液中铝及其合金的损失小,一般不出现暗膜,浸蚀前须进行除油,浸蚀后可获得半光泽表面。根据铝及其合金材质的不同,选择不同的浸蚀剂。

对于经热处理的铝合金,可采用如下配方:CrO3175g/L,H2SO435g/L,60~70℃,30~120 s。对于含铜、锰、硅元素的铝合金,可在下列浸蚀液中进行轻微浸蚀:HF(40%)10%(体积),HNO3(密度为1.42g/cm3)10%(体积),水80%(体积)。

有时为了满足对铝材表面深度腐蚀,获得平滑而发白的效果,可以用氟化氢铵25g/L,硫酸铵15 g/L,常温浸泡2min;之后,用稀HNO3浸蚀出光。

此外,用氨基磺酸与稀HNO3配合,双氧水与稀HNO3配合,都可用于铝及其合金的浸蚀。

3 研究进展

近几年,在市场上出现了许多铝及其合金表面处理系列的添加剂。主要有具有脱脂、浸蚀、光亮“三合一”的酸性光亮脱脂清洗剂。它是以无机酸作浸蚀剂,具有钝化作用的氧化剂作光亮剂,高价金属离子作促进剂,复合型表面活性剂作脱脂剂,实现了脱脂、浸蚀、出光三位一体,减少了工序,提高了效率。对于长寿碱蚀剂也有许多改进,它含有配位剂、缓蚀剂及清洗助剂。所有铝材表面处理剂应根据铝及其合金的材质,结合质量要求、后续加工布局,合理设计出适合本单位需要的配方。

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