Внешний вид и срок службы алюминиевого изделия во многом зависит от механической и химической обработки его поверхности, которые производятся перед окончательным покрытием. Выбор покрытия зависит от начального состояния поверхности, способа производства изделия и соответствующей для того или иного варианта обработки изделия. В данном разделе мы познакомим Вас с механической обработкой поверхности; в последующих  Вы так же сможете узнать и о химических способах обработки.
Метод механического травления может использоваться для различных целей, а именно:

1.Удаление царапин, впадин или других поверхностных дефектов и получение гладкой или блестящей поверхности. Это достигается путем различных шлифовочных операций с целью уничтожения выступающих областей неровной поверхности, или путем срезания абразива, либо путем заливки поверхности металла тонким аморфным слоем. Если речь идет об изделиях малого размера, то можно добиться значительной экономии путем одновременной обработки большого количества изделий в полировочных барабанах или в вибрационных установках.

Поверхности, прошедшие механическую шлифовку далее могут оставаться без защиты, как, например, в случае с алюминиевой кухонной посудой, либо покрываются лаком или анодируются для увеличения их коррозийной стойкости. Во избежание получения «глянцевой» поверхности можно применить крацевание, за которым следует анодирование или покрытие лаком, однако чаще всего для металла в исходном состоянии используется сатинирование без полировки.

Механическая полировка так же может применяться в качестве предварительной обработки перед гальванопокрытием. Например, при производстве алюминиевых отражателей перед нанесением гальванопокрытия высокочистый металл подвергается механической полировки до достижения максимального качества обработки.

2. Подготовка шероховатого литья для полировки, анодирования, органического покрытия и т.д. Пескоструйная обработка,металлоструйная обработка и дробеструйная обработка так же используется для получения чистой, шероховатой поверхности, годной для непосредственного нанесения на нее краски и распыляемого металла, который имеет свойство прилипать к подобной «ребристой» поверхности. Вышеуказанные типы обработки могут так же применяться для «подсветки» поверхности или в качестве предварительной обработки перед крацеванием. В качестве альтернативы, прошедшие пескоструйную обработку поверхности могут иметь привлекательный матовый вид, а затем для создания защиты их можно проанодировать или покрыть лаком. Если перед полировкой поверхность подвергается пескоструйной очистке, то в этом случае так же необходимо произвести ее закалку.

Применение струйной очистки обеспечивает химическую чистоту поверхности. Если в процессе эксплуатации на поверхности не должны оставаться отпечатки пальцев или другие подобные типы загрязнения, то в этом случае можно отказаться от очистки перед органическим покрытием. Дробеструйная очистка так же оказывает положительный эффект на коррозийную стойкость и механический свойства путем удаления поверхностных трещин, затвердения поверхности металла и добавления нового слоя, который принимает на себя сжимающее напряжение.

3. Дизайн и текстура поверхности. Рифление, ковка, вальцевание, придание яркости и т.д.позволяют последующее нанесение лака или анодирование, полное или частичное покрытие эмалью, в зависимости от необходимого конечного результата.

Последовательность операций, предшествующих конечной отделке поверхности может сильно варьироваться в зависимости от типа изделия и от типа конечной отделки. Собственно сами механические операции, которые производятся во всех этих случаях, являются достаточно стандартными.

Дробеструйная очистка и металлоструйная обработка имеет достаточное ограниченное применение в алюминиевой промышленности и используются для очистки или декоративной отделки поверхности.Данный процесс особенно хорошо подходит для рифления с целью последующего нанесения окраски. Наиболее для этой цели подходят плавленый глинозём и или полистироловые
шарики. Считается, что стальной абразив не очень хорошо подходит для данной цели, так как остатки чёрного металл могут привести к появлению коррозии.

Абразив может входить в контакт с поверхностью с вращающегося круга или с помощью сжатого воздуха. Для этой цели существует целый ряд специализированного оборудования, которое включает в себя шкафы с окнами и рукавами, через которые оператор может осуществлять управление работой установки, машины барабанного типа, в которых обрабатываемые детали вращаются и параллельно подвергаются струйной очистке, а так же непрерывно, автоматические и полуавтоматическое оборудование. Для получения высококачественной глянцевой обработки поверхности можно так же использовать пароструйную обработку, при которой для получения глянцевой отделки используется взвешенный в воде мелкий абразив; а затем материал можно подвергнуть анодированию. Для декоративной или художественной отделкипредметов домашнего обихода и архитектурных элементов может использоваться струйная обработка в сочетании с полировкой, после чего поверхность может быть подвергнута анодированию.

Абразивная струйная обработка имеет большое значение при осуществлении механической обработки алюминиевых сплавов, подверженных серьезной нагрузке или усталости, как, например, в аэрокосмической промышленности. Метод дробеструйного упрочнения используется для нагартовывания металлической поверхности, а ударная нагрузка предотвращает распространение трещин, которые могут возникать из локальных поверхностных лёток и дефектов таких элементов, как основания кривошипа, поршни и несущие элементы самолетного шасси. В этом случае поверхности сообщается сжимающее напряжение, что может вдвое увеличить усталостную долговечность деталей, подверженных действию переменной нагрузки.

На цвет конечной отделки может оказывать влияние используемый материал. Светло-серый цвет может быть получен путем струйной очистки кварцевым песком (его использование не рекомендуется ввиду его неблагоприятного действия на здоровье человека), с помощью карбида можно добиться темно-серого оттенка поверхности. Фактическая текстура поверхности зависит от воздушного давления (скорость струи), размера насадки, размера дроби, а так же расстояния и угла насадки по отношению к заготовке. Эти факторы в основном определяются исходя из предшествующего опыта, а так же методом проб и ошибок. Для получения поверхности с низкой шероховатостью необходимо использовать низкое давление, увеличенный размер насадки и мелкий абразив.

Струйная обработка позволяет получать химически чистую поверхность, что позволяет не производить дополнительной очистки перед анодированием, однако следует помнить, что для достижения подобного эффекта все операции должны производится
непрерывно одна за другой, а так же о необходимости принятия некоторых особых мер во избежание отпечатков пальцев и другого загрязнения поверхности.

Операции по механической полировке можно условно разделить на 5 этапов, причем в процессе практического использования могут применяться как все, так и только некоторые из них. В зависимости от характера работы может быть целесообразно выполнение их вручную или же в автоматическом режиме.

Для полировки труб и листов существуют автоматические полировочные машины, которые могут специально проектироваться для различных кованых или литых форм и конечных продуктов. Фактически автоматическая и ручная работа ничем не отличаются друг от друга, однако получение зеркальной поверхности невозможно путем применения сугубо автоматической полировки. Перед произведением предварительных автоматических операций по черновой обработке необходима тщательная предварительная проверка поверхности, при этом первоначальным требованием является наличие металла хорошего качества. Машины, настроенные на равномерную полировку поверхности, не в состоянии справится с глубокими царапинами или лунками. Поэтому для получения высокого качества конечной продукции рекомендуется дополнять автоматическую полировку ручной. Автоматические машины не способны населективный подход к работе и применяют одни и те же параметры полировки ко всей поверхности независимо от наличия отдельных неравномерных дефектов.

Если в дальнейшем предполагается производить анодную обработку изделия или нанесение гальванопокрытия, то в этом случае особенно важным является предварительное состояние этого изделия. При производстве некоторых литейных сплавов достаточно тяжело бывает избежать появления пор, что делает их непригодными для гальванопокрытия. Однако если пористость наблюдается только на поверхности материала, то ее можно ликвидировать путем механической обработки, которая удаляет дефектный верхний слой и обеспечивает заливку металла, закрывая, таким образом, поры. При ремонте литых изделий в них иногда высверливаются отверстия, где нарезается резьба для последующей установки пробок с резьбой, изготовленных из того же самого материала. Затем они упрочняются с помощью наклепа для обеспечения стабильного положения и грунтуются. При работе с подобными литыми изделиями необходимо соблюдать аккуратность во избежание неравномерного травления, так же необходимо помнить о том, что все операции должны осуществляться непрерывно одна за другой, во избежание появления локальной коррозии.

Разница в составе сплава может в результате проявиться в разнице текстур при механической полировке, например, когда в одном и том же изделии встречаются различные сплавы, или если одни и те же сплавы были произведены различными способами. Это очень важно с практической точки зрения, однако применимо в основном для зеркальной отделки больших плоских поверхностей. С другой стороны, материалы, которые имеют высокуютвердость благодаря их составу или предварительной тепловой обработки, нагартовки и т.д гораздо тяжелее поддаются полировке, чем чистый алюминий или более мягкие сплавы.Например, сплавам, содержащим большую часть кремния, гораздо труднее придать блеск, чем простым сплавам алюминия и марганца.

Согласно работам ученого Бенсона 1 листовые сплавы1100, 3003 и 5005 и экструзионный сплав 6063 особенно хорошо подходят для механической полировки, тогда как для получения высококачественной зеркальной отделки рекомендуются листы5357 и 5457 и экструзии 5357 и 6463.

Теория и практика процесса полировки в подробностях была рассмотрена в работе, написанной В. Буркатом и К. Шмотцом2. Правда, что касается точных механизмов полировки, то о них все еще нельзя говорить с уверенностью. Согласно одному из взглядов, основной задачей шлифовки и полировки является удаление последовательно все более тонких слоев металла вплоть до достижения необходимого блеска. Согласно другому существующему взгляду, на конечной стадии полировки шероховатость металла смещается с максимума на минимум с образованием слоя «Бейлби»,о котором велось уже множество дискуссий, и который представляет собой аморфный металл или металл с очень мелкими кристаллам. Это происходит, скорее всего, с помощью механизма пластической деформации, а не вязкого течения, о котором говорил Бейлби. Исследования с помощью электронного микроскопа показали, что верхние слои полированной поверхности ломаются или разупорядочиваются
до очень мелкой кристаллической структуры: было показано, что в процессе полировки и шлифовки могут быть достигнуты значения температуры500-1000°C.

Самюэль3 весьма лаконично описывает эффект, производимый механической обработкой на металлическую поверхность. Он разделяет самый верхний фрагментированный слой, где кристаллы основания разбиваются на очень мелкие субзерна в результате сильной пластиковой деформации, и гораздо более толстый нижний слой, где деформация не столь сильна, т.е. чем больше глубина, тем меньше нагрузка.

Работы подобного типа фактически не проводились на алюминии, однако Вачер4 сумел измерить глубину слоя, подверженного пластической деформации в процессе шлифовки чистого алюминия для изготовления коммерческой продукции (Таблица 2-1). Несмотря на то, что в сфере полировки алюминия существует еще множество белых пятен, общая природа процесса полировки уже может быть понята в общих чертах.

Таблица 2-1

Глубина деформируемого слоя в поликристаллическом коммерчески чистом алюминии, определяемая методом дифракции рентгеновских лучей.

Были сделаны попытки уточнения этих сведений 5 путемизучения влияния на результаты полировки алюминия используемоготипа смазки, абразива, нажима при шлифовки, скорости, материи и начального состояния поверхности . На состояние полированной поверхности во многом оказывали влияние материалы и используемые методы обработки. В таблице  приведены примеры типичных размеров дроби оксида алюминия для различных методов полировки алюминия.

Типичные размеры абразива оксид алюминия, используемые для различных целей.

*Первый этап не является необходимым в тех случаях, когда предполагается многоэтапное бандажирование, в зависимости от шероховатости поверхности

** Обычно используется смазка или масло

Иногда отмечаются отличия свойств полированной поверхности от свойств исходного материала,например, более высокая коррозийная стойкость. Однако, как показали исследования, проведенные Ситр и Самуэлем
, такие явления, как слои течения и фрагментация, появляющиеся в результате полировки, являются скорее нежелательными и могут перерасти в серьезные проблемы в процессе последующего покрытия или отделки. Например, в процессе исследований был подтвержден то факт, что путем включения в карбоксильную группу радиоактивного углерода-14 можно добиться поверхностной реакции между стеариновой кислотой, входящей в состав полировочного состава и алюминиевой поверхностью.

Имеются так же результаты еще одного достаточно интересного исследования, касающегося влияния полировки на поверхность металла, проведенного Крузеншетрном и Хэнтчелем, которые измерили глубину, на которую полировочный состав проникает в поверхность. Это было сделано путем анализа слоев, последовательно удаляемых путем поочередного (послойного) анодирования и технологии очитски.

Глубина проникновения зависит от состава сплава, и, в общем, на глубине3-5 микрон (0.12-0.2 мил) был отмечен достаточно большой объем железа из состава крокуса. С другой стороны, отклонение скорости полировки от ее обычного значения 8000 футов поверхности в минуту (40 м/с) или увеличение давления на полировочный круг до значения, при котором происходит перегревание поверхности, оказывает слабое или нулевое влияние на глубину проникновения чужеродной материи из полировочного состава в поверхность алюминия.

Пять этапов процесса полировки чаще всего могут быть описаны посредством следующих терминов:

1.Шлифовка

2.Грубая полировка (или «черновая обработка» или « грубое образование полосчатой структуры».

3.Обработка матерчатым кругом со смазкой (или «смазка» или «чистовое образование полосчатой структуры»)

4.Обработка эластичным полировальным кругом, матерчатым кругом или полировка

5.Окончательная отделка (или «тонировка»).

Эти термины могут показаться не совсем логичными или не отражающими реальную ситуацию, однако они используются в промышленности уже на протяжении многих лет. Система условных обозначений может быть различной в различных странах, и эти термины могут означать различные вещив различных отраслях промышленности, и даже в различных промышленных компаниях. В частности термин «Тонировка», которым обозначается механическая полировка может ввести человека в заблуждение, так как он обозначает изменение серого оттенкаметалла с темно серого на светло серый.

При работе с неровной поверхностью, на которой имеются глубокие царапины, в частности при обработке изделий, отлитых в песчаные формы, зачастую может потребоваться шлифовка поверхности, при которой шлифовальные круги подвергаются специальной обработке, например, заполняются воском для предотвращения нагрузки, которые алюминиевые частицы оказывают на абразивную поверхность и во избежание проявления эффекта «шероховатого глянцевания». Используемым абразивным материалом в данном случае является карбид кремния с зерном 20 – 60. В качестве альтернативы иногда используется окись алюминия при помощи круга с нанесенным на него абразивным покрытием.

Окружная скорость круга является довольно низкой и в любом случае должна находится в диапазоне от 1,500 – до 4,000 футов в минуту (460-1220 м/мин). Необходимо следить за тем, чтобы ни в коем случае не наступило перегревание или наволакивание поверхности, но, несмотря на это сухая шлифовка все же является более предпочтительной, чем использование смазочных материалов.

Для шлифовки жестко анодированного алюминия9 наиболее всего подходит карбид кремния с зерном 80 – 100.

Данная операция может выполняться для многих изделий, изготовленных методом литья в песчаные формы, а так же литья с кокилем и для кованых профилей. Она выполняется с помощью подготовительных полировальных кругов 1.5 – 4 дюйма (примерно 40 100 мм) в толщину, при этом их диаметр может варьироваться в диапазоне 6-20 дюймов (0.15 – 0.5 м). Окружная скорость в этом случае обычно составляет 5.000 – 6.000 футов в минуту (1524-1829 м/мин), однако в некоторых случаях успешно используются скорости до 10.000 футов в минуту (3048 м/мин). Для необработанного литья может потребоваться последовательная обработка наждаком № 60 – 100, или же дробью плавленого оксида алюминия 60 – 120 меш. Круги во избежание перегрева смазываются специальной мазью, с или без добавок животного или растительного жира. Необходимо, правда, следить за тем, чтобы смазочный материал не впитывался в металл, так как его миграция на поверхность на последующих этапах обработки может привести к ее загрязнению.

Для искривленных поверхностей и нестандартных профилей весьма важным фактором является гибкость, поэтому войлочный круг с наждаком может быть заменен матерчатым полировальным кругом с адгезивным и абразивным покрытием, например, наждак или «Алоксит» (торговое название плавленого глинозёма). Грубая обработка может так же выполняться с помощью кругов, сделанных из войлока, облицованных кожей или войлоком. В качестве альтернативы могут быть так же предложены гибкие бумажные круги с оксидом алюминия. Материал круга может выбираться индивидуально для каждого случая, с учетом характера выполняемых работ.

В настоящее время все чаще вместо наждака или кругов«Алоксит» используется метод обратной полировки. Этот тип оборудования нашел широкое применение в последние годы. В этих машинах используется бесконечная лента, с одной стороны покрытая абразивным материалом и движущаяся при помощи 2-х шкивов. Оператор работает на переднем шкиве (называемом контактным кругом). По сравнению с системой полировочного круга, можно отметить использование большой абразивной поверхности совмещаемой с простотой производства, а так же более дешевые операции по замене круга и нанесения на него покрытия.

Хенли предложил использование полировочной ленты длиной 9 футов и шириной 4 дюйма (примерно 3 м на 100 мм), т.е. площадь полировки составляет 3 квадратных фута (0.28 м2). При этом он установил, что лучшие характеристики теплоотдачи по сравнению с полировкой наждаком обеспечивают меньший уровень риск перегревания и позволяют избежать времяёмкого процесса правки круга. Все большее распространение получает современная тенденция использования каучука вместо животного клея для соединения плавленого глинозема и матерчатых ремней.

Использование абразивных смесей без смазки является более предпочтительным, чем использование смеси со смазкой, особенно в тех случаях, когда поверхность не требует предварительной очистки перед лакировкой. Используемый в этом случае размер зерен равен 80, 100, 120, 180 или 240, а необходимые смазочные материалы включают колесную смазку, животный жир, растительный жир и машинное масло или пасты, состоящие из парафина или терпентина. «Сухая» полировка алюминия нежелательна.

На третьем полировочным этапе, называемом полировка со смазкой, используется более мелкий абразив и более мягкий полировочный круг. В этом случае могут быть использованы круги из войлока с воздушным охлаждением, простроченные круги, круги с косой обрезкой,хлопчатобумажные круги и простроченные диски, облицованные наждаком с ячейкой 100-240 или Алоксит, при этом материал должен выбираться исходя из необходимого значения твердости. При выполнении данной операции всегда используются смазочные материалы, они могут включать в себя колесную смазку, масла, воск или их комбинацию. Окружная скорость в данном случае так же равна, или немного выше, чем скорость, применяемая при черновой обработке, здесь так же необходимо следить за температурой, дабы избежать перегрева, - это является весьма важным фактором, как для обрабатываемой детали, так и для кругов.При обработке изделий, изготовленных методом литья под давлением и продукции, получаемой методом машинной обработки, первым этапом может стать полировка с помощью смазки.

Этап полировки с помощью смазки в настоящее время часто выполняется с помощью машин с обратным абразивным ремнем, таких же, как и те, которые используется для грубой полировки, однако с более мелким размером зерна и более гибкими контактными кругами.

Если в процессе полировки с помощью смазки наступил перегрев поверхности, то подобную поверхность необходимо подвергнуть легкому травлению разбавленным раствором гидроксида натрия, за которым следует пропитка азотной кислотой, после чего в качестве подготовки к обработке матерчатым полировальным кругом деталь подвергается промывке в теплой воде и сушке.

Операция известная, как полировка матерчатым кругом, обработка матерчатым кругом или полировка предназначена для уничтожения абразивных дефектови получения гладкой блестящей поверхности. Полировка матерчатым кругом больше, чем другие подобные операции зависит от искусства и опыта оператора. Важными факторами, которые должны в индивидуальном порядке подбираться для каждого из случаев, является волокнистая структура и твердость материи для шлифовки, ее состав, а так же скорость вращения круга и нажим. Для многих листовых и клепаных продуктов, которые не требуют черновой обработки или полировки со смазкой, данная операция может стать первым этапом обработки. Твердость матерчатого круга так же может регулироваться путем установки разделителей между большими дисками, из которых состоит эластичный полировальный круг или путем обработки материи или соответствующей пропитки.

Чаще всего используется значение скорости вращения круга 7000-8500 футов в минуту (2150-2560 м/мин). При полировке алюминия матерчатым кругом необходимо следить за тем, чтобы на полировочном круге не скапливались частицы металла, так как это может привести к абразивному истиранию поверхности. Следует также избегать внедрения абразивных частиц в металл, особенно в тех случаях, когда на деталь наносится гальваническое покрытие, или она подвергается электрополировке или анодной доводке. В настоящее время на рынке имеется большое количество полировочных составов, которые сильно отличаются по типу и размерам зерна, также по используемому смазочному и связующему веществу. Если деталь подлежит анодированию, то очень важно избегать использования составов, содержащих окись железа, таких как крокус, так как даже небольшое количество железа может привести к получению неравномерного или мутного анодного покрытия.

Одной из достаточно успешных немецких разработок является использование в полировочных составах кремния, так как это позволяет уменьшить время полировки и увеличить отражательную способность поверхности, а так же упрощает удаление полировочного состава при паровой очистке.

Особенно важную роль размер зерна абразивного материала играет на конечной стадии полировки. Если оно слишком крупное, то наросты будут срезаться, а не полироваться12
, в результате чего на детали может появится
налет.

Важно помнить, что увеличение скорости круга может потребовать одновременного увеличения эффективной твердости круга. Твердый матерчатый круг режет материал, а не полируетего, поэтому для отожженного алюминия требуется более мягкая полировка с меньшей скоростью вращения полировочного круга. При использовании полировочных машин, не имеющих встроенной функции регулировки скорости шпинделя, изменения скорости полировки можно добиться путем изменения диаметра круга. Скорость полировки также влияет и на температуру поверхности. Поверхность легко нагревается до температуры 200 ºС, а в некоторых точках она может подниматься до 500-100 ºС. Длительное воздействие высокой температуры приводит к разрушению кристаллической решетки, что становится особенно заметным после анодирования поверхности.

При полировке литых изделий, важным фактором является пористость. Во избежание наволакивания пор при полировке матерчатым кругом, необходима соответствующая шлифовка, при этом полировка поверхности должна производиться в обоих направлениях.

Особое внимание необходимо обращать на поверхности, подлежащие электрополировке. Вытягивание поверхности, происходящее при полировке матерчатым кругом, может привести к появлению выемок в результате электрополировки, и чтобы избежать этого, необходимо использовать низкую скорость вращения круга и его корректную конструкцию. При полировке плакированного алюминия высокой степени очистки, важным является не разрезать оболочку (плакирование). Места разреза оболочки будут выделяться темным цветом, и иметь низкую отражательную способность, подобные изделия, как правило, бракуются. Локальный перегрев поверхности, который происходит в результате слишком высокого давления на эту поверхность полировального круга, может привести к появлению мутных пятен, которые не так легко удалить даже с помощью тонировки. В этом случае для уменьшения давления полировального круга на поверхность можно использовать более мягкий эластичный круг.

После завершения полировки эластичным кругом стандартная деталь обычно подвергается очистке с помощью какого-либо органического очищающего состава, типа трихлорэтилена, однако при наличии такой возможности очиститель на основе растворителя следует заменять на очиститель на водной основе. Отражающие поверхности, изготовленные из высокочистого или плакированного алюминия, часто обрабатываются в разбавленном растворе гидроксида
натрия с целью удаления чужеродных частиц перед тонировкой. При использовании данного типа обработки, изделие на 30-60 секунд погружается в разбавленный раствор гидроксида натрия, имеющий температуру 50-60 ºС. В качестве альтернативы можно использовать хромовую или серную кислоту.

Заключительной операцией после полировки эластичным кругом является отделка. Целью данной операции является добиться от металла максимальной яркости и отражательных свойств. На этом этапе не происходит удаления металла. Используется мягкая фланелевая материя. В качестве полировочного состава может использоваться мелкозернистая кальцированная
окись алюминия. Иногда в процессе данной операции или после нее также применяется некоторое количество венской извести. Мягкая тонировка применяется для всех поверхностей, требующих зеркальной отделки.

Очевидно, что четкого разделения полировочных операций не существует, поэтому и используемая терминология может показаться не достаточно определенной. Приведенные здесь инструкции являются скорее общим руководством, на практике количество и качество операций по обработке должно определятся для каждого изделия в индивидуальном порядке в зависимости от его формы, твердости, способа производства, поверхности и необходимой доводки.Этапы некоторых типичных операций приведены в таблице 2-3.

Таблица 2-3.

Типичная последовательность этапов полировки.

* Данные операции могут быть исключены из процесса.