創新鑄造鋁合金零件拋光技術：材料世界網

周宜欣、甘金相 / 國家原子能科技研究院；顏溪成 / 台灣大學化工系

鋁及其合金在各個領域之應用具有重要性，工業鑄造鋁合金零件可能出現表面瑕疵，需透過拋光過程解決此缺陷。鑄造鋁合金拋光屬於工業材料精進技術，常見方法包括：機械拋光、電解拋光和化學拋光。本研究針對鑄造鋁合金進行新式電解拋光，能顯著改善鑄造鋁合金的表面粗糙度，獲得最佳拋光條件，鑄造鋁合金零件表面粗糙度自38.5 nm大幅下降為0.44 nm。在全球淨零永續趨勢下，透過開發新技術回收利用鋁合金，可以減少能源消耗和二氧化碳排放，對於實現鋁資源的可持續利用至關重要，同時能夠降低鋁製造過程之能源消耗與二氧化碳排放，以滿足環境保護和未來資源需求。

【內文精選】

鑄造鋁合金拋光技術

鑄造鋁合金拋光屬於工業材料精進技術，常見拋光方法包含機械拋光、電解拋光和化學拋光等。機械拋光使用研磨拋光，將鑄造鋁合金凸出部分去除，達表面平滑；電解拋光則利用電化學作用，溶解鑄造鋁合金表面凸出部分；化學拋光使用拋光漿液選擇性溶解合金表面之瑕疵，達表面明亮平滑效果，同時改善合金機械損傷層，提高合金機械強度。然而機械拋光僅適用於形狀簡單的合金產品，電解拋光則需大型設備和資金投入，化學拋光操作簡便、成本低且應用範圍廣，但具較高腐蝕性。

2. 電解拋光技術

電解拋光為一種電化學過程，經此處理過程，合金材料可獲得良好過氧化能力，形成耐腐蝕表面，並降低粗糙度，提高表面光澤亮度，實現奈米級均勻性，且有效適用於複雜幾何形狀之零件。合金鑄造技術不斷進步，零件表面之機械缺陷越來越少，若電解拋光方式配合簡單粗震，工件可很快獲得亮麗外觀，且充分縮短工時、增加產能。另外，電解技術可進一步改善工件表面之機械性質，如耐磨性、焊接性等，以滿足顧客之產品需求。

3. 化學拋光技術

化學拋光利用硝酸或磷酸等強酸溶液消耗合金表面原子層，經蝕刻、拋光消除最細微的磨擦痕跡，以獲得更平滑表面。此法用於拋光鑄造鋁合金，可提高其表面質量，並使其更具耐腐蝕性。藉由添加氧化劑於強酸溶液，可降低鋁的溶解速度，調節鑄造鋁合金侵蝕速率；鋁合金拋光過程之沉積銅通常有助於提高亮度，同時銅在鋁表面會形成一層固體膜，抑制過度蝕刻。然而此技術可能產生廢水和廢氣，後續需妥善處理與管理二次廢棄物，以確保環境維護及保護人類健康。

鑄造鋁合金零件之拋光程序研發

A356鑄造鋁合金為含銅、鎂和鈦Al-Si合金，廣泛應用於太空、醫療、製藥、食品、汽車和核工業等領域，各行業使用該合金的重要原因，乃因其高成型能力、良好焊接性、高抗拉強度及優異耐腐蝕性，其於壓縮性負載領域亦可商業化應用，如汽車引擎外殼。

1. 新式電解拋光程序

本研究執行新式電解拋光( Novel Electrolytic Polishing Method)，先施以化學前處理，潤濕脫脂洗淨鋁合金零件表面污漬，再施以電解拋光，綜判比較鋁合金零件最適拋光條件。鑄造鋁合金拋光後封孔方法，選用高溫加壓水蒸氣處理，以達最好耐蝕性。

2. 表面粗糙度分析

進行鑄造鋁合金拋光前後表面粗糙度分析，使用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope; AFM; Nanoscope IIIa, Digital Instruments)於常溫常壓量測原鑄造鋁合金零件與該零件經拋光處理之表面粗糙度。

3. 鑄造鋁合金表面拋光研究

將原鑄造鋁合金零件表面進行AFM粗糙度分析，其表面粗糙度38.5 nm，如圖二(a)。本研究歷時施加電流時間不同，觀察電解拋光鑄造鋁合金零件之表面粗糙度改善效果，瞭解鑄造鋁合金零件電解拋光90 sec，達較佳拋光表面粗糙度0.48 nm。為再強化鑄造鋁合金零件表面光澤度，先施以化學前處理，潤濕洗淨鋁合金零件表面污漬，再施以電解拋光，此程序稱為新式電解拋光，結果如表三，其中化學前處理120 sec，再電解拋光30 sec，鑄造鋁合金零件可達最佳拋光表面粗糙度0.44 nm，如圖二(b)。