CN100497734C - 一种铝合金表面化学处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金表面化学处理方法属精细化工领域。该处理方法是将铝合金置于含高锰酸钾0.01~10克/升,硫酸钛0.01~5克/升,润湿剂十二烷基苯磺酸钠0.1~10克/升,pH值1~4,温度40~90℃的槽液中处理1~8分钟,再用沸水封闭20~30分钟,即可在铝合金表面上形成均匀致密、厚度一定的金黄色转化膜。该转化膜具有优越的耐蚀性能。本发明能够很好地解决现在铬酸盐溶液对铝合金表面处理时、处理后的产品或排放物含有六价铬,严重污染环境和危害人体健康等方面存在的问题,且耐蚀性与铬酸盐溶液处理后的耐蚀性相当。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金表面化学处理方法,通过化学处理在铝合金表面形成层片状致密的纳米金黄色氧化物薄膜,增强铝合金的耐腐蚀能力,是一种新型、高性能、绿色环保的铝合金耐蚀表面处理工艺与技术,属精细化工领域。
背景技术
铝是世界上产量和用量都仅次于钢铁的有色金属。随着现代科学技术日新月异不断向前发展以及新工业领域的不断涌现,铝的用途也越来越广泛,需求量与日俱增,在国民经济中发挥着越来越重要的作用。在我国现有124个产业中,有113个部门使用铝产品,占91%。其中在101个物资生产部门中,有96个部门消耗铝冶炼产品或压延产品,占95%。
铝合金具有质量轻、比强度高、热导率高、散热性佳等特点。铝合金作为轻型结构材料,质量轻、强度大,海、陆、空各种运载工具,特别是飞机、导弹、火箭、人造地球卫星等,均使用大量的铝,一架超音速飞机的用铝量占其自身重量的70%,一枚导弹用铝量占其总重量的10%以上;用铝和铝合金制造的各种车辆,可以减少能耗,其所节省的能量远远超过炼铝时所消耗的能量。铝的性价比对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具,以及汽车的缸盖与散热器都很有利。铝的毒性非常微小,通常用于制造盛食品和饮料的容器。近年来,铝箔在香烟、药品、食品的包装方面应用越来越广泛,已成为包装业的重要材料。
由于铝材料使用的暴露性,一般在使用之前,铝合金都须经过表面处理。因为铝是一种很活泼的金属,容易被环境中的腐蚀物质侵蚀,特别是铝合金更易造成电化学腐蚀。目前铝合金表面普遍采用的处理工艺主要有阳极氧化法和铬酸盐转化处理(见王成《铝合金钼酸盐转化膜研究》,《电镀与精饰》2001,23(1):8)。但阳极氧化需要恰当的挂具,还需要电源设备,处理较为繁琐。传统的铬酸盐处理虽然简单,膜的耐蚀性能较好,但由于处理液中含有对人体具有致癌作用的六价铬离子,而且六价铬离子处理不当会对环境造成严重的污染。铬是在美国环境保护局(EPA)最危险材料表中排名第17位的剧毒材料,一直被要求从工作中取消。动物试验研究表明,吸入的六价铬可导致动物肿瘤病发生。因此,美国环境保护局对使用六价铬有严格的空气排放要求和固体废弃物处置规定。美国职业健康安全委员会(OSHA)对工人所能暴露接触六价铬极限从50μg/m3减到1μg/m3。欧盟车辆报废指令已经对2002年7月1日后进入欧洲的每辆车作出最多只能使用2g六价铬的规定。另外,欧盟于2003年1月23日公布的《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》(ROHS)于2006年7月1日正式实施。根据该指令要求,2006年7月1日以后投放欧盟市场的电子和电气产品不得含有六价铬等有害物质(见郭瑞光《铝合金表面钛酸盐化学转化膜研究》,《电镀与涂饰》2006,25(1);46-48)。
随着国内外法律法规对六价铬使用的限制和人们环保意识的增强,开展代铬处理技术已成为当今研究的热点之一。如西安建筑科技大学环境与市政工程学院的郭瑞光(发明专利申请号200410026047,公开号1683590)提供了一种铝合金无铬化学转化液及使用方法。该发明的无铬化学转化液成份为硅酸盐、钛盐、过氧化物、氟化物、硫酸,虽然不含六价铬离子和铁氰化钾,但由于含有大量的氟离子,仍然对环境存在污染。
发明内容
发明目的:本发明提供了一种铝合金表面化学处理方法,其目的是解决现在对铝合金表面处理时、处理后的产品和处理液中含有毒、致癌的六价铬离子,对人体健康形成严重危害,对环境存在严重污染的问题。
本发明提供了一种铝合金表面化学处理方法包括打磨、化学除油、碱蚀、出光、化学处理、沸水封闭工艺步骤;各步处理之后都用去离子水漂洗;其特征在于,所述化学处理液的配方是每升溶液中含高锰酸钾0.01~10克、硫酸钛0.01~5克和润湿剂十二烷基苯磺酸钠0.1~10克,其余为去离子水;用硝酸或硫酸调节pH值在1~4范围内;将出光后的铝合金试样浸入该化学处理液,控制处理温度40~90℃与处理时间1~8分钟,进行化学处理。
具体的:铝合金表面化学处理方法包括打磨、化学除油、碱蚀、出光、化学处理、沸水封闭工艺步骤。
(1)打磨。用耐水砂纸依次打磨至800#。
(2)化学除油。首先配制化学除油剂,配方如下:
将上述去离子水以外的组份按配方比例分别溶于去离子水中,混合制得水溶液,装入容器中备用。将待处理的铝合金试样浸泡于上述水溶液中,保持溶液温度55~65℃,浸泡处理5~10分钟。
(3)碱蚀。将上述经化学除油的铝合金试样浸入50g/L氢氧化钠,保持温度55~65℃,处理时间5~10分钟。
(4)出光。将上述经化学除油的铝合金试样浸入200g/L硝酸,常温下处理1~8分钟。
(5)化学处理。其化学处理液配方为:
将去离子水以外的组份按配方分别以去离子水溶解,用硝酸或硫酸调节pH值在1~4范围内。将上述经出光的铝合金试样浸入化学处理液中,控制处理温度40~90℃与处理时间1~8分钟,进行化学处理。
(6)沸水封闭。将上述经化学处理后的铝合金试样浸入沸腾的去离子水中封闭20~30分钟,然后在空气中自然干燥即可。
以上(1)~(6)各步处理之后都必须用去离子水漂洗。
除了化学处理以外,其余步骤都是现有技术。
本发明相对现有技术,其优点如下:
本发明处理液由于不含六价铬(铬酸盐)及氟离子,不含剧毒的铁氰化钾,对环境没有污染;且处理液成份简单,易于控制,不含易分解成分,工艺稳定。
本发明所生成的保护膜为金黄色,色泽均匀,具有优良的表面质量。
本发明所制备的保护膜为层片状、致密、纳米氧化物薄膜,因而具有优越的耐蚀性能。
本发明原料易得,成本低,适于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的氧化物薄膜的20000倍扫描电镜图(在20kV下操作的日立S-4700型扫描电子显微镜)。
图2为实施例1制备的氧化物薄膜的80000倍扫描电镜图(在20kV下操作的日立S-4700型扫描电子显微镜)。
图3为实施例1制备的氧化物薄膜的X射线光电子能谱图(采用Thermo Electron公司生产的ESCALAB-250X射线光电子能谱仪)。
图4是实施例1所使用的LY12铝合金空白样、纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜、铬酸盐化学转化膜在3.5%NaCl溶液中的极化曲线比较。其中(1)空白试样,(2)铬酸盐化学转化膜,(3)纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜。
图5是实施例2所使用的LY12铝合金空白样、纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜、铬酸盐化学转化膜在3.5%NaCl溶液中的极化曲线比较。其中(1)空白试样,(2)铬酸盐化学转化膜,(3)纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜。
图6是实施例3所使用的LY12铝合金空白样、纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜、铬酸盐化学转化膜在3.5%NaCl溶液中的极化曲线比较。其中(1)空白试样,(2)铬酸盐化学转化膜,(3)纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜。
具体实施方式
作为对比实验的传统铬酸盐化学处理配方及工艺参数如下:
实施例1:
取20×70×2mmLY12铝合金试样待用。
(1)打磨。用耐水砂纸依次打磨至800#。
(2)化学除油。首先配制化学除油剂,配方如下:
将上述去离子水以外的组份按配方比例分别溶于去离子水中,混合制得水溶液,装入容器中备用。将待处理的铝合金试样浸泡于上述水溶液中,保持溶液温度55℃,浸泡处理5分钟。
(3)碱蚀。将上述经化学除油的铝合金试样浸入50g/L氢氧化钠,保持温度55℃,处理时间6分钟。
(4)出光。将上述经化学除油的铝合金试样浸入200g/L硝酸,常温下处理3分钟。
(5)化学处理。其化学处理液配方为:
将去离子水以外的组份按配方分别以去离子水溶解,用硝酸调节pH值为2.5。将上述经出光的铝合金试样浸入化学处理液中,控制处理温度60℃与处理时间3分钟,进行化学处理。
(6)沸水封闭。将上述经化学处理后的铝合金试样浸入沸腾的去离子水中封闭25分钟,然后在空气中自然干燥即可。
以上(1)~(6)各步处理之后都必须用去离子水漂洗。
从图1可看出该氧化物薄膜呈相互交叉的针状结构,非常致密。从图2可看出该氧化物薄膜为层片状结构,片层的平均厚度为20nm左右。图3所示X射线光电子能谱分析表明,氧化物薄膜的主要成分为氧、铝、碳、锰、钛。测得的极化曲线如图4所示。可看出电化学方法得到的纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜比铬酸盐化学转化膜和空白试样的维钝电流密度都要小,这就说明本发明得到的纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜耐蚀性更高。
实施例2:
取20×70×2mmLY12铝合金试样待用。
(1)打磨。用耐水砂纸依次打磨至800#。
(2)化学除油。首先配制化学除油剂,配方如下:
将上述去离子水以外的组份按配方比例分别溶于去离子水中,混合制得水溶液,装入容器中备用。将待处理的铝合金试样浸泡于上述水溶液中,保持溶液温度55℃,浸泡处理5分钟。
(3)碱蚀。将上述经化学除油的铝合金试样浸入50g/L氢氧化钠,保持温度55℃,处理时间6分钟。
(4)出光。将上述经化学除油的铝合金试样浸入200g/L硝酸,常温下处理3分钟。
(5)化学处理。其化学处理液配方为:
将去离子水以外的组份按配方分别以去离子水溶解,用硫酸调节pH值为4。将上述经出光的铝合金试样浸入化学处理液,控制处理温度40℃与处理时间1分钟,进行化学处理。
(6)沸水封闭。将上述经化学处理后的铝合金试样浸入沸腾的去离子水中封闭20分钟,然后在空气中自然干燥即可。
以上(1)~(6)各步处理之后都必须用去离子水漂洗。
测得的极化曲线如图5所示。可看出电化学方法得到的纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜比铬酸盐化学转化膜和空白试样的维钝电流密度都要小,这就说明本发明得到的纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜耐蚀性更高。
实施例3:
取20×70×2mmLY12铝合金试样待用。
(1)打磨。用耐水砂纸依次打磨至800#。
(2)化学除油。首先配制化学除油剂,配方如下:
将上述去离子水以外的组份按配方比例分别溶于去离子水中,混合制得水溶液,装入容器中备用。将待处理的铝合金试样浸泡于上述水溶液中,保持溶液温度55℃,浸泡处理5分钟。
(3)碱蚀。将上述经化学除油的铝合金试样浸入50g/L氢氧化钠,保持温度55℃,处理时间6分钟。
(4)出光。将上述经化学除油的铝合金试样浸入200g/L硝酸,常温下处理3分钟。
(5)化学处理。其化学处理液配方为:
将去离子水以外的组份按配方分别以去离子水溶解,用硫酸调节pH值为1。将上述经出光的铝合金试样浸入化学处理液,控制处理温度90℃与处理时间8分钟,进行化学处理。
(6)沸水封闭。将上述经化学处理后的铝合金试样浸入沸腾的去离子水中封闭30分钟,然后在空气中自然干燥即可。
以上(1)~(6)各步处理之后都必须用去离子水漂洗。
测得的极化曲线如图6所示。可看出电化学方法得到的纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜比铬酸盐化学转化膜和空白试样的维钝电流密度都要小,这就说明本发明得到的纳米Mn/Ti复合氧化物薄膜耐蚀性更高。
Claims (1)
1、一种铝合金表面化学处理方法,包括打磨、化学除油、碱蚀、出光、化学处理、沸水封闭工艺步骤;各步处理之后都用去离子水漂洗;其特征在于:所述化学处理方法中所使用的化学处理液的配方是每升溶液中含高锰酸钾0.01~10克、硫酸钛0.01~5克和润湿剂十二烷基苯磺酸钠0.1~10克,其余为去离子水;用硝酸或硫酸调节pH值在1~4范围内;将出光后的铝合金试样浸入该化学处理液,控制处理温度40~90℃与处理时间1~8分钟,进行化学处理。
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