CN101892479A - 铝合金表面磷化处理液及磷化方法 - Google Patents

铝合金表面磷化处理液及磷化方法 Download PDF

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陈懿
盛敏奇
王超
王毅
周琼宇
林海
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Abstract

本发明涉及一种铝合金表面磷化处理液及磷化方法，属金属表面化学转化膜处理技术领域。本发明主要步骤如下：(1)确定磷化液配方，其组成成分及其含量为：Zn2+4.0～8.0g/L，PO4 3-15.0～30.0g/L，F-1.5～1.8g/L，Ni2+0.7～0.9g/L，钼酸铵1.0～1.2g/L，硝酸胍0.4～0.8g/L，水杨酸0.2～0.6g/L；磷化处理液用去离子水配制，磷化处理液的pH值用30wt.％NaOH溶液调节至3.5～3.7。(2)将铝合金片打磨抛光，用丙酮除油，再用0.1mol/L氢氧化钠溶液浸蚀，并浸入到5g/L的表面调整液中表面调整1～2min，随后放入上述的磷化液中。(3)控制磷化液温度在40℃左右，磷化反应时间为5分钟。(4)将铝合金片用去离子水清洗并用热风吹干。磷化处理后所形成的磷化膜具有较好的耐腐蚀性，形成的薄膜均匀致密。

Description

铝合金表面磷化处理液及磷化方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金表面磷化处理液及磷化方法，属于金属表面化学转化膜处理技术领域。
背景技术
近年来，各国对新型铝材的研究取得了显著的成绩，各种高性能、高强度、轻质化的挤压型材、管材、板材等成为工业生产中的理想材料，并有取代钢铁，成为基础材料的趋势。铝合金种类繁多，根据其用途分为铸造用合金和压力加工用合金，前者用于生产各类铸件，后者用于生产各类加工材(如板、带、管等)。
铝材的应用日趋广泛，人们对铝材的要求也在不断提高，不但要求铝材有较高的机械性能，还要求有良好的外观和耐蚀性能，铝合金在加入镁、锌、铜等元素后，抗拉强度提高，而耐蚀性降低。为弥补这种不足，通常对铝材进行表面处理，最常用的方法之一就是采用涂装工艺，涂装处理可以极大地改善铝材的外观和耐蚀性，但首要问题是铝材表面光滑，尤其是铝材表面覆盖了一层氧化膜，造成涂膜附着力差，易起泡、开裂。为了更好地与涂料配套，增强涂膜附着力和耐蚀性，在现有的铝材涂装前处理工艺中，可以使用磷化工艺。
磷化处理技术在工业上应用很广泛，用作涂层基底是它的主要用途之一。磷化膜具有多孔性，涂料可以渗入到这些孔隙中，因而能显著地提高涂层的结合力。此外，磷化膜又能使金属表面由优良导体转变为不良导体，从而抑制了金属表面微电池的形成，有效地抑制涂层的失效，可以成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性，所以磷化膜已被公认为涂层最良好的基底。由于金属铝表面较光滑，且覆有一层氧化膜，所以在漆涂前要采取适当的表面处理，以减少铝材的腐蚀，延长使用寿命，并满足其对环境的适应性。为此，铝材磷化处理已成为漆前表面处理工艺中不可缺少的一个环节。
通常铝材磷化处理液分为含铬磷化和无铬磷化。含铬磷化尽管具有优良的涂装性能，但六价铬有毒，对环境有污染，是职业致癌物且废水处理成本很高，根据各国制定并实施的工业废水排放标准，严格限制了铬在金属表面处理中的使用。因此，在满足世界各国日益严格地环保条件下，无铬磷化不失为铝材涂装前处理工艺中较理想、环保的方法，它具有与含铬磷化处理相当的漆膜配套附着力和耐盐雾性能而又不含铬。
铝材在传统的钢铁用磷化液中成膜很差或者基本不成膜，因为铝在酸的作用下溶解产生的铝离子蓄积到一定程度后，会使磷化液“中毒”，严重阻碍磷化的进行，在铝钢混材同槽磷化时，还会遏制钢材磷化的进行。铝材涂装打底用磷化采用锌系磷化工艺，目前使用的铝材磷化液“P比”低甚或无“P比”，膜疏松、膜重较大，造成磷化膜与阴极电泳配套后漆膜附着力差，耐盐雾性差；磷化结晶尺寸较大，呈针状或块状，没有颗粒状结晶。
在现有的文献报道中。如《电镀工艺手册》(机械工业出版社1997年8月第二版)；又如中国专利ZL92102593.9、ZL200510013473.6、ZL200610092988.4，其中公开的主要为钢铁表面磷化处理的磷化液，关于铝合金表面磷化处理的报道较少。
因此，寻找一种对于铝合金磷化效果好、表面膜致密的磷化液及磷化处理方法，是具有重要意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐蚀性高、附着力好的铝合金表面磷化处理液及磷化处理方法。
本发明高性能铝合金表面磷化处理液及磷化方法，其特征在于具有以下的过程与步骤：
a.确定磷化液的配方，磷化液的组成成分及含量为：
Zn2+        4.0～8.0g/L，
PO4 3-       15.0～30.0g/L，
F-          1.5～1.8g/L，
Ni2+        0.7～0.9g/L，
钼酸铵      1.0～1.2g/L，
硝酸胍      0.4～0.8g/L，
水杨酸      0.2～0.6g/L，
磷化处理液用去离子水配制。
磷化处理液的pH值用30wt.％NaOH溶液调节至3.5～3.7。
b.将铝合金片先用1～6号金相砂纸对铝材表面进行打磨，再将试片放入丙酮中超声清洗，10秒后取出，并用去离子水冲净表面，然后采用0.1mol/L氢氧化钠溶液浸蚀，反应除去铝材表面的氧化膜，碱蚀后立即用流水清洗；
c.再将铝合金片浸入到5g/L的表面调整液中表面调整1～2min，表面调整液的成分为多聚磷酸钛(IV)；
d.将表面调整完毕的铝合金片放入上述配置好的磷化液中，控制磷化液温度在40℃左右，磷化反应时间为5分钟；
e.磷化反应完毕后，铝合金片用去离子水清洗20～30秒钟，然后用70～80℃的热风吹干，磷化处理过程就完成了。
通过上述技术方案，本发明的优点是：
(1)磷化工作温度低，磷化沉渣少；
(2)磷化膜成膜速度快，且形成的磷化膜均匀致密；
(3)形成的磷化膜具有良好的耐腐蚀性，且具有减摩、润滑等作用；
(4)磷化液不含亚硝酸盐及其他重金属，磷化液便于管理控制，使用周期长；
(5)磷化方法操作简单，磷化液的组成简单，原材料容易购买。
附图说明
图1为经实施例2所描述的磷化液和磷化处理方法处理的铝合金表面磷化膜层的扫描电子显微镜照片，照片放大倍数为5000倍。
具体实施方式
现将本发明的实例具体叙述于后。
实施例1
本实施例中，采用磷化液的配方为(每升含)：Zn2+5.0g，PO4 3-20g，F-1.5g，Ni2+0.7g，钼酸铵1.0g，硝酸胍0.6g，水杨酸0.4g；磷化处理液用去离子水配制，磷化处理液的pH值用30wt.％NaOH溶液调节至3.5～3.7。
将铝合金片先用1～6号金相砂纸对铝材表面进行打磨，再将试片放入丙酮中超声清洗10秒，并用去离子水冲净表面；然后采用0.1mol/L氢氧化钠溶液浸蚀，碱蚀后要及时用流水清洗；再将铝合金片浸入到5g/L多聚磷酸钛(IV)的表面调整液中表面调整1～2min；将表面调整完毕的铝合金片放入上述配置好的磷化液中，控制磷化液温度在40℃左右，磷化反应时间为5分钟。磷化反应完毕后，铝合金片用去离子水清洗20～30秒，然后用70～80℃的热风吹干，磷化过程即完成。
该磷化膜呈灰黑色，膜层均匀致密，膜重为2.78g/m2。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为116秒；磷化膜附着力达到一级。
实施例2
本实施例中，采用磷化液的配方为(每升含)：Zn2+5.8g，PO4 3-24g，F-1.5g，Ni2+0.8g，钼酸铵1.2g，硝酸胍0.6g，水杨酸0.4g；磷化处理液用去离子水配制，磷化处理液的pH值用30wt.％NaOH溶液调节至3.5～3.7。
铝合金片的预先处理过程及磷化处理过程与上述实施例1完全相同。
该磷化膜呈灰黑色，膜层均匀致密，膜重为3.56g/m2。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为137秒；磷化膜附着力达到一级。
实施例3
本实施例中，采用磷化液的配方为(每升含)：Zn2+6.0g，PO4 3-24g，F- 1.8g，Ni2+0.9g，钼酸铵1.2g，硝酸胍0.6g，水杨酸0.4g；磷化处理液用去离子水配制，磷化处理液的pH值用30wt.％NaOH溶液调节至3.5～3.7。
铝合金片的预先处理过程及磷化处理过程与上述实施例1完全相同。
该磷化膜呈灰黑色，膜层均匀致密，膜重为3.77g/m2。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为129秒；磷化膜附着力达到一级。
实施例4
本实施例中，采用磷化液的配方与实施例2完全相同。
铝合金片的预先处理过程与实施例1略有不同，不同之处在于未将铝合金片浸入到5g/L多聚磷酸钛(IV)的表面调整液中表面调整1～2min，其他预处理步骤与实施例相同；磷化处理过程与上述实施例1完全相同。
该磷化膜呈灰黑色，膜层均匀，膜重为2.47g/m2。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为79秒；磷化膜附着力达到一级。

Claims (2)

1.一种铝合金表面磷化处理液，其特征在于它的配方为：
Zn2+          4.0～8.0g/L，
PO4 3-         15.0～30.0g/L，
F-            1.5～1.8g/L，
Ni2+          0.7～0.9g/L，
钼酸铵        1.0～1.2g/L，
硝酸胍        0.4～0.8g/L，
水杨酸        0.2～0.6g/L，
磷化处理液用去离子水配制；
磷化处理液的pH值用30wt.％NaOH溶液调节至3.5～3.7。
2.一种铝合金表面磷化方法，其特征在于它的操作顺序和步骤如下：
a.将铝合金片先用1～6号金相砂纸对铝材表面进行打磨，再将试片放入丙酮中超声清洗，10秒后取出，并用去离子水冲净表面，然后采用0.1mol/L氢氧化钠溶液浸蚀，
反应除去铝合金片表面的氧化膜，碱蚀后立即用流水清洗；
b.再将铝合金片浸入到5g/L多聚磷酸钛(IV)的表面调整液中表面调整1～2min；
c.将表面调整完毕的铝合金片放入按权利要求1配方配置好的磷化液中，控制磷化液温度在40℃，磷化反应时间为5分钟；
d.磷化反应完毕后，铝合金片用去离子水清洗20～30秒钟，然后用70～80℃的热风吹干。
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