CN102002704A - 一种用于处理铝合金的三价铬本色钝化液 - Google Patents

一种用于处理铝合金的三价铬本色钝化液 Download PDF

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Abstract

一种用于处理铝合金的三价铬本色钝化液，组份及含量为：三价铬盐1~2g/L，锆盐0.05~0.1g/L，硫酸镍NiSO4·6H2O0.01~0.03g/L，成膜剂0.4~0.8g/L，柠檬酸三钠Na3C6H5O7·2H2O0.4~0.6g/L，余量为水；钝化液不含六价铬、铅、汞、镉、聚溴二苯醚和聚溴联苯等有害物质，并可循环利用，实现清洁生产；在常温下即可钝化，节能；经该三价铬钝化液处理后的铝合金表面色泽白亮，颜色接近于铝合金本色，膜层中性盐雾腐蚀性能满足国家标准，可实现三价铬钝化液对六价铬钝化液的替代。

Description

一种用于处理铝合金的三价铬本色钝化液
技术领域
本发明属于金属表面处理与防腐技术领域，具体涉及一种用于处理铝合金的三价铬本色钝化液。
技术背景
铝合金在汽车、摩托车、飞机和船舶等工业中得到广泛应用。然而，铝的抗腐蚀能力较弱，对其表面进行防腐蚀处理是必需的工艺。而钝化是使用最广泛、最有效的防腐蚀处理方法之一。当前国内大部分企业从技术成熟度和节约成本等方面考虑，大都选择了传统的六价铬钝化工艺。尽管六价铬钝化膜防蚀性能好且外观漂亮，但是六价铬是一种毒性极强的物质，被公认为致癌物质和危险的空气污染物。六价铬在自然界中不能降解，它在生物和人体内积聚，能够造成长期性的危害。
欧盟于2003年在布鲁塞尔签署了一项法令，规定从2003年1月1日起禁止车辆材料和部件中使用六价铬。从2006年7月1日起正式实施的《关于在电气电子设备中禁止使用某些有害物质指令》（RoHS指令）规定，投放于欧盟市场的电子和电器设备禁含六价铬、铅、汞、镉、聚溴二苯醚和聚溴联苯等6种有害物质。法令还规定，中国生产出口产品的企业必须在2004年8月13后停止使用六价铬钝化工艺。因此，六价铬钝化液的应用受到了严重限制，各国都将开发重点转到了不含六价铬的环保型钝化液上。
目前唯一能够在技术、处理过程、成本和应用的灵活性等方面同六价铬化学转化膜技术相竞争的是基于三价铬成分的化学转化膜技术。三价铬的毒性只有六价铬的1 %，其废液可循环利用；三价铬钝化获得的钝化膜颜色白亮，硬度高，力学性能优良，且其钝化膜层耐蚀性和装饰性完全可和六价铬相比，是代替六价铬钝化的最具有前途的钝化工艺之一。
国内发明专利申请号200610129543.9公开了一种三价铬白色钝化液及其制作工艺，金属表面经过该钝化液处理后，虽然膜层不含（或含有少量）六价铬，但是母液和工作液中都含有一定量的六价铬，并不是真正意义上的环保产品。美国专利US5407749公开了一种三价铬彩虹色钝化液，该钝化液工作时必须加热到40~70 ℃，使企业生产成本升高，且含有大量的磷酸，对环境也有一定污染。目前市场上已出现了一些三价铬钝化液产品，包括从国外进口的产品，比如德国某公司和美国某公司生产的三价铬钝化液。但这些产品价格昂贵，且钝化时要求加热，给生产企业带来了很大的成本压力；尤其重要的是，这些钝化液在铝合金表面获得的膜层多是有色的，如彩虹色、蓝白色和黄色等，而国内市场通常要求膜层的颜色接近于金属的本色，这就使得现有的三价铬钝化液无法满足市场需求。综上所述，虽然国内外有很多研究机构和生产企业都在对环保型的三价铬钝化液进行研究，并且也提出了许多有效的解决方案和方法，但这些三价铬钝化液不仅生产成本高，而且钝化膜的颜色也多为彩色。目前仍然没有一种三价铬钝化液可以同时满足用户对环保、成本和钝化膜颜色的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有三价铬钝化技术存在的缺点和问题，提供一种不仅环保、成本低廉，而且又能获得理想耐蚀性、钝化膜层与金属本色接近的三价铬本色钝化液。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种用于处理铝合金的三价铬本色钝化液，钝化液的组份及含量为：三价铬盐1~2 g/L，锆盐0.05~0.1 g/L，硫酸镍NiSO4·6H2O 0.01~0.03 g/L，成膜剂0.4~0.8 g/L，柠檬酸三钠Na3C6H5O7·2H2O 0.4~0.6 g/L，余量为水；
三价铬盐为Cr2(SO4)3.6H2O，或CrCl3.6H2O，或两者任意比混合物；
锆盐为ZrOCl2·8H2O或Zr(SO4)2·4H2O；
成膜剂为：(NH4)4(SO4)2·Ce(SO4)2·4H2O、或La(NO3)3·6H2O、或水性丙烯酸树脂、或三者任意比混合物。
钝化工作液的pH值为pH 4.5~5.1，用氨水或氢氧化钠调节。
用于处理铝合金的三价铬本色钝化液的制备方法如下：常温常压下，将三价铬盐溶解于少量的水，边搅拌边加入锆盐和柠檬酸三钠，加入一定量的水，使其完全溶解，然后加入硫酸镍和成膜剂，搅拌均匀，定容，自然状态下放置一天，即可得到用于处理铝合金的三价铬本色钝化液。
本发明所述的用于处理铝合金的三价铬本色钝化液的使用方法如下：
（1）去除铝合金表面的油渍，然后清水洗净；
（2）表面调整、活化表层，清水洗净；
（3）常温下将铝合金浸入配置好的三价铬本色钝化液，时间为1~5分钟后，清水洗净；
（4）在70~80 ℃的热水中浸泡5~10秒钟以烫干。
本发明技术方案的优点是：本发明所述的用于处理铝合金的三价铬本色钝化液不含六价铬、铅、汞、镉、聚溴二苯醚和聚溴联苯等有害物质，完全满足欧盟RoHS指令的要求，对人体健康和环境均无影响；钝化废液可循环利用，实现了清洁生产；在常温下即可钝化，节能；其生产和使用成本低廉，与六价铬钝化液成本相当，甚至更低；使用时不改变原有六价铬的工艺条件和使用设备；经该三价铬钝化液处理后的铝合金表面色泽白亮，颜色接近于铝合金本色，膜层中性盐雾腐蚀性能满足国家标准，可实现三价铬钝化液对六价铬钝化液的替代。
具体实施方式
实施例1
钝化液全部采用选用市售原材料配制。称取三价铬盐Cr2(SO4)3.6H2O 1.0 g，锆盐ZrOCl2·8H2O 0.05 g，硫酸镍NiSO4·6H2O 0.01 g，成膜剂(NH4)4(SO4)2·Ce(SO4)2·4H2O与水性丙烯酸树脂任意比混合物0.4 g，柠檬酸三钠Na3C6H5O7·2H2O 0.4 g。常温常压下，将三价铬盐溶解于少量的水，边搅拌边加入锆盐和柠檬酸三钠，加入一定量的水，使其完全溶解，然后加入硫酸镍和成膜剂，搅拌均匀，加入水定容为1升，在常温下自然反应一天后即得成品，使用时用氢氧化钠调节pH值为pH 4.5。
处理方法：
（1）将铝合金工件表面除去油脂，用自来水清洗干净；
（2）常温下将除去油脂的铝合金工件浸入表调液中活化30秒钟，用自来水清洗干净；
（3）常温下将活化后的工件浸渍于上述钝化液中3分钟，用自来水清净；
（4）放入70 ℃热水中浸泡5秒钟取出，自然干燥。
通过上述方法处理的工件，其表面上生成了一层钝化膜，该钝化膜色泽白亮，呈金属本色，中性盐雾试验可达24小时，腐蚀面积小于3 %（中性盐雾试验采用GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验-盐雾试验》所规定的方法）。
实施例2
钝化液全部采用选用市售原材料配制。称取三价铬盐CrCl3.6H2O 2.0 g，锆盐Zr(SO4)2·4H2O 0.1 g，硫酸镍NiSO4·6H2O 0.03 g，成膜剂La(NO3)3·6H2O与水性丙烯酸树脂任意比混合物0.8 g，柠檬酸三钠Na3C6H5O7·2H2O 0.6 g。常温常压下，将三价铬盐溶解于少量的水，边搅拌边加入锆盐和柠檬酸三钠，加入一定量的水，使其完全溶解，然后加入硫酸镍和成膜剂，搅拌均匀，加入水定容为1升，在常温下自然反应一天后即得成品，使用时用氨水调节pH值为pH 5.1。
处理方法同实施例1，不同之处是在80 ℃热水中浸泡10秒钟。生成的钝化膜层色泽白亮，呈金属本色，中性盐雾试验可达24小时，腐蚀面积小于3 %。
实施例3
钝化液全部采用选用市售原材料配制。称取三价铬盐Cr2(SO4)3.6H2O与CrCl3.6H2O任意比混合物1.5 g，锆盐ZrOCl2·8H2O 0.075 g，硫酸镍NiSO4·6H2O 0.02 g，成膜剂(NH4)4(SO4)2·Ce(SO4)2·4H2O与La(NO3)3·6H2O任意比混合物0.6 g，柠檬酸三钠Na3C6H5O7·2H2O 0.5 g。常温常压下，将三价铬盐溶解于少量的水，边搅拌边加入锆盐和柠檬酸三钠，加入一定量的水，使其完全溶解，然后加入硫酸镍和成膜剂，搅拌均匀，加入水定容为1升，在常温下自然反应一天后即得成品，使用时用氢氧化钠调节pH值为pH 4.8。
处理方法同实施例1，不同之处是工件在钝化液中浸渍5分钟，在75℃热水中浸泡8秒钟。生成的钝化膜层有金属光泽，但颜色稍暗，中性盐雾试验可达72小时，腐蚀面积小于3 %。
实施例4
钝化液全部采用选用市售原材料配制。称取三价铬盐Cr2(SO4)3.6H2O与CrCl3.6H2O任意比混合物1.5 g，锆盐Zr(SO4)2·4H2O 0.075 g，硫酸镍NiSO4·6H2O 0.02 g，成膜剂(NH4)4(SO4)2·Ce(SO4)2·4H2O、La(NO3)3·6H2O与水性丙烯酸树脂三者任意比混合物0.6 g，柠檬酸三钠Na3C6H5O7·2H2O 0.5 g。常温常压下，将三价铬盐溶解于少量的水，边搅拌边加入锆盐和柠檬酸三钠，加入一定量的水，使其完全溶解，然后加入硫酸镍和成膜剂，搅拌均匀，加入水定容为1升，在常温下自然反应一天后即得成品，使用时用氢氧化钠调节pH值为pH 4.8。
处理方法同实施例1，不同之处是工件在钝化液中浸渍1分钟，在80℃热水中浸泡5秒钟。生成的钝化膜，色泽白亮，呈金属本色，中性盐雾试验可达12小时，腐蚀面积小于5%。
实施例5
钝化液全部采用选用市售原材料配制。称取三价铬盐Cr2(SO4)3.6H2O与CrCl3.6H2O任意比混合物1.5 g，锆盐ZrOCl2·8H2O 0.075 g，硫酸镍NiSO4·6H2O 0.02 g，成膜剂水性丙烯酸树脂0.6 g，柠檬酸三钠Na3C6H5O7·2H2O 0.5 g。常温常压下，将三价铬盐溶解于少量的水，边搅拌边加入锆盐和柠檬酸三钠，加入一定量的水，使其完全溶解，然后加入硫酸镍和成膜剂，搅拌均匀，加入水定容为1升，在常温下自然反应一天后即得成品，使用时用氨水调节pH值为pH 4.5。
处理方法同实施例1，在80℃热水中浸泡5秒钟。生成的钝化膜，色泽白亮，呈金属本色，中性盐雾试验可达24小时，腐蚀面积小于3 %。

Claims (1)

1.一种用于处理铝合金的三价铬本色钝化液，其特征在于钝化液的组份及含量为：三价铬盐1~2 g/L，锆盐0.05~0.1 g/L，硫酸镍NiSO4·6H2O 0.01~0.03 g/L，成膜剂0.4~0.8 g/L，柠檬酸三钠Na3C6H5O7·2H2O 0.4~0.6 g/L，余量为水；
三价铬盐为Cr2(SO4)3.6H2O，或CrCl3.6H2O，或两者任意比混合物；
锆盐为ZrOCl2·8H2O或Zr(SO4)2·4H2O；
成膜剂为：(NH4)4(SO4)2·Ce(SO4)2·4H2O、或La(NO3)3·6H2O、或水性丙烯酸树脂、或三者任意比混合物。
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