CN102534592A

CN102534592A - 一种压铸铝合金表面锆盐化学转化处理方法

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Publication number: CN102534592A
Application number: CN2012100058200A
Authority: CN
Inventors: 庞晓露; 朱政; 高克玮; 王化平; 陶保健
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: CN102534592B

Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种压铸铝合金表面化学转化液及处理方法。处理液由A、B两组分复合而成，A组分是由锆盐、表面活性剂和三价铬盐组成，B组分是由络合剂和成膜促进剂组成；A组分中锆盐含量为5-60g/L，表面活性剂为2-10g/L，三价铬盐为5-50g/L，B组分中络合剂含量为4-20g/L，成膜促进剂含量为2-15g/L；工艺包括压铸铝合金表面预处理和锆盐化学转化处理。该化学转化膜层以锆的磷酸化合物和少量的三价铬化合物为膜层组成之一，膜层为均匀淡蓝色且厚度大约0.5-1μm。该方法制备的锆盐化学转化膜层耐蚀性能优异，该膜与基体结合强度高，化学转化处理后的产品及废水、废液中不含有对环境和人体健康有害的六价铬。

Description

一种压铸铝合金表面锆盐化学转化处理方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种压铸铝合金表面化学转化液及处理方法，特别是涉及含硅、铜元素较高的压铸铝合金表面环保锆盐化学转化处理，本发明可以在压铸铝合金零件表面获得厚度均匀、致密的保护膜层，将此膜作为压铸铝合金零件裸膜使用来提高其耐蚀性能。

背景技术

压铸是一种快速的生产工艺，零件大批量的生产速度快、成本低、精度高和可用于制造形状复杂的零部件。95％的压铸铝合金加工后可回收利用，铝压铸件是一个非常绿色和可持续的替代。国内压铸工业自20世纪90年代取得快速的发展，铝合金压铸工艺已成为汽车用铝合金成形工艺中应用最广泛的工艺之一，在各种汽车成型工艺方法中占56%。目前工业应用的压铸铝合金主要有以下几种：Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg、Al-Zn等。汽车工业节能减排的重要手段是轻量化，其必然导致铝合金在汽车上的大量应用，如汽车中的各种气阀、气缸体、缸盖、机车减震器和齿轮箱等零部件由于其结构复杂而采用铸造性能好的压铸铝硅铜合金。随着压铸技术的不断进步，压铸铝合金将用于汽车制造业中形状复杂、强度和精度要求高的中小型零部件的批量生产。但是压铸铝合金的耐蚀性能差使得生产企业对其表面防腐处理非常关注，压铸铝合金零件在仓库存储、海上运输及使用过程中极易发生腐蚀，影响产品的外观和服役性。

铝合金的耐腐蚀性能与合金中各种相的电极电位有很大的关系。一般基体相为阴极相，第二相为阳极相，合金具有较高的耐腐蚀性能；若基体相为阳极相，第二相为阴极相，则第二相电极电位越高，数量越多，合金腐蚀越严重，如压铸铝硅铜合金的铝硅和铝铜第二相电位高于基体铝相，导致其耐腐蚀性能远低于纯铝和型材铝合金，压铸铝硅铜合金中性盐雾试验30分钟后就开始出现大面积腐蚀，而型材铝合金耐中性盐雾时间为几十个小时。压铸铝合金表面化学转化处理是一种低成本、操作简单且成膜均匀的一种表面防腐处理工艺，德国汉高和美国派克等公司在型材铝合金方面开展过大量研究，这类处理溶液主要由钛、锆的金属盐、氟化物和有机添加剂等组成，通过浸泡、涂覆和喷淋等方式形成化学转化膜进行防腐；国内专利如CN201010285851.7、CN201110088811.8、CN200610046292.8、CN201110198490.7等涉及到含锆化学转化处理工艺，但它们只是对型材铝合金表面进行化学转化防腐处理，而对极易腐蚀的压铸铝合金不适用；溶胶-凝胶、有机物钝化膜的研究处于初级阶段，成本高，工艺复杂，距生产工业化还需很长时间。阳极氧化膜具有较高的防腐性能，但阳极氧化工艺需要的设备较复杂，而且对工件的几何形状及尺寸也有要求，一般处理件为规则板状或柱状的型材铝合金。压铸铝合金经过六价铬化学转化处理后能够获得较高的耐腐蚀性能，但是六价铬的存在对人体和环境的危害非常大。锆盐化学转化处理液及工艺，可在压铸铝合金表面获得厚度均匀、膜层致密和耐腐蚀性良好的保护膜层，作为压铸铝合金零件裸膜抗腐蚀使用。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，如六价铬对环境和人体的危害，有机硅烷处理成本高速度慢，且目前未针对压铸铝合金进行化学转化处理工艺开发等问题，而提供一种环保、低成本、速度快和防腐效果良好的压铸铝合金表面环保锆盐化学转化处理液及工艺。

一种压铸铝合金表面锆盐化学转化处理方法，技术方案如下：

（1）压铸铝合金零件表面防腐处理工艺：首先，对压铸铝合金零部件喷砂处理，使零件表面获得平整外观并具有一定的粗糙度，增加材料表面与化学转化膜之间的附着力；第二，除油剂超声波除去零件表面机加工时的油污，除油后用去离子水冲洗零件；第三，酸洗活化，去除表面的氧化膜，为下步化学转化处理作准备，酸洗后用去离子水冲洗零件；最后，对零部件进行锆盐化学转化处理，水洗后烘干。

（2）锆盐化学转化处理液的配置：本处理液由A、B两组分复合而成，所述的A组分是由锆盐、表面活性剂和三价铬盐组成，所述的B组分是由络合剂和成膜促进剂组成；化学转化溶液A组分中锆盐含量为5-60g/L，表面活性剂为2-10g/L，三价铬盐为5-50g/L，化学转化溶液B组分中络合剂含量为4-20g/L，成膜促进剂含量为2-15g/L。

（3）压铸铝合金零件化学转化处理工艺：将步骤（2）中A组分和B组分溶液以1:1的比例的配比使用，化学转化溶液的温度控制在20-50℃，时间3-15分钟，处理液的pH值1-5；然后将经过步骤（1）处理后的压铸铝合金零件进行化学转处理，其微观形貌如图1所示。

所述步骤（2）中，A组分中锆盐选自氯化锆、磷酸锆、氟锆酸、氟锆酸钾中一种或两种，表面活性剂选自硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠和月桂酸中的一种，三价铬盐为氯化铬、硝酸铬、硫酸铬和硫酸铬钾的一种或两种；B组分中络合剂选六偏磷酸钠、二乙醇胺、六氰合铁酸钾、单宁酸和葡萄糖酸钠中一种或多种，成膜促进剂选醋酸、次氯酸、ATMP、磷酸、高锰酸钾中一种或两种。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明针对硅、铜元素含量较高的压铸铝合金，采用锆盐转化处理，目前对硅、铜元素含量较高的压铸铝合金表面化学转化处理的研究较少，本发明的所采用的转化液环保且膜层不含有破坏生态环境的成分。

（2）锆盐转化膜均匀，微观形貌如图1-3所示，厚度如图4所示为0.5-1 μm左右。通过对膜层进行光电子能谱分析得出锆盐转化膜层主要由AlO(OH)、ZrO₂·H₂O、Cr(OH)₃、Zr(HPO₄)₂和KH₂PO₄等化合物组成，如图5。

（3）压铸铝合金经过本发明锆盐化学转化处理工艺后，其抗盐雾性能有很大的改善，其与未处理的压铸铝合金相比，耐蚀性能提高了40倍。

附图说明

图1 化学转化处理后表面膜层形貌的扫面电镜示意图。

图2化学转化处理后表面膜层形貌的金相照片示意图。

图3化学转化处理后表面膜层形貌的3D形貌示意图。

图4膜层厚度测量示意图。

图5锆盐转化膜化学组成XPS分析：（a）全谱图，（b）Zr 3d，（c）P 2p，（d）O 1s，（e）P 2p，（f）Al 2p。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的技术特点，下面结合实施例对本发明的作进一步的说明。

实施例1：

配置化学转化液组分A：氯化锆20g/L，表面活性剂硬脂酸2g/L，三价铬盐氯化铬25g/L；组分B：络合剂六偏磷酸钠10 g/L，成膜促进剂醋酸10g/L；使用时，将A和B两组分溶液以1:1的体积比配置，将经过预处理的压铸铝合金零件浸泡在化学转化液中，在50℃下转化处理15分钟，然后去离子水清洗零件，最后烘干。测试压铸铝合金零件所得化学转化膜的耐中性盐雾时间为3小时。

实施例2：

配置化学转化液组分A：磷酸锆 10g/L，表面活性剂硬脂酸2g/L，三价铬盐硝酸铬30g/L；组分B：络合剂二乙醇胺4g/L，成膜促进剂次氯酸10g/L；使用时，将A和B两组分溶液以1:1的体积比配置，将经过预处理的压铸铝合金零件浸泡在化学转化液中，在40℃下转化处理6分钟，然后去离子水清洗零件，最后烘干。测试压铸铝合金零件所得锆盐化学转化膜的耐中性盐雾时间为5小时。

实施例3：配置化学转化液组分A：氟锆酸15g/L，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠3g/L，三价铬盐硫酸铬50g/L；组分B：络合剂六氰合铁酸钾5g/L，成膜促进剂ATMP5g/L；使用时，将A和B两组分溶液以1:1的体积比配置，将经过预处理的压铸铝合金零件浸泡在化学转化液中，在20℃下转化处理20分钟，然后去离子水清洗零件，最后烘干。测试压铸铝合金零件所得锆盐化学转化膜的耐中性盐雾时间为10小时。

实施例4：配置化学转化液组分A：氟锆酸钾20g/L，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠5g/L，三价铬盐硫酸铬钾40g/L；组分B：络合剂单宁酸6g/L ，成膜促进剂磷酸8g/L；使用时，将A和B两组分溶液以1:1的体积比配置，将经过预处理后的压铸铝合金放入化学转化液中，在30℃下转化处理7分钟，然后去离子水清洗零件，最后烘干。测试压铸铝合金零件所得化学转化膜的耐中性盐雾时间为15小时。

Claims

1.一种压铸铝合金表面锆盐化学转化处理方法，其特征在于，包括如下内容：

（1）压铸铝合金零件表面防腐处理工艺：首先，对压铸铝合金零部件喷砂处理，使零件表面获得平整外观并具有一定的粗糙度，增加材料表面与化学转化膜之间的附着力；第二，除油剂超声波除去零件表面机加工时的油污，除油后用去离子水冲洗零件；第三，酸洗活化，去除表面的氧化膜，为下步化学转化处理作准备，酸洗后用去离子水冲洗零件；最后，对零部件进行锆盐化学转化处理，水洗后烘干；

（2）锆盐化学转化处理液的配置：本处理液由A、B两组分复合而成，所述的A组分是由锆盐、表面活性剂和三价铬盐组成，所述的B组分是由络合剂和成膜促进剂组成；化学转化溶液A组分中锆盐含量为5-60g/L，表面活性剂为2-10g/L，三价铬盐为5-50g/L，化学转化溶液B组分中络合剂含量为4-20g/L，成膜促进剂含量为3-30g/L；

（3）压铸铝合金零件化学转化处理工艺：将步骤（2）中A组分和B组分溶液以1:1的比例的配比作为化学转化处理液使用，化学转化处理液的温度控制在20℃-80℃，时间3-15分钟，处理液的pH值1-5。

2.根据权利要求1所述的一种压铸铝合金表面锆盐化学转化处理方法，其特征在于，A组分中锆盐选自氯化锆、磷酸锆、氟锆酸、氟锆酸钾中一种或两种，表面活性剂选自硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠和月桂酸中的一种，三价铬盐为氯化铬、硝酸铬、硫酸铬和硫酸铬钾的一种或两种；B组分中络合剂选六偏磷酸钠、二乙醇胺、六氰合铁酸钾、单宁酸和葡萄糖酸钠中一种或多种，成膜促进剂选醋酸、次氯酸、ATMP、磷酸、高锰酸钾中一种或两种。