CN103866308A - 一种镜面铝板的无铬钝化前处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镜面铝板的无铬钝化前处理方法，包括脱脂—水洗—表调—水洗—无铬钝化—纯水洗。其中脱脂溶液的组成为：氢氧化钾含量1～4wt%、硅酸钾含量0.5～1.6wt%、四硼酸钾含量0.3～1.2wt%、脂肪醇烷氧基醚含量0.5～2wt%及复合缓蚀剂含量0.1～0.8wt%；表调溶液的组成为：磷酸含量1～4wt%、氢氟酸0.15～0.3wt%；无铬钝化溶液的组成为：六氟锆酸含量0.2～0.6wt%、六氟钛酸含量0.05～0.2wt%、硝酸镁含量0.5～1.6wt%、氢氟酸含量0.03～0.07wt%、硫酸钠含量0.02～0.05wt%、3-氨基丙基三乙氧基硅烷含量0.1～0.3%及镧系稀土化合物含量0.006～0.01wt%。本发明的无铬钝化前处理方法处理镜面铝板时能满足镜面不失光、钝化膜层无色透明，可取代目前镜面铝板所采用的六价铬钝化方法。

Description

一种镜面铝板的无铬钝化前处理方法

技术领域

本发明涉及铝合金化学转化膜技术领域，具体来说，涉及喷涂前用于处理镜面铝板的无铬钝化前处理方法。

背景技术

镜面铝板是指通过轧延、打磨等多种方法处理，使板材表面呈现镜面效果的铝板。镜面铝板的应用十分广泛，其被广泛应用于照明灯具反射板及灯具装饰、太阳能集热反光材料、室内建筑装饰、外墙装饰、家用电器面板、电子产品外壳、汽车内外装饰、标牌、标识等领域。适合做镜面铝板的铝材主要是纯铝系列即1系列铝材。目前市场上流通最多的镜面铝板是1050、1070及1085系列。

化学转化膜是处理铝表面最常用的一种技术，广泛应用于各个领域。化学转化膜具有一定的耐蚀性和较好的物理吸附能力，能明显改善铝合金的耐腐蚀性能及大大提高铝板与油漆涂层之间的附着力，是铝板涂装前首选的前处理方法，其处理工艺易实现、不消耗电能、所需设备简单、处理速度快及处理成本低。目前国内常见的铝合金化学转化膜的方法是六价铬化学转化膜方法。该方法含有对环境及人体极为有害的六价铬，不仅在处理过程中会产生危害和污染，而且钝化膜中含有的六价铬还将导致被处理的产品在日后使用和报废时对环境造成二次污染。对此国家有严格的规定，如铬化处理工艺排放的废液中六价铬的含量不能超过0.5ppm。因此使用的厂家在废水处理上需花费大量的资金。国外的限制更严苛，目前美国及欧盟已经全面禁止使用六价铬转化膜方法，而且从2007年开始所有进口的机动车辆零部件不允许再含有铬转化膜，含有铬转化膜的费料视为有毒费料。

目前无铬钝化是替代六价铬钝化的主要研究方向，无铬钝化是指钝化液和钝化后的产品中不含铬及铬离子，不会对人体和环境造成危害。铝及铝合金无铬钝化处理技术主要分为锆钛类处理、硅烷处理、稀土转化膜、高锰酸盐转化膜、钴盐转化膜、锂盐转化膜、有机酸转化膜等。目前在实践中获得应用的有锆钛转化处理和硅烷处理，但其转化膜的耐蚀性能仍低于六价铬钝化膜，所以还需进一步研究才能完全替代六价铬钝化，获得更广泛的应用。

镜面铝板主要是1系列的铝材，耐腐蚀性能较差，在加工处理过程中要使铝板保持镜面的外观比较困难，产品需要喷涂清漆以提高耐蚀性能和保护镜面，喷涂前处理工艺主要为脱脂—表调—钝化。目前市面上出现的铝合金无铬钝化处理技术均会造成镜面铝板失光或者在表面形成淡蓝色或彩色膜层，而镜面铝板的前处理工艺要求镜面不能失光、钝化膜层无色透明，所以现有的无铬钝化处理技术不能满足要求。国内镜面铝板喷涂前处理方法基本上都是采用六价铬钝化，六价铬钝化工艺能满足镜面不失光、钝化膜层无色透明，而且喷涂合适的清漆后，耐CASS性能可达240h（试验参考GB/T10125-1997），240h冷凝水试验+高压水喷射试验（试验参考大众汽车集团标准TL52451-2008）漆膜无起泡、开裂和脱落。目前没有相关报道镜面铝板经无铬钝化处理后喷涂清漆可以达到如上性能要求。综上，亟待开发性能优秀的镜面铝板无铬钝化前处理方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种喷涂前用于处理镜面铝板的无铬钝化前处理方法，以替代目前处理镜面铝板所用的六价铬钝化前处理方法。

本发明采用以下的技术方案来实现：

一种镜面铝板的无铬钝化前处理方法，所述前处理方法包括如下步骤：

脱脂—水洗—表调—水洗—无铬钝化—纯水洗；

其中，脱脂过程中脱脂液的组成为：氢氧化钾1～4wt%、硅酸钾0.5～1.6wt%、四硼酸钾0.3～1.2wt%、脂肪醇烷氧基醚0.5～2wt%及复合缓蚀剂0.1～0.8wt%，溶剂为水；

表调过程中表调溶液的组成为：磷酸1～4wt%、氢氟酸0.15～0.3wt%，溶剂为水；

无铬钝化过程中钝化溶液的组成为：六氟锆酸0.2～0.6wt%、六氟钛酸0.05～0.2wt%、硝酸镁0.5～1.6wt%、氢氟酸0.03～0.07wt%、硫酸钠0.02～0.05wt%、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.1～0.3%及镧系稀土化合物0.006～0.01wt%，溶剂为去离子水。

具体地，将镜面铝板放入脱脂溶液中清洗3～6min；清洗好后取出镜面铝板放入自来水中冲洗；再放入表调溶液中出光、活化，时间3～5min；取出镜面铝板放入自来水中冲洗；将镜面铝板放入无铬钝化溶液中处理1～2min；取出镜面铝板用纯水洗干净；最后，将前处理完毕的镜面铝板放入烘箱中烘干，烘箱温度设置为70～80℃；取出镜面铝板冷却后即可以进行后续后续的清漆喷涂。

所述复合缓蚀剂由三聚磷酸钾和溴化钾混合而成，其中，三聚磷酸钾与溴化钾的重量比为100：40～50。本发明在脱脂溶液中添加复合缓蚀剂能显著降低镜面铝板在清洗时出现的失光，再通过表调工序，镜面铝板会恢复到未处理之前的镜面效果。

所述镧系稀土化合物为氯化镧。

所述表调溶液的温度为10～40℃，用氨水调整pH值为1.5～3。

所述脱脂液的温度为50～65℃，采用醋酸调整pH值为10～12。

所述钝化溶液的温度为10～40℃，采用氨水调整pH值为2.5～3.5。

所述纯水洗过程分两次进行，先用一道纯水洗去样件表面残留的无铬钝化溶液，再用一道新鲜的纯水彻底清洁样件表面，从而确保无铬钝化膜不受杂质污染。

上述处理镜面铝板的无铬钝化前处理方法既可以采用喷淋又可以采用浸泡。

本发明所述的无铬钝化溶液会与铝材发生反应，在铝基材表面沉积一层锆钛复合氧化物膜层，溶液中的稀土元素镧会与氧化物膜层中部分未配对电子的氧原子结合，从而改变了锆钛复合氧化物膜层的结构，使得膜层外观为无色透明；溶液中添加的3-氨基丙基三乙氧基硅烷水解后会与含水复合氧化物膜层中的羟基结合，起到封闭膜层中的孔隙并通过硅烷在氧化物膜层与漆膜之间的桥联作用提高了漆膜与氧化物膜层之间的结合力，因此漆膜在镜面铝板上的附着力更好。本发明相对于现有技术，具有如下优点：（1）本发明的无铬钝化前处理方法不含六价铬，形成的钝化膜也不含铬元素，不会对人体和环境造成危害，满足了WEES和ROHS指令的要求；（2）本发明的无铬钝化前处理方法处理镜面铝板时能满足镜面不失光、钝化膜层无色透明，可取代目前镜面铝板所采用的六价铬钝化方法；（3）经试验测定，用本发明的无铬钝化前处理方法处理的镜面铝板喷涂清漆后的耐蚀性能与六价铬钝化前处理方法处理的镜面铝板喷涂清漆后的耐蚀性能相当；（4）本发明的无铬钝化前处理过程工艺简单易控，工艺稳定，成本较低。

具体实施方式

下面结合具体的实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

（1）脱脂溶液的配制：称取30g氢氧化钾、12g硅酸钾、7g四硼酸钾、10g脂肪醇烷氧基醚、复合缓蚀剂5g，溶于1L自来水中，溶解的过程中需加热到40℃左右并且不断搅拌，待溶解完后，用醋酸调整pH值为10～12，在室温下静止24h后使用；

（2）表调溶液的配制：称取30g磷酸、3g氢氟酸，溶于1L自来水中，搅拌使其混合均匀，用氨水调整pH值为1.5～3，温度为22℃；

（3）无铬钝化溶液的配制：称取4g六氟锆酸、1g六氟钛酸、13g硝酸镁、0.5g氢氟酸、0.4g硫酸钠、2g3-氨基丙基三乙氧基硅烷、0.08g氯化镧，溶于1L去离子水中，搅拌使物质全部溶解并混合均匀，用氨水调整pH值为2.5～3.5，在室温下静止24h后使用；

（4）将脱脂溶液加热到55℃，试样采用牌号为1050的镜面铝板，将试样放入脱脂溶液中清洗，时间5min；

（5）清洗好后取出试样放入自来水中冲洗；

（6）将试样放入表调溶液中出光、活化，时间4min；

（7）取出试样放入自来水中冲洗；

（8）将试样放入无铬钝化溶液中，时间1.5min；

（9）取出试样先用纯水洗一遍；

（10）再用干净的纯水洗一遍；

（11）放入烘箱中烘干20min，烘箱温度设置为80℃；

（12）取出试样冷却后喷涂清漆，油漆采用市售上海永宁SP系列清漆。

通过上述处理，镜面铝板试样表面没有失光、形成的钝化膜为无色透明，喷涂清漆后仍然保持镜面效果。经过240h CASS试验（试验参考GB/T10125-1997）样件没有发生腐蚀，240h冷凝水试验+高压水喷射试验（试验参考大众汽车集团标准TL52451-2008）漆膜无起泡、开裂和脱落。

实施例2

（1）脱脂溶液的配制：称取24g氢氧化钾、10g硅酸钾、8g四硼酸钾、15g脂肪醇烷氧基醚、复合缓蚀剂6.5g，溶于1L自来水中，溶解的过程中需加热到40℃左右并且不断搅拌，待溶解完后，用醋酸调整pH值为10～12，在室温下静止24h后使用；

（2）表调溶液的配制：称取24g磷酸、1.3g氢氟酸，溶于1L自来水中，搅拌使其混合均匀，用氨水调整pH值为1.5～3，温度为20℃；

（3）无铬钝化溶液的配制：称取5g六氟锆酸、0.8g六氟钛酸、10g硝酸镁、0.6g氢氟酸、0.3g硫酸钠、2.5g3-氨基丙基三乙氧基硅烷、0.09g氯化镧，溶于1L去离子水中，搅拌使物质全部溶解并混合均匀，用氨水调整pH值为2.5～3.5，在室温下静止24h后使用；

（4）将脱脂溶液加热到60℃，试样采用牌号为1070的镜面铝板，将试样放入脱脂溶液中清洗，时间4min；

（5）清洗好后取出试样放入自来水中冲洗；

（6）将试样放入表调溶液中出光、活化，时间4min；

（7）取出试样放入自来水中冲洗；

（8）将试样放入无铬钝化溶液中，时间1min；

（9）取出试样先用纯水洗一遍；

（10）再用干净的纯水洗一遍；

（11）放入烘箱中烘干20min，烘箱温度设置为80℃；

（12）取出试样冷却后喷涂清漆，油漆采用市售上海永宁SP系列清漆。

通过上述处理，镜面铝板试样表面没有失光、形成的钝化膜为无色透明，喷涂清漆后仍然保持镜面效果。经过240h CASS试验（试验参考GB/T10125-1997）样件没有发生腐蚀，240h冷凝水试验+高压水喷射试验（试验参考大众汽车集团标准TL52451-2008）漆膜无起泡、开裂和脱落。

实施例3

（1）脱脂溶液的配制：称取15g氢氧化钾、8g硅酸钾、11g四硼酸钾、12g脂肪醇烷氧基醚、复合缓蚀剂7g，溶于1L自来水中，溶解的过程中需加热到40℃左右并且不断搅拌，待溶解完后，用醋酸调整pH值为10～12，在室温下静止24h后使用。

（2）表调溶液的配制：称取19g磷酸、1g氢氟酸，溶于1L自来水中，搅拌使其混合均匀，用氨水调整pH值为1.5～3，温度为31℃；

（3）无铬钝化溶液的配制：称取6g六氟锆酸、0.6g六氟钛酸、15g硝酸镁、0.7g氢氟酸、0.4g硫酸钠、1.7g3-氨基丙基三乙氧基硅烷、0.1g氯化镧，溶于1L去离子水中，搅拌使物质全部溶解并混合均匀，用氨水调整pH值为2.5～3.5，在室温下静止24h后使用。

（4）将脱脂溶液加热到55℃，试样采用牌号为1085的镜面铝板，将试样放入脱脂溶液中清洗，时间3min；

（5）清洗好后取出试样放入自来水中冲洗；

（6）将试样放入表调溶液中出光、活化，时间3min；

（7）取出试样放入自来水中冲洗；

（8）将试样放入无铬钝化溶液中，时间1min；

（9）取出试样先用纯水洗一遍；

（10）再用干净的纯水洗一遍；

（11）放入烘箱中烘干20min，烘箱温度设置为75℃；

（12）取出试样冷却后喷涂清漆，油漆采用市售上海永宁SP系列清漆。

通过上述处理，镜面铝板试样表面没有失光、形成的钝化膜为无色透明，喷涂清漆后仍然保持镜面效果。经过240h CASS试验（试验参考GB/T10125-1997）样件没有发生腐蚀，240h冷凝水试验+高压水喷射试验（试验参考大众汽车集团标准TL52451-2008）漆膜无起泡、开裂和脱落。

Claims (7)

1.一种镜面铝板的无铬钝化前处理方法，其特征在于，所述前处理方法包括如下步骤：

脱脂—水洗—表调—水洗—无铬钝化—纯水洗；

其中，脱脂过程中脱脂液的组成为：氢氧化钾1～4wt%、硅酸钾0.5～1.6wt%、四硼酸钾0.3～1.2wt%、脂肪醇烷氧基醚0.5～2wt%及复合缓蚀剂0.1～0.8wt%，溶剂为水；

表调过程中表调溶液的组成为：磷酸1～4wt%、氢氟酸0.15～0.3wt%，溶剂为水；

无铬钝化过程中钝化溶液的组成为：六氟锆酸0.2～0.6wt%、六氟钛酸0.05～0.2wt%、硝酸镁0.5～1.6wt%、氢氟酸0.03～0.07wt%、硫酸钠0.02～0.05wt%、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.1～0.3%及镧系稀土化合物0.006～0.01wt%，溶剂为去离子水。

2.根据权利要求1所述的前处理方法，其特征在于，所述复合缓蚀剂由三聚磷酸钾和溴化钾混合而成，其中，三聚磷酸钾与溴化钾的重量比为100：40～50。

3.根据权利要求1所述的前处理方法，其特征在于，所述镧系稀土化合物为氯化镧。

4.根据权利要求1所述的前处理方法，其特征在于，所述表调溶液的温度为10～40℃，用氨水调整pH值为1.5～3。

5.根据权利要求1所述的一种喷涂前用于处理镜面铝板的无铬钝化前处理方法，其特征在于，所述脱脂液的温度为50～65℃，采用醋酸调整pH值为10～12。

6.根据权利要求1所述的前处理方法，其特征在于，所述钝化溶液的温度为10～40℃，采用氨水调整pH值为2.5～3.5。

7.根据权利要求1所述的前处理方法，其特征在于，所述纯水洗过程分两次进行，先用一道纯水洗去样件表面残留的无铬钝化溶液，再用一道新鲜的纯水彻底清洁样件表面，确保无铬钝化膜不受杂质污染。