CN104178756A - 环境友好型铝合金无铬磷化液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境友好型铝合金无铬磷化液及其制备方法，环境友好型铝合金无铬磷化液中各组分及其含量为：ZnO：5-10(g/L)，H₃PO₄：10-30(ml/L)，HNO₃：12-18(ml/L)，NaF：0.5-2(g/L)，Y₂O₃：10-40(mg/L)，柠檬酸：1-3(g/L)，其余为水。本发明以氧化钇为主促进剂，氟化钠和柠檬酸为助剂，无亚硝酸盐，且不含镍离子和铬离子，对环境无污染，在低温下磷化，节省能源，磷化液稳定，磷化膜耐蚀能力好，与涂层的结合力强。此外，本发明制备方法简单，操作使用方便，无技术难度，成膜速度快。

Description

环境友好型铝合金无铬磷化液及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料表面处理技术领域，主要用于铝合金型材涂装前的表面处理。

背景技术

铝合金在制造过程中，由于追求高的机械性能和综合性能而添加各种合金元素，如Zn、Mg、Cu、Si等。这些元素的存在使得铝合金内部化学成分和组织不均匀，使得铝合金材料在使用环境(尤其是Cl^-存在的条件下)中极易造成微电池腐蚀，影响材料的使用寿命。所以铝及其合金的防护越来越受到人们的重视。铬酸盐钝化处理在铝合金的表面处理中得到了广泛的应用，但由于六价铬有毒，随着人类社会的发展及科学技术水平的提高，人们的环境保护意识越来越强，进行铬酸盐钝化技术的替代研究已经成为金属防腐蚀领域一个重要的方向和亟待解决的课题。金属表面稀土转化处理工艺简单、无毒、无污染、成本低，已经成为无铬替代处理技术研究的热点。稀土盐中铈盐研究的较多，本发明采用稀土氧化钇作为新型磷化促进剂。

发明内容

本发明的目的在于克服铬酸盐有剧毒并有致癌作用，同时含铬废水和残渣的处理费用十分昂贵。而以亚硝酸盐为促进剂的磷化过程中还会或多或少产生有害气体及沉渣，影响生产的正常进行等缺陷，提供一种对环境和人体无毒无害以稀土为主要促进剂且不含铬的环境友好型铝合金无铬磷化液及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所设计的环境友好型铝合金无铬磷化液，其中各组分及其含量为：

ZnO：5-10(g/L)H₃PO₄：10-30(ml/L)HNO₃：12-18(ml/L)

NaF：0.5-2(g/L)Y₂O₃：10-40(mg/L)

柠檬酸：1-3(g/L)水余量

优选方案，所述环境友好型铝合金无铬磷化液中各组分及其含量为：

ZnO：8(g/L)H₃PO₄：20(ml/L)HNO3：15(ml/L)

NaF：0.8(g/L)Y₂O₃：20(mg/L)

柠檬酸：1.5(g/L)水余量

本发明还提供了一种制备上述磷化液的方法，其步骤为：

(1)将称好的氧化锌放入水中搅拌成糊状；

(2)将称好的H₃PO₄、HNO₃依次缓慢倒入(1)的浊液中，并不断搅拌；

(3)当(2)的溶液完全溶解后，依次加入氧化钇、氟化钠、柠檬酸，并不断搅拌；

(4)用水将配制的(3)溶液稀释定容；

(5)调节溶液的pH值在3.0左右。

本发明在上述环境友好型低温铝合金无铬磷化液中采用氧化钇、氟化钠和柠檬酸进行合理配比，制成复合促进剂，无需单独添加，只需控制磷化液的pH值即可，成膜速度快，形成的膜层致密均匀，耐蚀性能好。

与常规的亚硝酸盐做促进剂对比：

氧化钇：由于稀土元素的外层电子结构的特殊性，其具有较大的离子半径，易极化和变形，很容易吸附在基体金属的表面，于是提供了更多的活性点，形成了更多的晶核，使其起表面调整剂和促进剂的作用，加速了磷化过程，并促使磷化结晶细化、致密而提高了膜层的耐蚀性，而对磷化膜层的组成和结构没有明显的改变。

氟化钠：NaF可以用作缓冲剂，使磷化液的pH值较长时间稳定在一定范围内。F^-还有细化结晶、掩蔽杂质的作用，如其和Al³⁺络合，阻止Al³⁺对形成磷化膜的干扰。

柠檬酸：在磷化液中起络合作用，能稳定槽液、降低沉渣量，同时还可降低膜厚，改善膜的质量。

本发明的磷化液，使用过程中，温度控制在40度左右，pH值控制在3.0左右，磷化时间8-10分钟，即可形成一层均匀致密的磷酸盐膜层。该膜层耐硫酸铜点滴时间达70S以上，与涂层的附着力达1级以上，磷化液稳定，适合6061铝合金型材的涂装前处理使用。

本发明的有益效果是：

(1)以氧化钇为主促进剂，与其它添加剂复配，无亚硝酸盐、镍离子，减少环境污染，有利于操作人员身体健康；

(2)在低温下操作节约能源；

(3)沉渣量大大减少；

(4)生成的磷化膜耐蚀性能好，与有机涂层间的结合力增强；

(5)所有磷化液均用自来水配制，同时磷化液稳定。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所述的环境友好型铝合金无铬磷化液的制备方法如下：

(1)将称好的氧化锌放入水中搅拌成糊状；

(2)将称好的H₃PO₄、HNO₃依次缓慢倒入(1)的浊液中，并不断搅拌；

(3)当(2)的溶液完全溶解后，依次加入氧化钇、氟化钠、柠檬酸，并不断搅拌；

(4)用水将配制的(3)溶液稀释定容；

(5)调节溶液的pH值在3.0左右。

以下实施例均采用该方法制备

实施例1

环境友好型铝合金无铬磷化液1，其中各组分及其含量为：氧化锌8g/L磷酸20ml/L，硝酸15ml/L，氟化钠0.8g/L，氧化钇20mg/L，柠檬酸1.5g/L，余量为水。

实施例2

环境友好型铝合金无铬磷化液2其中各组分及其含量为：氧化锌5g/L，磷酸30ml/L，硝酸12ml/L，氟化钠0.5g/L，氧化钇40mg/L，柠檬酸1.8g/L，余量为水。

实施例3

环境友好型铝合金无铬磷化液3其中各组分及其含量为：氧化锌10g/L，磷酸12.5ml/L，硝酸18ml/L，氟化钠1g/L，氧化钇20mg/L，柠檬酸2g/L，余量为水。

实施例4

环境友好型铝合金无铬磷化液4中各组分及其含量为：氧化锌8g/L，磷酸15ml/L，硝酸13.5ml/L，氟化钠1.2g/L，氧化钇15mg/L，柠檬酸1.5g/L，余量为水。

实施例5

环境友好型铝合金无铬磷化液5中各组分及其含量为：氧化锌6g/L，磷酸18ml/L，硝酸15ml/L，氟化钠1.5g/L，氧化钇25mg/L，柠檬酸1.2g/L，余量为水。

实施例6

环境友好型铝合金无铬磷化液6中各组分及其含量为：氧化锌9g/L，磷酸25ml/L，硝酸12ml/L，氟化钠1.7g/L，氧化钇20mg/L，柠檬酸2.0g/L，余量为水。

试验例：

将实施例1、2、3、4、5、6得到的环境友好型铝合金无铬磷化液对同一金属(6061铝合金)进行处理，其效果比较如下：

Claims (4)

1.环境友好型铝合金无铬磷化液(以1L为基准)，其组成比例为：

ZnO：5-10(g/L)H₃PO₄：10-30(ml/L)HNO₃：12-18(ml/L)

NaF：0.5-2(g/L)Y₂O₃：10-40(mg/L)

柠檬酸：1-3(g/L)水余量。

2.制备权利要求1所述的环境友好型铝合金无铬磷化液的制备方法，其步骤是：

(1)将称好的氧化锌放入水中搅拌成糊状；

(2)将称好的H₃PO₄、HNO₃依次缓慢倒入(1)的浊液中，并不断搅拌；

(3)当(2)的溶液完全溶解后，依次加入氧化钇、氟化钠、柠檬酸，并不断搅拌；

(4)用水将配制的(3)溶液稀释定容；

(5)调节溶液的pH值在2.5左右。

3.使用权利要求1和2所述的环境友好型铝合金无铬磷化液的磷化工艺流程为：将6061铝合金切成30mm×30mm×3mm，200^#耐水砂纸打磨→400#耐水砂纸打磨→600#耐水砂纸打磨→碱性除油→热水洗→冷水洗→碱洗→去离子水洗→酸洗出光→去离子水洗→吹干→化学转化处理→水洗→自然晾干。

4.磷化工艺参数为：

磷化时间：温度35～45℃

时间：8～10min

游离酸度：1.5～3.5。