CN104278264A - 铝合金无铬原位磷化液及其制备方法 - Google Patents

铝合金无铬原位磷化液及其制备方法 Download PDF

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张伟
刘双枝
杨玉萍
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/48—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 not containing phosphates, hexavalent chromium compounds, fluorides or complex fluorides, molybdates, tungstates, vanadates or oxalates
    • C23C22/56—Treatment of aluminium or alloys based thereon

Abstract

本发明公开了一种铝合金无铬原位磷化液及其制备方法，铝合金无铬磷化液中各组分及其含量为：苯基膦酸：1-5％；酒石酸：0.1-0.3％；柠檬酸：0.1-0.3％，其余为有机润湿分散剂和有机涂料。本发明以苯基膦酸为原位磷化剂的主要成分，酒石酸和柠檬酸为有机添加剂，无亚硝酸盐，且不含镍离子和铬离子，对环境无污染，苯基膦酸与有机涂料形成稳定、混合均匀的成膜物质，在铝合金基体表面形成有机涂层，使金属磷化处理和有机涂层的涂覆结合起来，在一道工序中同时完成以前多道涂装工序的任务，有效地降低了多步骤涂装工艺的经济成本和操作复杂性。减少了磷化处理和铬酸盐封闭的工序，节省了时间、能源、资源和劳动力，并减少了有毒物质的排放，是一种绿色、清洁的工艺。此外，本发明制备方法简单，操作使用方便，无技术难度。

Description

铝合金无铬原位磷化液及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金表面处理技术领域，主要用于铝合金型材涂装前的表面处理。
背景技术
传统的金属涂装工艺是一个多步骤的过程，要经过除油、除锈、磷化成膜、封闭、干燥等多道工序，然后再涂刷有机涂料，金属的磷化成膜和有机涂层的形成是单独分开的，工艺过程复杂，工艺参数多，操作控制难。另外，金属经过磷化处理后，表面仍有1％～5％的小孔，导致金属涂覆有机涂料后的耐腐蚀性能不尽如人意，涂装工艺后产生的有毒溶液、重金属和其他有毒物质对环境有极大的污染。现在全球对环境保护和节能减排的呼声越来越高，因此原位磷化技术应运而生。原位磷化技术是在有机涂料中使用有机磷化剂的一种技术，以替代铬酸盐处理同时又不降低有机涂层的耐腐蚀性能。原位磷化试剂在有机涂层的固化过程中起到催化作用，促进有机涂层固化成膜的交联反应，使得所形成的有机涂层具有较高的交联度。这种高交联度的涂层减少了有机涂层中的孔隙，起到了封闭的作用，对水和电解质具有较高的防渗作用，有效地增加了有机涂层的防腐蚀能力，提高了涂装质量。原位磷化技术的实现，将可减小磷化生产对环境的危害，简化磷化工艺和设备，降低生产成本，对涂装工业生产带来良好的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于克服了传统的磷化膜/有机涂层涂装工艺存在防腐蚀性能不尽理想，操作工艺复杂(磷化与涂覆有机涂层分步进行)等缺陷，能够简化金属的涂装工序，降低生产成本，提供一种不含铬的铝合金原位磷化液及其制备方法，可以满足环保及洁净生产之要求。
为实现上述目的，本发明所设计的铝合金无铬原位磷化剂的配制方法如下：
(1)试剂配制
原位磷化试剂：苯基膦酸，酒石酸，柠檬酸。
有机润湿分散剂组成(体积比)：丙二醇甲醚醋酸酯80％，醋酸丁酯20％。
有机涂料：聚酯一三聚氰胺。
(2)原位磷化液的配制
取聚酯-三聚氰胺油漆和有机润湿分散剂按(3∶1)(质量比)加入容器中，搅拌均匀后，加入一定量的原位磷化试剂，使其充分混合。
为实现上述目的，本发明所设计的铝合金无铬原位磷化液中各组分的含量为(质量分数)：
苯基膦酸：1-5％；酒石酸：0.1-0.3％；柠檬酸：0.1-0.3％
其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
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：
苯基膦酸：2％；酒石酸：0.2％；柠檬酸：0.3％
其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
本发明的原位磷化液，使用过程中，涂层固化温度控制在40～80℃，固化时间5-12小时，该涂层的附着力达1级以上，有机涂层显著提高了铝合金的耐腐蚀性能，增强涂层与金属间的结合力制得的原位磷化有机涂层对金属的防护性能最佳。
本发明的有益效果是：
(1)以苯基膦酸为原位磷化剂的主要成分，苯基膦酸与有机涂料形成稳定、混合均匀的成膜物质，这种成膜物质与金属基体产生化学反应生成P-O-C共价键，在金属基体表面形成有机涂层，使金属磷化处理和有机涂层的涂覆结合起来，在一道工序中同时完成以前多道涂装工序的任务，有效地降低了多步骤涂装工艺的经济成本和操作复杂性。
(2)增加了有机涂料的交联度，高交联度的涂层减少了有机涂层中的孔隙，起到了封闭的作用，对水和电解质具有较高的防渗作用，有效地增加了有机涂层的防腐蚀能力，提高了涂装质量。使有机涂层结合的更紧密，稳定性更好。
(3)减少了磷化处理和铬酸盐封闭的工序，节省了时间、能源、资源和劳动力，并减少了有毒物质的排放，是一种绿色、清洁的工艺。
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。
本发明所述的铝合金原位磷化液及其制备方法如下：
(1)试剂配制
原位磷化试剂：苯基膦酸，酒石酸，柠檬酸。
有机润湿分散剂组成(体积比)：丙二醇甲醚醋酸酯80％，醋酸丁酯20％。
有机涂料：聚酯-三聚氰胺。
(2)原位磷化液的配制
取聚酯-三聚氰胺油漆和有机润湿分散剂按(3∶1)(质量比)加入容器中，搅拌均匀后，加入一定量的原位磷化试剂，使其充分混合。
以下实施例均采用该方法制备
实施例1
铝合金无铬原位磷化液及1，其中各组分及其含量为：苯基膦酸：1％；酒石酸：0.1％；柠檬酸：0.1％，其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
实施例2
铝合金无铬原位磷化液2其中各组分及其含量为：苯基膦酸：1.5％；酒石酸：0.1％；柠檬酸：0.2％，其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
实施例3
铝合金无铬原位磷化液3其中各组分及其含量为：苯基膦酸：2％；酒石酸：0.2％；柠檬酸：0.3％，其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
实施例4
铝合金无铬原位磷化液4中各组分及其含量为：苯基膦酸：3.5％；酒石酸：0.2％；柠檬酸：0.3％，其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
实施例5
铝合金无铬原位磷化液5中各组分及其含量为：苯基膦酸：5％；酒石酸：0.2％；柠檬酸：0.3％，其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
实施例6
铝合金无铬原位磷化液6中各组分及其含量为：苯基膦酸：4％；酒石酸：0.3％；柠檬酸：0.3％，其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
试验例：
将实施例1、2、3、4、5、6得到的铝合金无铬原位磷化液对同一金属(6061铝合金)进行处理，其效果比较如下：

Claims (4)

1.铝合金无铬原位磷化液中各组分的含量为(质量分数)：
苯基膦酸：1-5％；酒石酸：0.1-0.3％；柠檬酸：0.1-0.3％
其余为有机润湿分散剂和有机涂料。
2.制备权利要求1所述的铝合金无铬原位磷化液的制备方法，其步骤是：
(1)试剂配制
原位磷化试剂：苯基膦酸，酒石酸，柠檬酸。
有机润湿分散剂组成(体积比)：丙二醇甲醚醋酸酯80％，醋酸丁酯20％。
有机涂料：聚酯-三聚氰胺。
(2)原位磷化液的配制
取聚酯-三聚氰胺油漆和有机润湿分散剂按(3∶1)(质量比)加入容器中，搅拌均匀后，加入一定量的原位磷化试剂，使其充分混合。
3.使用权利要求1和2所述的铝合金无铬原位磷化液的原位磷化工艺流程为：将6061铝合金切成30mm×30mm×3mm，400#耐水砂纸打磨→600#耐水砂纸打磨→800#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→乙醇溶液超声波清洗10min→吹干→1200#的砂纸打磨至光亮-去离子水清洗——吹干→原位磷化处理→加热固化。
4.有机涂料加热固化的参数：
热固化温度：40～80℃
热固化时间：5～12h。
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