CN104451634A - 铝及铝合金钝化液、制备方法及其使用方法 - Google Patents

铝及铝合金钝化液、制备方法及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝及铝合金钝化液、制备方法及其使用方法,所述钝化液的原料配比为:铬酸锌3-5g/L,硫酸钴0.5-1g/L,硫酸锆2-3g/L,氟化钠0.5-1.5g/L,硝酸2-4g/L,柠檬酸1-2g/L,余量为水。用所述钝化液稀释配成的钝化工作液(槽液)稳定,浓度较低,钝化速度较快,所得钝化膜空隙率低、附着力高,能够在铝材表面形成黄色的铬酸盐膜层,具有极好的防腐蚀性能,能大大提高工件与油漆或喷塑涂层的附着力。所形成的钝化膜耐中性盐雾能力120小时以上。

Description

铝及铝合金钝化液、制备方法及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属表面处理剂领域,更具体的说,涉及一种铝及铝合金钝化液、制备 方法及其使用方法。
背景技术
[0002] 因活性较高,铝及铝合金的表面容易氧化和受到侵蚀,常需要进行钝化处理。通 过钝化处理所生成的钝化膜厚度较大且可调,具有适当的耐蚀、耐磨和耐污能力,同时该钝 化膜也可以提高铝及铝合金与油漆等涂层的附着力,常用作涂层的底层。
[0003] 目前,铝及铝合金钝化工艺,仍主要是铬酸盐钝化工艺,铬酸盐钝化膜层具有良好 的自修复功能和耐蚀性,几乎适用于所有的铝及铝合合金材质。
[0004] 但传统铬酸盐钝化工艺中,钝化槽液的铬酸盐含量通常较高,如20_50g/L,操作 温度也常较高,如80-90°C,钝化时间较长,如10-20分钟。针对这些缺点,中国专利申请 201310203255. 3公开了一种高效常温铝合金钝化液及其制备工艺,按100重量份重量计, 含有下列物质:〇. 136-0. 707份的重铬酸钾,0. 043-0. 50份的氟化铵,0. 043-0. 44份的氯化 铁,0. 48-0. 98份的柠檬酸,0. 48-0. 98份的稀土金属,0. 48-0. 98份的硼酸,95. 41-98. 34份 的纯水;该钝化液在20-35°C下可稳定操作,钝化时间15-50秒,烘干温度60-80°C。但该钝 化液因浓度仍较高、钝化速度太快,所得钝化膜存在空隙率较大、附着力不够高等缺点。
发明内容
[0005] 本发明的目的之一在于克服现有技术的不足,提供一种铝及铝合金钝化液,用所 述钝化液稀释配成的钝化工作液(槽液)稳定,浓度较低,钝化速度较快,所得钝化膜空隙率 低、附着力高,能够在铝材表面形成黄色的铬酸盐膜层,具有极好的防腐蚀性能,能大大提 高工件与油漆或喷塑涂层的附着力。所形成的钝化膜耐中性盐雾能力120小时以上。
[0006] 本发明的目的之二在于提供上述铝及铝合金钝化液的制备方法。
[0007] 本发明的目的之三在于提供上述铝及铝合金钝化液的使用方法。
[0008] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下: 一种铝及铝合金钝化液,由多种原料溶于去离子水中而成,其中各原料组份配比为: 铬酸锌 3-5 g/L 硫酸钴 0.5-1 g/L 硫酸锆 2-3 g/L 氟化钠 0. 5-1. 5 g/L 硝酸 2-4 g/L 柠檬酸 1-2 g/L 水 余量。 其中所述的铬酸锌优选4-5 g/L ; 其中所述的硫酸钴优选〇. 7-0. 9 g/L ; 其中所述的硫酸锆优选2. 5-3 g/L ; 其中所述的氟化钠优选I. 0-1. 5g/L ; 其中所述的硝酸优选3-4 g/L ; 其中所述的朽1檬酸优选1. 5-2 g/L ; 本发明铝及铝合金钝化液的制备方法,依次包括如下步骤: (1) 在容器中加入所需量去离子水的3/5体积,加入硝酸并搅匀,加入铬酸锌、硫酸钴、 硫酸锫,搅拌至完全溶解; (2) 加入氟化钠、柠檬酸,搅拌至完全溶解; (3) 补加剩余所需去离子水至溶液总体积,搅匀,即可得到本发明铝及铝合金钝化液。
[0009] 本发明铝及铝合金钝化液的使用方法,依次包括如下步骤: (1) 对待钝化的铝及铝合金工件进行净化处理; (2) 将所述钝化液加去离子水稀释至30-100倍体积成为钝化工作液,搅匀,控制温度 20_35°C,对净化后的铝及铝合金工件进行钝化处理1-10分钟; (3) 用50-60°C的热风将钝化后的铝及铝合金工件烘干。
[0010] 其中,步骤(2)中,所述对净化后的金属件进行钝化处理的方法,优选浸泡或喷淋, 钝化处理时间优选3-8分钟;若工件处理数量较多,并根据工件表面的钝化层质量情况向 钝化工作液适当补充本发明钝化液,维持钝化工作液PH值1. 8-2. 8。
[0011] 本发明铝及铝合金钝化液各组分的选择原理及作用如下: (1) 铬酸锌:是钝化膜的基本成份; (2) 硝酸:提供H+离子,使得铝溶解; (3) 柠檬酸:络合剂,能控制成膜速度和钝化工作液的稳定性; (4) 硫酸钴、硫酸锆:成膜促进剂,并能调整钝化膜层颜色; (5) 氟化钠:成膜促进剂,能加快钝化膜形成速度,并细化钝化膜结构,使钝化膜颜色更 加鲜艳。
[0012] 本发明铝及铝合金钝化液在铝及铝合金表面形成钝化膜的基本原理:金属铝接触 酸性钝化工作液,溶解形成铝离子,同时铝离子的形成消耗了酸,造成金属铝表面溶液的pH 上升,铬酸根直接与锌离子、铝离子、钴离子、锆离子等在所述pH较高的金属铝表面溶液层 中发生反应,形成不溶性化合物,吸附、沉淀在铝表面上,从而形成耐蚀性较好的黄色钝化 膜。
[0013] 本发明铝及铝合金钝化液的有益效果如下: 1. 钝化操作在20-35°C的常温下进行,节约能耗,钝化工作液较稳定,可避免因温度过 高或过低而导致皮膜薄或皮膜疏松多孔而使皮膜耐蚀性能变差的问题,钝化膜质量较好并 易于控制; 2. 钝化工作液所允许的pH值范围宽,易控制,在pH值1.8〜2. 8之间时,皮膜的颜 色、亮度、耐蚀性较稳定,pH值1. 8〜2. 0时效果更好; 3. 成膜速度快慢适中,钝化时间长短适中,易于实施; 4. 所得钝化膜耐蚀性能好,盐雾试验可达到120小时以上(工件表面无任何白锈或白 斑),孔隙率低,不需要使用封闭剂进行处理; 5. 所得钝化膜附着牢固,能大大提高工件与油漆或喷塑涂层的附着力。
[0014] 本发明实施例中,钝化处理后工件的中性盐雾腐蚀试验(NSS)方法为:参照 IS03768标准,钝化处理后的选定工件放入盐雾腐蚀试验箱中,盐水含5% (wt)氯化钠、pH 值6. 5〜7. 2,温度(35±2) °C,降雾量1〜2mlV(h .cm2),时间120小时后,观察有无锈蚀, 有锈蚀则测锈蚀面积,计算锈蚀面积占工件表面积的百分比。
[0015] 钝化膜层孔隙率:取保存在褐色瓶中、质量分数为氯化钠14%、铝试剂0. 35%、白 明胶1. 〇%的蒸馏水溶液,将滤纸切成长、宽均为10厘米的纸片,用塑料镊子将纸片浸入上 述溶液中,提出滴净多余试液,覆盖在工件的钝化膜表面(钝化膜长、宽均大于10厘米),5 分钟后移除试纸,观察工件膜层表面,有红色斑点处表示有孔隙部分。试验时各取平行试样 3个,得出每平方厘米面积上的橙红色斑点平均数量。
[0016] 钝化膜及喷塑涂层附着力:根据GB 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验标 准进行测试,确定附着力等级,所用油漆为氟碳漆,干后涂层厚度约25um。
[0017]
具体实施方式
[0018] 以下结合具体的实施例对本发明做进一步详细的描述。
[0019]实施例 1-10 实施例1-10分别给出了本发明铝及铝合金钝化液的组成,具体如表1所列,其中,配料 数值的单位为g/L。
Figure CN104451634AD00051
以上实施例1-10钝化液的制备方法如下:在2000ml烧杯中加入600ml去离子水,加入 硝酸并搅匀,加入铬酸锌、硫酸钴、硫酸锆,搅拌至完全溶解;加入氟化钠、柠檬酸,搅拌至完 全溶解;补加去离子水至溶液总体积1000ml,搅匀,即可得到本发明铝及铝合金钝化液。
[0021] 对比实施例11-14 表2为参照现有技术设置的对比例11-14铝及铝合金钝化液的配方,各配料数值的单 位为g/L,余量为纯水。
[0022] 表2对比例11-14铝及铝合金钝化液配方
Figure CN104451634AD00052
以上对比例11-14钝化液的制备方法如下,各配液IOOOml :在2000ml烧杯中加入 600ml去离子水,加入硝酸并搅匀,加入重铬酸钾、氯化铁、氯化稀土,搅拌至完全溶解;力口 入柠檬酸、硼酸,搅拌至完全溶解;加入氟化铵,搅拌至完全溶解;补加去离子水至溶液总 体积1000ml,搅勻,加适量硝酸调节至pH值2. 0。
[0023] 下面以含硅、镁的牌号为6063的铝合金薄板为试片,分别说明以上实施例1-10、 对比例11-14铝及铝合金钝化液的使用方法和钝化效果,试片尺寸皆为120x120x2mm,预先 经过了包括除油和酸洗的净化处理。
[0024] 将实施例1-10的钝化液加去离子水稀释至50倍体积,在25°C,对试片进行钝化处 理,钝化时间为5分钟,钝化后试片经去离子水冲洗后,再用60°C的热风烘干。
[0025] 对比例11-14的钝化液不经稀释,在25°C,对试片进行钝化处理,钝化时间为40 秒,钝化后试片经去离子水冲洗后,再用60°C的热风烘干。
[0026] 以上实施例、对比例的使用效果分别见表3、表4。
[0027] 表3实施例1-10铝及铝合金钝化液的使用效果
Figure CN104451634AD00061
Figure CN104451634AD00071
实施例15 以实施例7的铝及铝合金钝化液100ml,加水稀释至50倍体积即5000ml并混匀,制成 钝化工作液(槽液),在25°C,对100片上述试片进行钝化处理,钝化时间为5分钟,钝化后 试片经去离子水冲洗后,再用60°C的热风烘干。观察每片试片的钝化状况都较佳,色泽一 致,分别取第10、30、50、70、100片进行中性盐雾腐蚀试验、测定钝化膜层孔隙率、钝化膜及 喷塑涂层附着力,都能达到表3所列的钝化效果情况。
[0028] 以上内容描述了本发明的基本原理和主要特征,本发明不受上述实施例的限制, 在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都 落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界 定。

Claims (10)

1. 一种铝及铝合金钝化液,由多种原料溶于去离子水中而成,其中各原料组份配比 为:铬酸锌3-5 g/L,硫酸钴0. 5-1 g/L,硫酸锆2-3 g/L,氟化钠0. 5-1.5 g/L,硝酸2-4 g/ L,朽1檬酸1-2 g/L,余量为水。
2. 如权利要求1所述的铝及铝合金钝化液,其特征在于,所述的铬酸锌为4-5 g/L。
3. 如权利要求1所述的铝及铝合金钝化液,其特征在于,所述的硫酸钴为0.7-0. 9 g/ L〇
4. 如权利要求1所述的铝及铝合金钝化液,其特征在于,所述的硫酸锆为2.5-3 g/L。
5. 如权利要求1所述的铝及铝合金钝化液,其特征在于,所述的氟化钠为1. 0-1. 5g/ L〇
6. 如权利要求1所述的铝及铝合金钝化液,其特征在于,所述的硝酸为3-4 g/L。
7. 如权利要求1所述的铝及铝合金钝化液,其特征在于,所述的柠檬酸为1.5-2 g/L。
8. 如权利要求1所述铝及铝合金钝化液的制备方法,依次包括如下步骤: (1) 在容器中加入所需量去离子水的3/5体积,加入硝酸并搅匀,加入铬酸锌、硫酸钴、 硫酸锫,搅拌至完全溶解; (2) 加入氟化钠、柠檬酸,搅拌至完全溶解; (3) 补加剩余所需去离子水至溶液总体积,搅匀。
9. 如权利要求1所述铝及铝合金钝化液的使用方法,依次包括如下步骤: (1) 对待钝化的铝及铝合金工件进行适当的净化处理; (2) 将所述钝化液加去离子水稀释至30-100倍体积成为钝化工作液,搅匀,控制温 度20-35°C,对净化后的铝及铝合金工件进行钝化处理1-10分钟; (3) 用50-60°C的热风将钝化后的铝及铝合金工件烘干。
10. 如权利要求9所述铝及铝合金钝化液的使用方法,其中,步骤(2)中,所述对净化 后的金属件进行钝化处理的方法为浸泡或喷淋,所述钝化处理时间为3-8分钟,并并根据 工件表面的钝化层质量情况向钝化工作液适当补充本发明钝化液,维持钝化工作液PH值 1. 8~2, 0〇
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