CN104894546B - 一种用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液及其使用方法，该预处理液包括酸、缓冲剂、表面刻蚀剂、表面活性剂和表面预植剂；其中，各组分的含量为：酸20～100g/L，缓冲剂30～72g/L，表面刻蚀剂10～34g/L，表面活性剂1～5g/L，表面预植剂2～15g/L。本发明提供的预处理液及其使用方法，不仅可以除去铝表面氧化物，油脂等，而且通过表面刻蚀剂改变铝合金表面的元素分布，使化学转化成膜过程中的阴极点充分暴露，同时在表面预植体的作用下在表面生成预植体，便于化学转化膜的生产。

Description

一种用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种处理液，尤其涉及一种用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液及其使用方法。

背景技术

铝合金由于其活性较大，容易腐蚀，需要对表面进行防腐蚀处理。常用的方法是在铝合金表面生成一层完整、致密、均匀的钝化层后再喷涂的方法。传统的铬酸盐钝化技术因所获转化膜耐蚀性能优良和操作方便而得到了广泛的应用。但六价铬毒性高，易致癌，严重危害环境。欧盟颁布ROHS、ELV和WEEE法规禁止含六价铬的电子及电器设备投放市场，铬酸盐钝化技术已受到严格的限制，开发一种无毒、环保、高耐蚀性能的绿色钝化技术已成共识。铬酸盐转化处理的替代技术研究开始受到广泛关注，许多无铬化技术相继出现，目前研究较多的有机类如硅烷、硅溶胶、植酸、单宁酸等，无机盐类如钼酸盐、硅酸盐、稀土盐、基于钛锆与氟的络合物处理工艺(CARBDOBOND)、Envirox系列处理技术等。这些处理技术都存在一些缺点，主要表现为：1)钛锆钝化膜绝大多数为无色，肉眼难以区分，不利于生产的在线判断；2)处理工艺复杂，处理工艺繁复，实现工业化的难度较大；3)成膜时间较长，降低了生产效率；4)处理过程中，产生的含氟和含氨的废水较多，给环保带来很大压力，不利于可持续发展。

此外，通常是在铝合金表面直接用可生成转化膜的处理液进行处理，这种情况下生成的转化膜性能较低。

因此，需要一种在铝合金表面生成转化膜之前对铝合金进行预处理的预处理液。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液。该预处理液可以提高铝合金表面生成的转化膜的性能。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液，该预处理液包括酸、缓冲剂、表面刻蚀剂、表面活性剂和表面预植剂；

其中，各组分的含量为：

其中，各组分的含量为：

其中，酸为氟苯甲酸、氟苯乙酸、硫酸、硝酸或盐酸中的一种或多种。

其中，缓冲剂为盐酸、硫酸或硝酸中的一种或多种。

其中，表面刻蚀剂为氟化钠、氟化钾、氟苯甲酸、氟苯乙酸、氟化氢、氟硅酸、氟硼酸、氟化氢钾或氟化氢铵中的一种或多种。

其中，表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子型表面活性剂。

其中，表面预植剂为硝酸铈、硫酸铈、氯化铈或醋酸铈中的一种或多种。

根据本发明的另一方面，提供了该预处理液的使用方法，具体包括以下步骤：

将水洗后的铝合金在所述预处理液中喷淋或浸泡1～5分钟；

用去离子水清洗经所述预处理液处理过的铝合金1～3分钟。

其中在所述步骤2后还包括下述步骤：

重复以上两个步骤一次或两次。

其中，如以上任意一项所述的预处理液在铝合金表面制备转化膜中的用途。

根据阴极成膜机理，由于铝合金表面存在不同电位相及杂质原子，导致在表面微区形成无数原电池而发生电化学反应，在微阳极区发生金属溶解反应，化学式如下：

M-ne^-→Mⁿ⁺(M代表铝合金中的金属元素)

在微阴极区发生H₂析出反应和O₂还原反应，化学式如下：

2H⁺+2e^-→H₂

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

微阴极区OH^-离子浓度增大，pH值升高，为转化膜的生成创造有利条件。因此，预处理作用就是在铝合金表面得到细密均匀分布的阴极点。

预处理液中酸的作用是对铝合金进行酸洗除去油脂；缓冲剂用于保证前处理液的pH值；表面活性剂是促进除油除脂；表面刻蚀剂用于除去表面的铝暴露在铝合金表面的第二相如Mg2Si、β-AlFeSi和FeAl₃等。

表面预植剂铈盐的作用是在局部pH升高时，在铝合金表面生成新的阴极点，便于无铬转化膜的生成，在此过程中的反应化学式为：

Ce³⁺+3OH^-→Ce(OH)₃↓

Ce⁴⁺+4OH^-→Ce(OH)₄↓

因此，本发明的用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液，不仅可以除去铝表面氧化物，油脂等，而且通过表面刻蚀剂改变铝合金表面的元素分布，使化学转化成膜过程中的阴极点充分暴露，同时在表面预植体的作用下在表面生成预植体，便于化学转化膜的生产。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了根据预处理液的一种使用方法得到的铝合金表面的SEM图；

图2示例性地示出了根据预处理液的一种使用方法得到的铝合金表面的预植铈元素面扫描图；

图3示例性地示出了根据预处理液的另一种使用方法得到的铝合金表面的SEM图；

图4示例性地示出了根据预处理液的另一种使用方法得到的铝合金表面的预植铈元素面扫描图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明预处理液的制备

本发明的预处理液用于在铝合金表面制备转化膜之前对铝合金表面进行预处理。该预处理液包括酸、缓冲剂、表面刻蚀剂、表面活性剂和表面预植剂；其中，各组分的含量为：

为使铝合金表面形成薄厚适中的转化膜，进一步地，本发明的预处理液中上述各组分的含量为：

其中，酸为氟苯甲酸、氟苯乙酸、硫酸、硝酸或盐酸中的一种或多种。需要说明的是，上述的酸可以为无机酸和有机酸中的任意一种或多种，而不限于所列出的氟苯甲酸、氟苯乙酸、硫酸、硝酸或盐酸；

缓冲剂为盐酸、硫酸或硝酸中的一种或多种；表面刻蚀剂为氟化钠、氟化钾、氟苯甲酸、氟苯乙酸、氟化氢、氟硅酸、氟硼酸、氟化氢钾或氟化氢铵中的一种或多种；

表面活性剂为阴离子表面活性剂，例如：脂肪醇硫酸钠、月桂醇硫酸钠或二辛基琥珀酸磺酸钠等，或非离子型表面活性剂，例如脂肪酸山梨坦、失水山梨醇酯或壬基酚聚氧乙烯醚等；

表面预植剂为硝酸铈、硫酸铈、氯化铈或醋酸铈中的一种或多种。

下面通过实施例的方式详细给出本发明的用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液的具体组分及含量。

实施例1

预处理液1

预处理液2

预处理液3

预处理液4

预处理液5

预处理液6

预处理液7

预处理液8

预处理液9

上述预处理液可以用于在铝合金表面生成转化膜之前对铝合金进行预处理。下面以实施例的方式说明该预处理液的使用方法。

实施例2本发明预处理液的使用方法

使用方法1

(1)将水洗后的铝合金在预处理液中喷淋1min，进行脱脂，然后用去离子水清洗3min；

(2)将水洗后的铝合金在预处理液中喷淋3min，进行脱脂，然后用去离子水清洗2min。

图1是按照使用方法1预处理后的铝合金表面的SEM图，从图1可知预处理后达到除油除脂效果。

图2是按照使用方法1预处理后的铝合金表面的预植铈元素面扫描图，可知预植体成功的在铝合金表面生成。

使用方法2

(1)将水洗后的铝合金在预处理液中浸泡5min，进行脱脂，然后用去离子水清洗1min；

(2)将水洗后的铝合金在预处理液中浸泡2min，进行脱脂，然后用去离子水清洗3min。

图3是按照使用方法2预处理后的铝合金表面的SEM图，从图1可知预处理后达到除油除脂效果。

图4是按照使用方法2预处理后的铝合金表面的预植铈元素面扫描图，可知预植体成功的在铝合金表面生成。

根据本发明的预处理液适用于在铝合金表面制备转化膜中使用。

本发明的用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液，不仅可以除去铝表面氧化物，油脂等，而且通过表面刻蚀剂改变铝合金表面的元素分布，使化学转化成膜过程中的阴极点充分暴露，同时在表面预植体的作用下在表面生成预植体，便于化学转化膜的生产。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于在铝合金表面制备转化膜的预处理液，其特征在于，所述预处理液包括酸、缓冲剂、表面刻蚀剂、表面活性剂和表面预植剂；

其中，各组分的含量为：

所述表面预植剂为硝酸铈、硫酸铈、氯化铈或醋酸铈中的一种或多种。

2.如权利要求1所述的预处理液，其特征在于，其中各组分的含量为：

3.如权利要求1或2所述的预处理液，其特征在于，所述酸为氟苯甲酸、氟苯乙酸、硫酸、硝酸或盐酸中的一种或多种。

4.如权利要求1或2所述的预处理液，其特征在于，所述缓冲剂为盐酸、硫酸或硝酸中的一种或多种。

5.如权利要求1或2所述的预处理液，其特征在于，所述表面刻蚀剂为氟化钠、氟化钾、氟苯甲酸、氟苯乙酸、氟化氢、氟硅酸、氟硼酸、氟化氢钾或氟化氢铵中的一种或多种。

6.如权利要求1或2所述的预处理液，其特征在于，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子型表面活性剂。

7.如权利要求1-6中任一项所述的预处理液的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

(1)将水洗后的铝合金在所述预处理液中喷淋或浸泡1～5分钟；

(2)用去离子水清洗经所述预处理液处理过的铝合金1～3分钟。

8.如权利要求7所述的预处理液的使用方法，其特征在于，在所述步骤(2)后还包括下述步骤：

重复所述步骤(1)和(2)一次或两次。

9.如权利要求1-6中任一项所述的预处理液在铝合金表面制备转化膜中的用途。