CN107034471B - 一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液以及化学清洗的方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液以及化学清洗的方法，属于铝合金表面预处理的技术领域。本发明要解决现有铝合金化学清洗存在污染环境、生产效率低、水耗高、镀覆层耐腐蚀性不理想技术问题。光化处理液为植酸、NaHF2、Fe(NO)3、RC5820和油酸三乙醇胺。化学清洗方法是按下述步骤进行的：一、用汽油擦拭铝或铝合金表面除油，烘干；二、然后热水冲洗；三、碱洗；四、热水；五、光化处理；六、热水冲洗，再自然干燥。本发明通过化学清洗的方法对铝合金表面的处理，提高了铝合金表面的耐腐蚀性能，铝耗相近，大幅度降低了水耗，工艺流程短，效率高。

Description

一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液以及化学清洗的 方法
技术领域
本发明属于铝合金表面预处理的技术领域；具体涉及一种铝合金表面预处理用光化处理液以及化学清洗的方法。
背景技术
在金属元素当中铝及其合金有高的应用价值，例如：密度小，质量轻，导电性好，导热性好，正因为这些优点，铝及铝合金在工业生产中得到了广泛的应用。随着现代化工业的发展，对铝及铝合金的表面处理要求也在不断提高。阳极氧化和化学氧化是当前最热门的两种铝合金表面处理工序。容易操作、成本低是化学转化法备受关注的原因。铝及其合金在交通运输行业、建筑、包装工业、电子、电气行业的使用前景很可观，各国都竞相研究更符合生产需要的高性能铝合金。
铝及其合金的表面氧化膜一般都比较致密，而且与铝基体间存在一定强度的结合。因此在某些环境中，这层钝化膜的存在能够有效地阻止基体金属发生进一步氧化，从而保护金属不被继续破坏。不过由于铝及铝合金中少量杂质的存在，影响了钝化膜与基体间的结合力，从而也在一定程度上降低了其耐腐蚀性能。它同时受到环境与合金本身性质的影响，其中环境因素包括温度、湿度、压力和腐蚀介质等；而合金的成分、组织或组织不均匀性、应力或应力不均匀性等则构成了另一大因素。另外，当两种具有不同电极电位的金属或合金在互相接触时，只要存在腐蚀介质，通常也会有腐蚀情况的发生除此之外，氧化膜表面很容易会产生人为划痕等缺陷，这有可能导致其他形式的腐蚀发生。
铝及其合金表面的处理技术通常有阳极氧化、化学氧化、磷化处理等技术。而在进行此类表面处理前，通常会有诸如机械处理(打磨、抛光)和化学清洗等前处理工艺。不同的表面预处理方式(例如打磨、碱洗、酸洗等)，对于铝合金基体的耐腐蚀性能是有一定影响的。
铝及铝合金进行电镀、涂覆或氧化处理时，为了确保镀覆层能与铝合金基体牢固结合，提高铝合金的耐蚀性，通常通过对铝合金表面的处理来增厚表面氧化膜，国内广泛应用的处理工艺是阳极氧化法和化学氧化法。
化学清洗是在合适的溶解液和工艺条件下，利用溶解液对工件表面的侵蚀作用，使工件表面整平，获得比较光亮的表面。铝及其合金的化学抛光溶液有磷酸基溶液和非磷酸基溶液两类。在对铝及铝合金进行电镀、涂覆或氧化处理时，为了确保镀覆层能与金属基体牢固结合，
表面预处理工作的彻底与否影响着镀覆层能与铝合金基体结合工作的好与坏，一般流程包括：
机械抛光→除油→水洗→碱蚀→水洗→光化→水洗→烘干
对于当前而言，多种酸混合、单一HNO3、无HNO3是国内最主要的三种出光工艺。如果用的铝合金含有较少的杂质，并且质量合格，一般传统的硝酸就能够对其进行光化处理，就能够得到满意的效果；因为硬铝合金的化学成分较为复杂，如果没有强效的化学清洗液对其进行光化处理，光化没有达到理想的效果就会使大量的残留物残留在金属的表面上，这些残留物会在涂层下形成微小的原电池，进行自我反应，这会严重的影响金属的耐腐蚀性能。例如：铝合金表面中含有大量的铜元素化合物，进行形成转化膜反应时，铜化合物遇到强氧化剂会变成铜离子，但是这些铜离子不会被排除铝合金表面，而是成为其他形式进入铝合金表面，这些进入的铜离子对转化反应会产生巨大的干扰，这会造成铝合金转化膜的耐腐蚀性大大的下降，所以说表面处理技术在提高金属的耐腐蚀性上充当着重要角色。
在我国，除油与碱洗工艺相对较为成熟，但是光化工艺往往不能达到理想的效果。当金属经过酸浸与脱脂工艺处理之后，金属表面会有不溶于碱的金属，例如铜、铁、硅等残留在金属的表面，从而形成一层深色松散的材料，表面也不均匀，导致基材与镀覆层结合力不好，从而导致镀覆层耐腐蚀性不理想。为了使其不影响后续工作，所以必须要将其除去，松散材料取出的方法有手动清除法，但是这种清除方法耗费人力并且效率较低，效果不理想。
现在的工艺，酸蚀工艺以氟化氢或硝酸为预处理药剂主要成分,生产过程中产生大量氟化氢废气、含氟和高氨氮废水及废渣,严重污染环境,损害员工健康。光化工艺中药剂主体成分为氢氧化钠,该工艺铝耗高,生产效率低。对于精密的铝合金仪器件，用酸溶解后剩余的松散材料一般会手动清除法，但是这种清除方法耗费人力并且效率较低，效果不理想。而且无论酸蚀工艺还是光化工艺,都存在多步水洗步骤。因此水耗高,并且工艺生产中这些含氟含按工业废水绝大多数直接排放,造成严重的环境污染。
发明内容
本发要解决现有铝合金化学清洗存在污染环境、生产效率低、水耗高、镀覆层耐腐蚀性不理想技术问题；而提供了一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液以及化学清洗的方法。
本发明中一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液的组分为植酸(肌醇六磷酸)、NaHF2、Fe(NO)3、莱茵化学水性铝缓蚀剂RC5820、油酸三乙醇胺。
进一步限定，各组分的浓度：
本发明中铝合金表面预处理化学清洗方法是按下述步骤进行的：
步骤一、用温度为20℃～70℃的汽油擦拭铝或铝合金表面除油，烘干；
步骤二、然后用温度为40℃～100℃的热水冲洗至少2次以上，每次冲洗时间至少为5min；
步骤三、然后用温度为40℃～100℃且NaOH溶液碱洗10～30min；
步骤四、然后用温度为40℃～100℃的热水冲洗至少2次以上，每次冲洗时间至少为5min；
步骤五、然后用上述的光化处理液进行光化处理；
步骤六、然后用温度为40℃～100℃的热水冲洗至少2次以上，每次冲洗时间至少为5min，再自然干燥；即完成了铝或铝合金表面的化学清洗。
步骤一中汽油的浓度为10g/500ml～80g/500ml。
步骤一中在20℃～70℃条件下烘干至少15min。
步骤三中NaOH溶液的浓度为30g/500ml～80g/500ml。
步骤四中光化处理是在室温下进行的，处理时间为10～60min。
与传统的铝合金预处理工艺相比，本发明以植酸等为配方，通过化学清洗的方法对铝合金表面的处理，以提高镀覆层能与铝合金基体的结合力，从而提高其抗蚀性能。本发明光化处理液中NaHF2作为活化剂，Fe(NO)3、RC-5820作为缓蚀剂、油酸三乙醇胺作为防锈剂，从而一步彻底清除基材表面的松散材料，并且保基材表面的光亮平整度，为涂覆层提供一个清洁的场所。
本发明与传统酸蚀和碱蚀工艺相比本发明不仅从工艺源头消除了氟和氨氮污染,还具有铝耗低、水耗低、流程短、效率高的优势,兼具环境友好、资源节约的特点。
本发明通过化学清洗的方法对铝合金表面的处理，提高了铝合金表面的耐腐蚀性能，铝耗相近，大幅度降低了水耗，工艺流程短，效率高。
附图说明
图1是化学清洗铝合金的极化曲线；图2是化学清洗后铝合金腐蚀形貌；图3是化学清洗的5083铝合金在3.5％NaCl溶液中阻抗谱图，(a)-Nyquist，(b)-Bode；图4是化学清洗的俄制1561铝合金在3.5％NaCl溶液中阻抗谱图，(a)-Nyquist，(b)-Bode；图5是铝合金在不同时间的膜电阻；图6是铝合金在不同时间的电荷转移电阻。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中铝或铝合金表面预处理用光化处理液中的组分以及各组分的浓度：
莱茵化学水性铝缓蚀剂RC5820是翱贝科技(上海)有限公司生产的。
本实施方式合金表面预处理化学清洗方法是按下述步骤进行的：
步骤一、用温度为50℃的浓度为25g/500ml的汽油擦拭铝或铝合金表面除油，在50℃条件下烘干15min；
步骤二、然后用温度为50℃的热水冲洗2次，每次冲洗时间为5min；
步骤三、然后用温度为65℃且浓度为25g/500mlNaOH溶液碱洗15min；
步骤四、然后用温度为30℃的热水冲洗2次，每次冲洗时间为5min；
步骤五、然后用上述的光化处理液在室温下进行光化处理20min；
步骤六、然后用温度为30℃的热水冲洗至少2次以上，每次冲洗时间至少为5min，再自然干燥；即完成了铝或铝合金表面的化学清洗。
具体实施方式二：本实施方式中铝或铝合金表面预处理用光化处理液中的组分以及各组分的浓度：
本实施方式合金表面预处理化学清洗方法是按具体实施方式一进行操作的。
采用下述试验验证发明效果
一、动电位极化曲线测试，结果见图1
利用动电位极化曲线，我们可以通过对阴阳极Tafel区线性部分拟合，得到腐蚀电位和腐蚀电流密度(对于有钝化区的情形，则还有维钝电流、钝化区间)等重要参数，拟合结果如表1所示。
表1铝合金的极化曲线电化学参数
二、扫描电镜表征如图2
图2为经化学清洗后在干燥皿中放置一个月后铝合金极化曲线测试后的试样的表面腐蚀形貌。
铝合金在3.5％NaCl溶液中发生腐蚀坑分布密集而均匀腐蚀，而且有较好的耐腐蚀性能，可能是因为表面生成的腐蚀产物对进一步的腐蚀起到了一定的延缓作用。
三、交流阻抗谱测试如图3
图3是5083铝合金经过化学清洗后在3.5％NaCl溶液中阻抗随时间变化图。从图可以看出，在开始浸泡时，铝合金的阻抗值约为1×105Ω·cm2。继续延长浸泡时间，铝合金的阻抗值逐渐增加。当浸泡24小时后，铝合金的阻抗值增加到2×105Ω·cm2。当继续浸泡达到55小时时，Nyquist出现了感抗弧，同时铝合金的阻抗值也呈现逐渐降低的现象。当浸泡到196小时，铝合金的阻抗值已经降低到2×104Ω·cm2。
四、电化学阻抗谱测试如图4
图4是俄制1561铝合金经过化学清洗后在不同浸泡时间的电化学阻抗谱图。从图可以看出，随浸泡时间的增加，1561铝合金的阻抗谱同样呈现先增大后保持稳定的趋势。在浸泡1小时时，Nyqiust图由高频的容抗弧以及低频的容抗弧组成，此时铝合金的阻抗值约为1×105Ω·cm2。随着浸泡时间的增加，膜层的阻抗值逐渐增大，当浸泡到55小时时，铝合金的阻抗值增加到2×105Ω·cm2。继续延长浸泡时间，铝合金的阻抗值开始逐渐减小，当浸泡到196小时时，阻抗值再次减小到3×105Ω·cm2
结合图5和图6是经过等效电路拟合后，铝合金的膜电阻和电荷转移电阻Rt在196小时的浸泡过程中的变化曲线。化学清洗的铝合金的膜电阻高，图5中，化学清洗的铝合金呈现先逐渐增加后保持相对稳定的趋势，铝合金的电荷转移电阻值高。
具体实施方式三：本实施方式中铝或铝合金表面预处理用光化处理液中的组分以及各组分的浓度：
本实施方式合金表面预处理化学清洗方法是按具体实施方式一进行操作的。

Claims (9)

1.一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液，其特征在于铝合金表面预处理用光化处理液的组分为植酸、NaHF2、Fe(NO)3、莱茵化学水性铝缓蚀剂RC- 5820和油酸三乙醇胺；各组分的浓度：
2.根据权利要求1所述的一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液，其特征在于各组分的浓度：
3.根据权利要求1所述的一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液，其特征在于各组分的浓度：
4.根据权利要求1所述的一种铝或铝合金表面预处理用光化处理液，其特征在于各组分的浓度：
5.一种铝或铝合金表面的化学清洗的方法，其特征在于所述的化学清洗方法是按下述步骤进行的：
步骤一、用汽油，在20℃～70℃条件下，擦拭铝或铝合金表面除油，烘干；
步骤二、然后用温度为40℃～100℃的热水冲洗至少2次以上，每次冲洗时间至少为5min；
步骤三、然后用温度为40℃～100℃且NaOH溶液碱洗10～30min；
步骤四、然后用温度为40℃～100℃的热水冲洗至少2次以上，每次冲洗时间至少为5min；
步骤五、然后用权利要求1至4中任意一项权利要求所述的光化处理液进行光化处理；
步骤六、然后用温度为40℃～100℃的热水冲洗至少2次以上，每次冲洗时间至少为5min，再自然干燥；即完成了铝或铝合金表面的化学清洗。
6.根据权利要求5所述的一种铝或铝合金表面的化学清洗的方法，其特征在于步骤一中汽油的浓度为10g/500mL ～80g/500mL 。
7.根据权利要求5所述的一种铝或铝合金表面的化学清洗的方法，其特征在于步骤一中在20℃～70℃条件下烘干至少15min。
8.根据权利要求5所述的一种铝或铝合金表面的化学清洗的方法，其特征在于步骤三中NaOH溶液的浓度为30g/500mL ～80g/500mL 。
9.根据权利要求5所述的一种铝或铝合金表面的化学清洗的方法，其特征在于步骤四中光化处理是在室温下进行的，处理时间为10～60min。
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