CN107475706A - 一种提升铝合金使用特性的表面处理方法 - Google Patents

一种提升铝合金使用特性的表面处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，包括如下步骤：（1）表面清洗除杂处理、（2）打磨干燥处理、（3）表面硅烷化处理、（4）冲洗干燥处理。本发明对铝合金表面硅烷化处理的方法进行了针对有效的改进，最终所得的铝合金表面耐腐特性强，使用品质高，寿命长，极具市场竞争力。

Description

一种提升铝合金使用特性的表面处理方法
技术领域
本发明属于金属表面加工处理技术领域，具体涉及一种提升铝合金使用特性的表面处理方法。
背景技术
在金属表面处理领域，传统的磷酸盐转化和铬酸盐钝化表面处理技术虽然可以获得良好的效果，但处理过程中排出的废液中含有锌、锰、镍、铬等重金属离子和亚硝酸盐等致癌物质，对环境污染非常严重，而金属表面硅烷化处理技术由于不涉及危害环境的物质，生产工艺能耗低、技术应用领域广泛，被认为有望取代磷酸盐转化处理和铬酸盐钝化处理，是金属表面单独防护最新发展方向，但现有的技术中多数硅烷溶液处理过的金属工件表面形成的膜层存在密度不均匀、有空洞、裂陷、与金属体的附着力不强等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提升铝合金使用特性的表面处理方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，包括如下步骤：
（1）表面清洗除杂处理：
先将铝合金放入工业除油液中浸泡，进行脱脂除油处理，完成后取出用酸液浸泡清洗处理，然后再用碱液浸泡清洗处理，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）打磨干燥处理：
用砂纸对步骤（1）处理后的铝合金表面进行打磨处理，完成后用去离子冲洗一遍，最后对其干燥处理后备用；
（3）表面硅烷化处理：
将步骤（2）处理后的铝合金浸入到硅烷处理液中，加热保持硅烷处理液的温度为68~73℃，期间同时施加超声波处理，45~55min后将铝合金取出备用；所述的硅烷处理液中各成分及其对应重量百分比为：8~12%硅烷偶联剂、35~40%乙醇、24~27%改性纳米二氧化硅、1~2%植酸，余量为去离子水；
（4）冲洗干燥处理：
用去离子水对步骤（3）处理后的铝合金冲洗一次后，再进行干燥处理后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的工业除油液为丙酮。
进一步的，步骤（1）中所述的酸液为质量分数为4~6%的硝酸溶液。
进一步的，步骤（1）中所述的碱液为质量分数为5~8%的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤（2）中所述的干燥处理的温度为80~85℃。
进一步的，步骤（3）中所述的超声波处理时超声波的频率为71~75kHz。
进一步的，步骤（3）中所述的改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
a.按对应重量份称取下列物质：0.1~0.2份双子表面活性剂、8~10份无水乙醇、13~15份氨水、12~16份正硅酸乙酯、1~2份丙烯酸、0.5~1.5份松香树脂、20~25份去离子水，将上述物质共同混合放入反应釜中备用；
b.加热保持反应釜内的温度为30~34℃，不断搅拌反应4~5h后停止，再进行陈化、过滤，对过滤物进行洗涤干燥后放入马弗炉中煅烧，控制煅烧处理的温度为560~570℃，煅烧处理3~3.5h后即得改性纳米二氧化硅。
对金属表面进行硅烷化处理时，其所使用的硅烷处理液的品质至关重要，为了提升所得的硅烷膜的品质，有人尝试向硅烷处理液中添加纳米无机材料，如纳米二氧化硅等，此类填料能有效的抑制腐蚀铝合金过程中的阴极反应的产生，进而增强了其表面耐腐特性，但纳米二氧化硅添加的质量分数不得超过15%，此时效果较好，若填充量过大会造成硅烷膜表面失去弹性，还会出现孔状缺陷，从而又降低了铝合金的耐腐性能，因此现有的处理方法中纳米无机填料的使用量较小，正是依据上述原因，而若能克服上述弊端，增强纳米二氧化硅对硅烷膜的成膜效果，则能进一步提升铝合金的耐腐性能，对此申请人通过大量的实验研究，对上述问题提出了针对性的解决方案，提升了纳米二氧化硅的使用添加量，并有效增强了铝合金的硅烷化处理效果，其中本发明在硅烷处理液中添加了改性纳米二氧化硅成分，以正硅酸乙酯作为硅源，双子表面活性剂作为模板，制成的纳米二氧化硅颗粒较小，粒径为30nm左右，且其上具有多种疏水链，位阻效应较大，可避免粒子间的团聚现象，在硅烷膜中的相容性较好，同时在制备时又添加了丙烯酸和松香树脂成分，有效改善了纳米二氧化硅的表面活性，增强了其与硅烷膜的结合能力，同时又提升了纳米二氧化硅的填充粘弹性，改善了硅烷膜层的表面硬度，降低了孔状缺陷现象的发生，形成的硅烷膜质量较高。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对铝合金表面硅烷化处理的方法进行了针对有效的改进，最终所得的铝合金表面耐腐特性强，使用品质高，寿命长，极具市场竞争力。
具体实施方式
实施例1
一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，包括如下步骤：
（1）表面清洗除杂处理：
先将铝合金放入工业除油液中浸泡，进行脱脂除油处理，完成后取出用酸液浸泡清洗处理，然后再用碱液浸泡清洗处理，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）打磨干燥处理：
用砂纸对步骤（1）处理后的铝合金表面进行打磨处理，完成后用去离子冲洗一遍，最后对其干燥处理后备用；
（3）表面硅烷化处理：
将步骤（2）处理后的铝合金浸入到硅烷处理液中，加热保持硅烷处理液的温度为68℃，期间同时施加超声波处理，45min后将铝合金取出备用；所述的硅烷处理液中各成分及其对应重量百分比为：8%硅烷偶联剂、35%乙醇、24%改性纳米二氧化硅、1%植酸，余量为去离子水；
（4）冲洗干燥处理：
用去离子水对步骤（3）处理后的铝合金冲洗一次后，再进行干燥处理后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的工业除油液为丙酮。
进一步的，步骤（1）中所述的酸液为质量分数为4%的硝酸溶液。
进一步的，步骤（1）中所述的碱液为质量分数为5%的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤（2）中所述的干燥处理的温度为80℃。
进一步的，步骤（3）中所述的超声波处理时超声波的频率为71kHz。
进一步的，步骤（3）中所述的改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
a.按对应重量份称取下列物质：0.1份双子表面活性剂、8份无水乙醇、13份氨水、12份正硅酸乙酯、1份丙烯酸、0.5份松香树脂、20份去离子水，将上述物质共同混合放入反应釜中备用；
b.加热保持反应釜内的温度为30℃，不断搅拌反应4h后停止，再进行陈化、过滤，对过滤物进行洗涤干燥后放入马弗炉中煅烧，控制煅烧处理的温度为560℃，煅烧处理3h后即得改性纳米二氧化硅。
实施例2
一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，包括如下步骤：
（1）表面清洗除杂处理：
先将铝合金放入工业除油液中浸泡，进行脱脂除油处理，完成后取出用酸液浸泡清洗处理，然后再用碱液浸泡清洗处理，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）打磨干燥处理：
用砂纸对步骤（1）处理后的铝合金表面进行打磨处理，完成后用去离子冲洗一遍，最后对其干燥处理后备用；
（3）表面硅烷化处理：
将步骤（2）处理后的铝合金浸入到硅烷处理液中，加热保持硅烷处理液的温度为70℃，期间同时施加超声波处理，50min后将铝合金取出备用；所述的硅烷处理液中各成分及其对应重量百分比为：10%硅烷偶联剂、38%乙醇、26%改性纳米二氧化硅、1.5%植酸，余量为去离子水；
（4）冲洗干燥处理：
用去离子水对步骤（3）处理后的铝合金冲洗一次后，再进行干燥处理后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的工业除油液为丙酮。
进一步的，步骤（1）中所述的酸液为质量分数为5%的硝酸溶液。
进一步的，步骤（1）中所述的碱液为质量分数为7%的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤（2）中所述的干燥处理的温度为82℃。
进一步的，步骤（3）中所述的超声波处理时超声波的频率为73kHz。
进一步的，步骤（3）中所述的改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
a.按对应重量份称取下列物质：0.15份双子表面活性剂、9份无水乙醇、14份氨水、15份正硅酸乙酯、1.5份丙烯酸、1份松香树脂、22份去离子水，将上述物质共同混合放入反应釜中备用；
b.加热保持反应釜内的温度为32℃，不断搅拌反应4.6h后停止，再进行陈化、过滤，对过滤物进行洗涤干燥后放入马弗炉中煅烧，控制煅烧处理的温度为565℃，煅烧处理3.2h后即得改性纳米二氧化硅。
实施例3
一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，包括如下步骤：
（1）表面清洗除杂处理：
先将铝合金放入工业除油液中浸泡，进行脱脂除油处理，完成后取出用酸液浸泡清洗处理，然后再用碱液浸泡清洗处理，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）打磨干燥处理：
用砂纸对步骤（1）处理后的铝合金表面进行打磨处理，完成后用去离子冲洗一遍，最后对其干燥处理后备用；
（3）表面硅烷化处理：
将步骤（2）处理后的铝合金浸入到硅烷处理液中，加热保持硅烷处理液的温度为73℃，期间同时施加超声波处理，55min后将铝合金取出备用；所述的硅烷处理液中各成分及其对应重量百分比为：12%硅烷偶联剂、40%乙醇、27%改性纳米二氧化硅、2%植酸，余量为去离子水；
（4）冲洗干燥处理：
用去离子水对步骤（3）处理后的铝合金冲洗一次后，再进行干燥处理后即可。
进一步的，步骤（1）中所述的工业除油液为丙酮。
进一步的，步骤（1）中所述的酸液为质量分数为6%的硝酸溶液。
进一步的，步骤（1）中所述的碱液为质量分数为8%的氢氧化钠溶液。
进一步的，步骤（2）中所述的干燥处理的温度为85℃。
进一步的，步骤（3）中所述的超声波处理时超声波的频率为75kHz。
进一步的，步骤（3）中所述的改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
a.按对应重量份称取下列物质：0.2份双子表面活性剂、10份无水乙醇、15份氨水、16份正硅酸乙酯、2份丙烯酸、1.5份松香树脂、25份去离子水，将上述物质共同混合放入反应釜中备用；
b.加热保持反应釜内的温度为34℃，不断搅拌反应5h后停止，再进行陈化、过滤，对过滤物进行洗涤干燥后放入马弗炉中煅烧，控制煅烧处理的温度为570℃，煅烧处理3.5h后即得改性纳米二氧化硅。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，在改性纳米二氧化硅的制备过程中，不添加使用丙烯酸和松香树脂成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（3）表面硅烷化处理中用等质量份的普通市售纳米二氧化硅（颗粒大小为30nm±30%）取代改性纳米二氧化硅，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，在步骤（3）表面硅烷化处理中用等质量份的普通市售纳米二氧化硅（颗粒大小为30nm±30%）取代改性纳米二氧化硅，并将纳米二氧化硅在硅烷处理液中的使用重量百分比下调至15%，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，选用同一材质的铝合金（其中铝合金中各化学元素组分百分比含量为：Mg 0.10~0.20%，Cu 0.15~0.4%，Mn 0.25%，Fe 0.5%，Si 0.3~0.6%，Zn 0.25%，余量为Al；）作为实验对象，将其分为五组，其中四组分别用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3所述的方法进行处理，剩余一组作为空白对照组，最后对上述处理后的铝合金进行性能测试，具体对比数据见下表1所示：
表1
自腐蚀电位Ecorr（V） 自腐蚀电流密度icorr（A/cm2）
实施例2 -0. 807 0.012
对比实施例1 -1.315 0.184
对比实施例2 -2.034 0.783
对比实施例3 -1.562 0.476
空白对照组 -2.651 1.232
注：上表1中所述的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度是通过电化学测试而得，具体方式是将对应处理后的铝合金作为工作电极，以铂电极作为辅助电极，以氧化汞电极和饱和甘汞电极作为参比电极，电解溶液为质量分数3.5%的 NaCl溶液，测量不同铝合金电极试样的塔菲尔曲线，控制测试电位的扫面范围是开路电位±1.5V，扫描频率设置为 0.5mV/s，由此得出自腐蚀电位和自腐蚀电流密度。
由上表1可以看出，本发明处理后的铝合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度均有较大程度的下降，而自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的降低表现出其抗腐蚀性的提升，也即本发明处理后的铝合金的防腐性能得到有效明显增强，改善了现有技术中的弊端和常规使用方式，具有很好的使用价值和启示意义。

Claims (7)

1.一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）表面清洗除杂处理：
先将铝合金放入工业除油液中浸泡，进行脱脂除油处理，完成后取出用酸液浸泡清洗处理，然后再用碱液浸泡清洗处理，最后用去离子水冲洗一遍后备用；
（2）打磨干燥处理：
用砂纸对步骤（1）处理后的铝合金表面进行打磨处理，完成后用去离子冲洗一遍，最后对其干燥处理后备用；
（3）表面硅烷化处理：
将步骤（2）处理后的铝合金浸入到硅烷处理液中，加热保持硅烷处理液的温度为68~73℃，期间同时施加超声波处理，45~55min后将铝合金取出备用；所述的硅烷处理液中各成分及其对应重量百分比为：8~12%硅烷偶联剂、35~40%乙醇、24~27%改性纳米二氧化硅、1~2%植酸，余量为去离子水；
（4）冲洗干燥处理：
用去离子水对步骤（3）处理后的铝合金冲洗一次后，再进行干燥处理后即可。
2.根据权利要求1所述的一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述的工业除油液为丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述的酸液为质量分数为4~6%的硝酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述的碱液为质量分数为5~8%的氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述的一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，其特征在于，步骤（2）中所述的干燥处理的温度为80~85℃。
6.根据权利要求1所述的一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述的超声波处理时超声波的频率为71~75kHz。
7.根据权利要求1所述的一种提升铝合金使用特性的表面处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述的改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
a.按对应重量份称取下列物质：0.1~0.2份双子表面活性剂、8~10份无水乙醇、13~15份氨水、12~16份正硅酸乙酯、1~2份丙烯酸、0.5~1.5份松香树脂、20~25份去离子水，将上述物质共同混合放入反应釜中备用；
b.加热保持反应釜内的温度为30~34℃，不断搅拌反应4~5h后停止，再进行陈化、过滤，对过滤物进行洗涤干燥后放入马弗炉中煅烧，控制煅烧处理的温度为560~570℃，煅烧处理3~3.5h后即得改性纳米二氧化硅。
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