CN107988611A - 一种铝型材表面前处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝型材表面前处理工艺，包括：S01，脱脂：将待处理铝型材置于循环流动的脱脂液中，处理过程中脱脂液温度为35‑40℃，脱脂时长为0.5‑3分钟；S02：碱浸：将铝型材浸于预处理液中1‑2s，预处理液配方为氢氧化钠15‑20wt%、硝酸钠5‑10wt%、磷酸钠5‑10wt%、无水二氯化镍2‑3wt%，余量为水，预处理液温度为90‑95℃；S03，一次蚀洗：将经过一次蚀洗的铝型材静置于一次蚀洗液中；S04，二次蚀洗：将经过脱脂的铝型材置于循环流动的二次蚀洗液中；本发明中提供的铝型材表面蚀洗工艺简单易行，成本低廉，能够长时间稳定使用，且产出的废水废液非常容易进行处理，对环境的影响小。本发明中的铝型材表面前处理工艺针对表面脏污较为严重、氧化膜层厚度超过0.2mm的铝型材尤其适用。

Description

一种铝型材表面前处理工艺
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种铝型材表面前处理工艺。
背景技术
铝合金型材在作为成品使用之前均需进行表面处理，其目的是解决或者提升材料的防腐性、装饰性和功能性三方面的问题。铝的腐蚀电位较负，腐蚀比较严重，因此常用防护性有机聚合物涂层、阳极氧化膜等常用表面处理手段对其进行表面防护。在进行上述喷涂、阳极氧化、电镀，亦或者是进行更为精细化的处理过程中，如微弧氧化、静电喷涂等工艺加工的过程中，对铝合金型材表面进行合适的前处理工艺是非常重要的，前处理工艺是获得铝合金新鲜平面的重要工艺步骤，前处理工艺不得当会对后续的表面处理造成不可预估的影响。
现有技术中的铝型材表面前处理包括机械处理和化学处理的方式，机械处理如喷砂、喷丸、扫纹或者抛光等处理方法，为进一步表面处理提供均匀、平滑、光洁或者有纹路的表面，但是机械处理的方法往往对铝型材待处理表面有要求，一旦铝型材待处理表面凹凸不平，或者具有弧面、阶梯等特殊形状，利用机械处理的方法难以获得整齐均匀的加工面。相比之下，化学处理的前处理方法能够更加深入、均匀的对铝型材表面进行全面处理，或者整齐均一的处理面。铝型材的表面化学处理一般包括化学处理和电化学处理，如脱脂、碱洗、酸洗、抛光、电化学抛光等，还包括化学转化等处理工艺。综合分析上述化学表面前处理工艺，化学处理工艺更为简单易行，而电化学处理进行抛光对铝型材来说所需电流密度较高，而且对电化学抛光液要求非常高，应用于实际生产中时成本不仅高而且对操作人员的要求也非常高，由于涉电，也增加了工艺处理过程中的危险性。
发明内容
针对现有技术中的铝型材表面前处理工艺，本发明提供了一种改进的铝型材表面前处理工艺，利用脱脂、碱浸两次蚀洗工艺对铝型材表面进行处理，使铝型材在进行精细表面处理之前获得平整新鲜的处理面。本发明中提供的铝型材表面蚀洗工艺简单易行，成本低廉，能够长时间稳定使用，且产出的废水废液非常容易进行处理，对环境的影响小。本发明中的铝型材表面前处理工艺针对表面脏污较为严重、氧化膜层厚度超过0.2mm的铝型材尤其适用。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明中提供的铝型材表面前处理工艺，包括如下步骤：
S01，脱脂：将待处理铝型材置于循环流动的脱脂液中，所述脱脂液组分及组分含量为碳酸钠5-8wt%、磷酸钠10-20wt%、表面活性剂3-5wt%，艾纳香提取物0.1-0.2wt%，余量为水，处理过程中脱脂液温度为35-40℃，脱脂时长为0.5-3分钟；所述表面活性剂为HLB值为10-11的单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐的混合物，两者质量比为1:（1.5-1.6）。
脱脂的目的是除去铝型材表面的油污，以保证在蚀洗的工艺中铝型材表面的均匀性和蚀洗液的清洁，提升铝型材的表面质量。常见的铝合金脱脂法包括有机溶剂法、硫酸法、电解法、纯碱法等。有机溶剂法去污的效果好，但是容易残留在铝型材表面，后续需要用碱洗或者酸洗的方法除去，增加了处理的复杂程度，而且考虑到日益严峻的环保问题，有机物使用的管控日趋严格，有机废液的处理成本更加昂贵，所以应避免使用有机溶剂法去污。酸洗的方法需要使用高浓度的硫酸，脱脂能力较碱洗法弱，而且酸洗过程需严格控制酸液浓度和反应温度，否则会导致铝型材表面的过量腐蚀以及水份的大量蒸发。碱洗脱脂尽管效果好，但是非常容易造成铝型材表面的过量腐蚀，而且清洗过程比较繁复，脱脂后转移到清洗槽的速度较慢，效率低。
相比起现有的脱脂工艺，本发明中选用的是表面活性剂法进行脱脂，采用合适的表面活性剂除去铝型材表面油污，相适配使用的碳酸钠、磷酸钠一方面增加脱脂液的溶脂能力，另一方面可增加表面活性剂对铝型材表面的渗透能力，使脱脂过程反应完全。进一步地，本发明中优选表面活性剂为HLB值为10-11的单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐的混合物，两者质量比为1:（1.5-1.6）。再进一步地，优选表面活性剂为HLB值为10.5的单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐的混合物，两者质量比为1:1.5。通过单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐的配伍使用，能够有效去除铝型材表面的油污，而且特定HLB值的单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐具有适当的亲油性，当清除了油污以后能够迅速溶解于水溶液中，不会在铝型材表面形成过量的残留，单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐还属于绿色环保型表面活性剂，对环境污染小、废液处理难度小。同时，在脱脂液中还添加了少量的艾纳香提取物，艾纳香提取物是一种天然无污染的添加剂，添加入脱脂液中能够有效增加脱脂的效率，脱脂完毕后，艾纳香提取物能够在铝型材表面形成均匀、极薄的保护膜，使后续步骤中的蚀洗能够在铝型材表面均匀进行，为避免过量腐蚀创造了初始条件。
S02：碱浸：将铝型材浸于预处理液中1-2s，预处理液配方为氢氧化钠15-20wt%、硝酸钠5-10wt%、磷酸钠5-10wt%、无水二氯化镍2-3wt%，余量为水，预处理液温度为90-95℃。
碱浸是针对表面脏污较为严重、氧化膜层厚度超过0.2mm的铝型材所设步骤，氧化膜过厚进行化学腐蚀处理时，容易导致腐蚀不均匀的情况，尤其容易导致发生择优腐蚀的现象，使处理后的铝型材表面凹凸不平。通过碱浸的方法，将铝型材非常短暂地浸入预处理液中，利用预处理液的腐蚀能力和氧化能力使铝型材表面氧化膜发生松动，便于后续蚀洗步骤中对氧化层的均匀清除。
S03，一次蚀洗：将经过一次蚀洗的铝型材静置于一次蚀洗液中，所述一次蚀洗液组分及组分含量为氢氧化钠1-1.2wt%、六水合氯化钴0.5-0.8wt%、山梨醇2-3wt%、三乙醇胺0.5-1wt%、K[Al(OH)4]0.2-0.5wt%，余量为水。
S04，二次蚀洗：将经过脱脂的铝型材置于循环流动的二次蚀洗液中，所述二次蚀洗液组分及组分含量为氢氧化钠0.5-1wt%、三乙醇胺1-2wt%、艾纳香提取物0.02-0.04wt%、甘油0.2-1wt%、庚糖酸钠0.05-0.1wt%、氯化铝0.1-0.2wt%、[Cr（OH）（H2O）5]（OH）20.1-0.2wt%，余量为水。
与现有技术中的碱性蚀洗过程不同，本发明中采用的是两次蚀洗的过程。现有技术中的碱性蚀洗过程往往采用较高浓度的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠添加量往往超过5wt%，除了氢氧化钠之外还包括磷酸钠、碳酸钠、表面活性剂、缓蚀剂等常用添加盐，现有技术中的碱性蚀洗液使用周期较短，由于添加了缓蚀剂和表面活性剂等附加添加剂，容易在蚀洗过程中出现凝絮物附着于铝型材表面，一旦处理过程中pH值发生偏移，则会在铝型材表面形成白色斑点。
本发明中的两次蚀洗过程很好地避免了上述问题，首先，降低了每次蚀洗过程中所使用的氢氧化钠的浓度，在一次蚀洗液中，通过添加K[Al(OH)4]使一次蚀洗液更加稳定，增加其循环使用的寿命，同时上述添加剂还能够避免铝型材在碱洗槽中发生过于剧烈的反应。本发明中蚀洗过程都较为平和，铝型材表面不会产生过于剧烈的气泡，从而不仅避免了铝型材表面的过度腐蚀，还能够避免金属损耗过程中产生的氢气溢出而造成的碱雾环境污染。一次蚀洗工艺过程中针对的是最为顽固的表面氧化层，添加六水合氯化钴可明显提高浸蚀的反应速度，在提升浸蚀速度的同时，为了避免过量腐蚀，与之相配合添加山梨醇和K[Al(OH)4]，同时配合三乙醇胺的添加有利于显著降低金属间化合物的择优浸蚀，维持恒定的浸蚀速度。
一次蚀洗和二次蚀洗均在常温下进行即可满足要求，不需要额外进行加热，降低了处理过程中热能的消耗。所述一次蚀洗的时长为30-40s即可达到初步浸蚀去除表面大部分氧化层的目的。一次蚀洗起到的作用是去除铝型材表层的氧化膜，二次蚀洗则是利用循环流动的蚀洗液清除残余氧化膜。本发明中的蚀洗液中氢氧化钠和所添加的缓蚀盐含量均比现有技术中的降低，减少了苛性碱和缓蚀盐的用量，降低了处理成本的同事提升了蚀洗液的使用周期，同时添加了具有一定腐蚀效果的三乙醇胺，可有效对铝型材表面进行清除，获得平整平滑的铝型材表面，尤其本发明的二次蚀洗液中还添加了艾纳香提取物、甘油和庚糖酸钠配合使用，能够在铝型材表面形成蚀洗过程中的“防护膜”（起到的作用与防护膜类似，并非在铝型材表面形成膜状物，铝型材的腐蚀和防护为动态过程），防止二次蚀洗过程中对铝型材表面造成过量腐蚀。同时，艾纳香提取物、甘油和庚糖酸钠配合使用还对铝型材有一定的防腐、防氧化效果，能保证铝型材在后续表面处理加工之前表面无影响处理的氧化膜。氯化铝和[Cr（OH）（H2O）5]（OH）2的配合使用添加至蚀洗液中能够使铝型材表面形成致密的消光面，使处理后的铝型材更加耐存放。现有技术中的铝型材表面蚀洗处理后须立即进行后续的加工处理步骤，而本发明中的铝型材表面蚀洗处理后可耐12-24小时的存放，表面氧化速度降低，不会重新产生较厚的氧化膜。
在铝型材表面蚀洗的工艺过程中，往往会出现型材表面呈舌形花纹，其原因在于传统的碱性蚀洗液浓度较高，处理后存放停留时间过长，造成了较为明显的腐蚀流痕。本发明中蚀洗液中所使用的艾纳香提取物、甘油、庚糖酸钠、氯化铝、[Cr（OH）（H2O）5]（OH）2均能够起到缓蚀作用，尤其是氯化铝，起到的是自缓蚀的作用，缓蚀效果好而且不会引入其他杂质离子。
进一步地，所述二次蚀洗的时长为60-80秒。
进一步地，所述一次蚀洗液中还可添加0.1-2wt%的糊精或者阿拉伯树胶。一次蚀洗液初次使用时由于粘度低、整平能力差，所以适合添加糊精或者阿拉伯树胶用于调整其粘度。
进一步地，所述一次蚀洗液中添加0.05-0.08wt%的氟化钠和0.1-0.14wt%的亚硝酸钠用于清除铝型材表面较为顽固或者厚度较高的氧化层，氟化钠和亚硝酸钠宜配合使用，添加量不宜过高，两者配合不仅可以使铝型材表面形成偏于柔和的色彩，使蚀洗后的铝型材表面呈缎面状，从而提升了后续做阳极氧化、电镀、电泳等处理的效率，同时还提升了铝型材表面氧化膜去除的效率。
进一步地，为去除蚀洗过程中所产生的杂质金属离子，避免为后续表面加工处理带来困扰，所述一次蚀洗液和二次蚀洗液中可添加0.001-0.003wt%的过硫化氢用于沉淀杂质金属离子。
进一步地，所述二次蚀洗液中还可添加0.01-0.03wt%的油酸改善二次蚀洗液的渗透性能。
本发明具有以下优点：
本发明提供了一种改进的铝型材表面前处理工艺，利用脱脂、碱浸两次蚀洗工艺对铝型材表面进行处理，使铝型材在进行精细表面处理之前获得平整新鲜的处理面。本发明中提供的铝型材表面蚀洗工艺简单易行，成本低廉，能够长时间稳定使用，且产出的废水废液非常容易进行处理，对环境的影响小。本发明中的铝型材表面前处理工艺针对表面脏污较为严重、氧化膜层厚度超过0.2mm的铝型材尤其适用。
具体实施方式
下面实施例对本发明进行详细的说明。
1、脱脂及碱浸处理
选择市售铝合金挤压管材，该管材挤压时表面形成氧化膜，在常温大气环境的仓库存放1年的时间，表面氧化膜厚度在0.15-3mm范围内，表面涂覆成型润滑剂。实施例中所使用的铝合金管材牌号分别为1070A、1060、1200、3A21、5052、6061、2024、7A09、7075、7A15、8A06共十一种牌号。所选择的铝合金管材内外径分别为8cm、9cm，长度统一切割为10cm。将每种牌号的铝合金管材试样各100PCS设为一组进行下面的处理工艺，每一工艺过程中处理5组共计500PCS铝合金管材试样。
脱脂处理的工艺步骤具体为：将待处理铝型材置于循环流动的脱脂液中，脱脂液组分及组分含量为碳酸钠5wt%、磷酸钠10wt%、表面活性剂5wt%，艾纳香提取物0.1wt%，余量为水，处理过程中脱脂液温度为35℃，脱脂时长为2分钟。表面活性剂为HLB值为10.5的单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐的混合物，两者质量比为1:1.5。
将脱脂处理完毕后的铝合金管材试样用清水冲洗2-3次，然后浸于预处理液中2s，预处理液配方为氢氧化钠18wt%、硝酸钠10wt%、磷酸钠6wt%、无水二氯化镍3wt%，余量为水，预处理液温度为95℃。
将碱浸处理完毕后的铝合金管材试样立即用高压清水进行喷淋冲洗至表面无残留。
2、一次蚀洗
将脱脂处理完毕的铝合金管材试样置于静置的一次蚀洗液中， 蚀洗时间视铝型材表面油脂残留物总量设为40s（表面油脂较多，但是粘度不高）。一次蚀洗液组分及质量百分数如下表（余量为去离子水）。
3、二次蚀洗
将一次蚀洗处理完毕的铝合金管材试样置于循环流动的常温二次蚀洗液中， 蚀洗时间按照处理量设为70s。二次蚀洗液组分及质量百分数如下表（余量为去离子水）。
4、清洗
将经过二次蚀洗后的铝合金管材试样利用高压水流在常温下反复冲洗至表面无残留，沥干水分后即可进行后续的表面加工处理。
对比例中，利用普通碱洗工艺（6.5wt%氢氧化钠、8wt%碳酸钠、3wt%磷酸钠，余量为水）进行，碱洗70-80s后冲洗干净。与本实施例中的处理结果进行对比，结果如下。
由上述前处理的结果可以看出，本实施例中的铝型材表面前处理工艺对铝型材表面无过量腐蚀，不会造成白斑、腐蚀流痕等影响表面状态的残留，针对表面脏污较为严重、氧化膜层厚度超过0.2mm的铝型材尤其适用。经本实施例中蚀洗工艺处理后的铝型材存放24h后表面仍旧新鲜，可直接进行后续表面加工工艺，而采用对比例蚀洗的铝型材表面干燥后即发生明显的氧化，表面形成不规则白斑，后续使用之前仍需进行清洗蚀洗。
由上述实施例可见，本发明中的铝型材表面前处理工艺利用脱脂、碱浸两次蚀洗工艺对铝型材表面进行处理，使铝型材在进行精细表面处理之前获得平整新鲜的处理面。本发明中提供的铝型材表面蚀洗工艺简单易行，成本低廉，能够长时间稳定使用，且产出的废水废液非常容易进行处理，对环境的影响小。本发明中的铝型材表面前处理工艺针对表面脏污较为严重、氧化膜层厚度超过0.2mm的铝型材尤其适用。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种铝型材表面前处理工艺，其特征在于包括如下步骤：
S01，脱脂：将待处理铝型材置于循环流动的脱脂液中，所述脱脂液组分及组分含量为碳酸钠5-8wt%、磷酸钠10-20wt%、表面活性剂3-5wt%，艾纳香提取物0.1-0.2wt%，余量为水，处理过程中脱脂液温度为35-40℃，脱脂时长为0.5-3分钟；所述表面活性剂为HLB值为10-11的单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐的混合物，两者质量比为1:（1.5-1.6）；
S02：碱浸：将铝型材浸于预处理液中1-2s，预处理液配方为氢氧化钠15-20wt%、硝酸钠5-10wt%、磷酸钠5-10wt%、无水二氯化镍2-3wt%，余量为水，预处理液温度为90-95℃；
S03，一次蚀洗：将经过一次蚀洗的铝型材静置于一次蚀洗液中，所述一次蚀洗液组分及组分含量为氢氧化钠1-1.2wt%、六水合氯化钴0.5-0.8wt%、山梨醇2-3wt%、三乙醇胺0.5-1wt%、K[Al(OH)4]0.2-0.5wt%，余量为水；
S04，二次蚀洗：将经过脱脂的铝型材置于循环流动的二次蚀洗液中，所述二次蚀洗液组分及组分含量为氢氧化钠0.5-1wt%、三乙醇胺1-2wt%、艾纳香提取物0.02-0.04wt%、甘油0.2-1wt%、庚糖酸钠0.05-0.1wt%、氯化铝0.1-0.2wt%、[Cr（OH）（H2O）5]（OH）20.1-0.2wt%，余量为水。
2.如权利要求1所述铝型材表面前处理工艺，其特征在于：所述表面活性剂为HLB值为10.5的单烷基磷酸酯和α-磺基脂肪酸甲酯盐的混合物，两者质量比为1:1.5。
3.如权利要求1所述铝型材表面前处理工艺，其特征在于：所述一次蚀洗和二次蚀洗均在常温下进行。
4.如权利要求1所述铝型材表面前处理工艺，其特征在于：所述一次蚀洗的时长为30-40s。
5.如权利要求1所述铝型材表面前处理工艺，其特征在于：所述二次蚀洗的时长为60-80秒。
6.如权利要求1所述铝型材表面前处理工艺，其特征在于：所述一次蚀洗液中添加0.1-2wt%的糊精或者阿拉伯树胶。
7.如权利要求1所述铝型材表面前处理工艺，其特征在于：所述一次蚀洗液中添加0.05-0.08wt%的氟化钠和0.1-0.14wt%的亚硝酸钠。
8.如权利要求1所述铝型材表面前处理工艺，其特征在于：所述一次蚀洗液和二次蚀洗液中添加0.001-0.003wt%的过硫化氢。
9.如权利要求1所述铝型材表面前处理工艺，其特征在于：所述二次蚀洗液
中添加0.01-0.03wt%的油酸。
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