CN109112519A

CN109112519A - 含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂及其制备方法

Info

Publication number: CN109112519A
Application number: CN201811282708.5A
Authority: CN
Inventors: 王剑; 朱国玉; 潘德顺; 刘佳; 由奉先; 高阳; 那久智
Original assignee: Dalian Sandaaoke Chemistry Co Ltd
Current assignee: Dalian Sandaaoke Chemistry Co Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-01-01

Abstract

本发明公开一种含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂，所用原料及质量百分比：质量浓度45%的氟锆酸2~4.5%，硝酸锆0.2~1%、硝酸锰0.1~0.4%、质量浓度98%的硝酸0.1~0.3%，柠檬酸0.2~0.5%，水性聚丙烯酸树脂2~8%，单层氧化石墨烯0.05~0.2%，纯水余量。制备方法按照如下步骤进行：在超声波机中加入部分纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨，超声波对液体进行震荡分散，得到单层氧化石墨烯分散液；在搅拌釜中加入剩余纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸及柠檬酸，最后加入水性聚丙烯酸树脂，搅拌1小时；将所得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入搅拌1小时。

Description

含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于金属表面前处理领域，尤其涉及一种含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂及其制备方法。

背景技术

航空工业、汽车工业、兵器工业以及现代建筑领域应用铝合金型材越来越广，而在铝合金型材电泳涂装、静电粉末涂装、氟碳漆喷涂、隔热绝缘涂料喷涂等涂装前，需要对铝合金型材工件表面进行前处理。其目的是提高喷涂层与底层基体表面的附着性能并可提高涂料层的耐盐雾、耐湿热、耐腐蚀、耐浸水性能及抑制涂层的膜下腐蚀。传统的铝合金型材的化成转化膜工艺基本采用铬化处理工艺，处理工作液中含有较高浓度的铬酸酐、重铬酸钾、重铬酸钠，即含有大量剧毒物质——六价铬离子，对土壤、地下水、环境及人体具有十分严重的污染和侵害，所以世界各国及地区相继立法，禁止或限制在工业生产中使用六价铬。现阶段常见的无铬钝化工艺主要分为：锆-钛体系处理、硅烷处理、稀土盐转化类、有机酸类、锆钛-硅烷复合处理、化学氧化处理类等，但是以上几种处理工艺与传统的六价铬钝化工艺相比都各有劣势。例如前处理成本高、前处理温度高、前处理时间长、前处理工艺复杂、个别性能达不到六价铬钝化处理性能等。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂，其特征在于所用原料及质量备份比如下：质量浓度45%的氟锆酸2~4.5%，硝酸锆0.2~1%、硝酸锰0.1~0.4%、质量浓度98%的硝酸0.1~0.3%，柠檬酸0.2~0.5%，水性聚丙烯酸树脂2~8%，单层氧化石墨烯0.05~0.2%，纯水余量。

上述含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂的制备方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：在超声波机中加入三分之一量的纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨；采用超声波对液体进行震荡分散，得到单层氧化石墨烯分散液；在搅拌釜中加入三分之二量的纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸及柠檬酸，待分散溶解后加入水性聚丙烯酸树脂，继续搅拌1小时；将所得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入到搅拌釜中，继续搅拌1小时即可。

本发明是在常规的锆系铝合金型材无铬钝化剂的基础上，引入水性聚丙烯酸树脂和单层氧化石墨烯。当铝合金型材与本发明的无铬钝化工作液接触时，首先会发生析氢腐蚀，导致界面处工作液pH上升，随之氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰发生水解、沉积，在铝型材表面形成氢氧化锆、氟化锆、氟化锰、氢氧化铝和氟化铝的混合沉积膜层，之后聚丙烯酸、氧化石墨烯通过氢键左右、分子间范德华力的作用吸附在沉积层上。在脱水干燥过程中，氢氧化锆、氢氧化铝中的-OH基团与聚丙烯酸中的-COOH、氧化石墨烯中的-OH基团进行脱水缩合、固化，在铝合金型材表面型形成一层牢固的、致密的、相互渗透的、交联网状结构的无机-有机复合膜层。较常规锆-钛系无铬钝化膜层具有更长的涂装前周转时间，更优越的防腐性能以及表面涂层的附着力、耐冲击试验、耐盐雾试验、耐腐蚀、耐候性等性能。

具体实施方式

实施例1：

本发明的含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂，其特征在于所用原料及质量备份比如下：质量浓度45%的氟锆酸2%，硝酸锆1%、硝酸锰0.1%、质量浓度98%的硝酸0.3%，柠檬酸0.2%，水性聚丙烯酸树脂8%，单层氧化石墨烯0.05%，纯水余量。

制备方法依次按照如下步骤进行：在超声波机中加入三分之一量的纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨；采用超声波对液体进行震荡分散，得到单层氧化石墨烯分散液；在搅拌釜中加入三分之二量的纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸及柠檬酸，待分散溶解后加入水性聚丙烯酸树脂，继续搅拌1小时；将所得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入到搅拌釜中，继续搅拌1小时即可。

实施例2：

本发明的含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂，所用原料及质量备份比如下：质量浓度45%的氟锆酸4.5%，硝酸锆0.2%、硝酸锰0.4%、质量浓度98%的硝酸0.1%，柠檬酸0.5%，水性聚丙烯酸树脂2%，单层氧化石墨烯0.2%，纯水余量。

制备方法同实施例1。

实施例3：

本发明含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂，所用原料及质量备份比如下：质量浓度45%的氟锆酸3%，硝酸锆0.5%、硝酸锰0.2%、质量浓度98%的硝酸0.2%，柠檬酸0.3%，水性聚丙烯酸树脂5%，单层氧化石墨烯0.1%，纯水余量。

制备方法同实施例1。

使用工艺：按体积比为1：30~1：45的本产品与去离子水进行混合均匀，混合液的pH在1.5~2.5之间，需要采用氢氧化钠、碳酸钠、强氧化钾、碳酸铵、碳酸氢铵的一种或几种对混合液的pH进行调节，使其控制在3~3.5之间，无须加热在常温条件下即可使用。铝合金型材工件经过酸性脱脂脱膜或碱性除油、水洗后即可采用被工作液进行处理（喷淋或浸泡）2~5分钟，而后进行水洗、烘干或者直接烘干。本发明在使用过程中需要通过控制pH来调节工作液，新配制的工作液pH在3~3.5之间，随着处理铝合金型材数量的增加，pH会逐步上升，当pH升高至3.5以上时，会出现成膜不均匀或大面积无膜的情况。此时需要用本发明产品调整工作液pH至3~3.5之间。

经过本发明公开的无铬钝化剂处理过的铝合金型材不进行涂装，其表面裸膜耐盐雾性能，可以达到72小时。经过本发明公开的无铬钝化剂处理过的铝合金型材经过涂装（静电喷粉、喷漆、电泳等）后，百格试验可以到达0级；耐丝状腐蚀 >120小时；耐湿热试验>240h小时；耐水煮试验 >2 h（98±2℃），>240h （45±2℃）；杯突实验3.5mm无脱落，冲击力试验（49 N/cm² ）背面无放射状裂。

Claims

1.一种含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂，其特征在于所用原料及质量备份比如下：质量浓度45%的氟锆酸2~4.5%，硝酸锆0.2~1%、硝酸锰0.1~0.4%、质量浓度98%的硝酸0.1~0.3%，柠檬酸0.2~0.5%，水性聚丙烯酸树脂2~8%，单层氧化石墨烯0.05~0.2%，纯水余量。

2.一种如权利要求所述含有氧化石墨烯的铝合金型材无铬钝化剂的制备方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：在超声波机中加入三分之一量的纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨；采用超声波对液体进行震荡分散，得到单层氧化石墨烯分散液；在搅拌釜中加入三分之二量的纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸及柠檬酸，待分散溶解后加入水性聚丙烯酸树脂，继续搅拌1小时；将所得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入到搅拌釜中，继续搅拌1小时即可。