CN109136953B - 一种铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂及其制备方法，该清洗剂包括柠檬酸钠1.5‑2.0g/L、偏硅酸钠2.6‑2.8g/L、硼酸钠0.4‑0.5g/L、二丙二醇3.0‑4.0g/L、EDTA‑2Na0.8‑1.0g/L、脂肪醇聚氧乙烯醚0.6‑0.8g/L、烷基酚聚氧乙烯醚0.6‑0.8g/L、三乙醇胺油酸皂0.3‑0.4g/L、十二烷基二甲基氧化胺0.6‑0.8g/L。所得碱性水基清洗剂具有稳定而快速的洗涤除油能力，不会对铝合金型材产生腐蚀；性质稳定，纳油污能力强，具有良好的除油效果和较长的使用寿命；不含强酸、强碱及磷元素，成本低，清洗时间短，适合用于铝合金型材微弧氧化前处理。

Description

一种铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金型材表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，同时还涉及一种上述的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的制备方法。

背景技术

铝是自然界中分布最广的六大金属之一，约占地壳总质量的8.0％，其密度小、熔点低，易于加工，可制成各种型材；但是纯铝的强度很低，不宜作结构材料。经过长期的生产实践和科学研究，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，得到一系列的铝合金，铝合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，成为理想的结构材料。铝合金型材以其轻便、低成本、高比强、高导电导热性、可焊性、可回收等优点，在航空航天、交通运输、机械制造、建筑、装饰装修及化学工业中已大量应用。

然而铝合金作为结构材料，存在质地软、耐磨性差、在特殊环境下不耐腐蚀、不耐高温等缺点，虽然铝合金可以在空气中自发在表面形成Al₂O₃膜层，但是薄层很薄且缺陷较多，无法对基体进行有效的防护，因此人们通过各种方法对铝合金型材进行表面处理来提升其性能。根据工艺特点及所得保护层的性质，铝合金型材表面处理技术可分为化学氧化处理、化学镀、热喷涂、普通阳极氧化处理、微弧氧化处理等。

微弧氧化处理又称为微等离子体表面陶瓷化技术，是一种高电压等离子体辅助的阳极氧化新工艺，是在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，是型材表面的金属与电解质溶液相互作用，从而在铝、镁、钛等阀金属及其合金材料表面微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，原位形成稳定的强化陶瓷膜层。与普通阳极氧化技术相比，微弧氧化处理技术工艺简单、易于控制，处理效率高，该技术制成的表面氧化膜结构致密，与基体结合好，具有优良的综合力学性能。

微弧氧化处理技术的工艺流程一般包括前处理、微弧氧化和后处理，基于铝合金型材微弧氧化的工作原理，其前处理过程原则上不需要像普通阳极氧化那样严格地对型材表面进行脱脂、酸洗、碱洗、中和等一系列化学预处理工序，只需要去除铝合金型材表面的油污和尘土即可，因为微弧氧化的碱性电解液及微弧氧化工艺本身就可以起到脱脂等化学预处理的清理功能。但是在实际操作中，如果不经前处理或是简单水洗烘干后直接进行微弧氧化，铝合金型材表面残留油污会进入微弧氧化的电解液，电解液被污染发生混浊，严重缩短了电解液的使用寿命；如果采用普通阳极氧化的前处理工序对铝合金型材进行化学预处理，则工序多、操作繁琐，成本高，并且多使用强酸强碱试剂，对操作人员和环境危害大，不利于推广使用。因此，亟需开发一种适合铝合金型材微弧氧化前处理使用的专用清洗剂，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，不含强酸强碱和磷元素，除油污效果好，对铝合金型材无腐蚀。

本发明的第二个目的是提供一种铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，包括以下浓度的组分：柠檬酸钠1.5-2.0g/L、偏硅酸钠2.6-2.8g/L、硼酸钠0.4-0.5g/L、二丙二醇3.0-4.0g/L、EDTA-2Na 0.8-1.0g/L、脂肪醇聚氧乙烯醚0.6-0.8g/L、烷基酚聚氧乙烯醚0.6-0.8g/L、三乙醇胺油酸皂0.3-0.4g/L、十二烷基二甲基氧化胺0.6-0.8g/L，余量为水。

所述脂肪醇聚氧乙烯醚的碳原子数为12-14。

所述烷基酚聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚。

所述脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂与十二烷基二甲基氧化胺的总浓度不超过2.5g/L。

该清洗剂的pH值为9-10。

一种上述的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的二丙二醇与部分水混合，得混合溶剂；

2)将步骤1)所得混合溶剂加热至45℃-50℃，保温条件下，将配方量的脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂与十二烷基二甲基氧化胺加入混合溶剂中，分散均匀，得混合物A；

3)取配方量的柠檬酸钠和EDTA-2Na加入剩余的水中溶解后，再加入配方量的偏硅酸钠和硼酸钠，搅拌溶解，得混合物B；

4)将步骤2)所得混合物A与步骤3)所得混合物B混合，超声使其分散均匀，即得。

步骤1)中，所述部分水是指所用水量为总水量的1/3-1/2。

本发明的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，由水和柠檬酸钠、偏硅酸钠、硼酸钠、二丙二醇、EDTA-2Na、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂、十二烷基二甲基氧化胺复配而成。其中，柠檬酸钠在清洗剂中用作主洗剂和配位剂，其对油脂具有良好的分散能力，一方面偏硅酸钠本身具有较好的表面活性作用，柠檬酸钠与偏硅酸钠复配使用，能增强组分中的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的综合性能，提高表面活性剂的除油能力；另一方面，柠檬酸钠对多种金属离子具有较强的配位作用，其与EDTA-2Na相互配合，能络合铝合金型材表面及油污、水中的金属离子，抑制清洗剂中存在离子对除油污过程的不利影响，维持清洗液的稳定性。偏硅酸钠具有良好的润湿性和乳化性，作为助洗剂，能使铝合金型材表面粘附的油污软化脱落，与组分中的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂相互配合，使油污在清洗剂中乳化分散，使得剥离油污在清洗剂中不能凝聚成片，提高清洗剂的稳定性并延长其使用寿命。硼酸钠作为缓蚀剂，减缓并阻止碱性清洗剂对铝合金型材表面的腐蚀作用。

本发明的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，采用脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂、十二烷基二甲基氧化胺复配作为脱脂剂，其中脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂是非离子型表面活性剂，十二烷基二甲基氧化胺在碱性介质中是非离子型表面活性剂，上述四种表面活性剂复配使用，性质稳定，使得所得清洗剂对铝合金型材表面油污的吸附、润湿和分散能力强，促进油污在清洗剂中乳化，加速除油过程，并且能形成稳定的O/W型乳化体系，很好的抗油污再沉淀，使得清洗剂性质稳定，使用寿命长。二丙二醇作为增溶剂，提高各组分尤其是表面活性剂的分散能力，使得各组分在清洗剂中稳定分散，降低清洗剂溶液的表面张力，提高其清洗能力和使用稳定性。

本发明的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂为水基清洗剂，由水和柠檬酸钠、偏硅酸钠、硼酸钠、二丙二醇、EDTA-2Na、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂、十二烷基二甲基氧化胺复配而成，呈碱性，具有稳定而快速的洗涤除油能力，碱度小，不会对铝合金型材产生腐蚀，也不剥离铝合金表面自然氧化膜；清洗剂性质稳定，纳油污能力强，具有好的除油效果和较长的使用寿命；不含强酸、强碱及磷元素，对人体和环境影响小，配制简单，成本低，清洗时间短且效果好，尤其适合用于铝合金型材微弧氧化前处理。

本发明的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂在制备过程中，先将增溶剂二丙二醇与部分水混合得混合溶剂；45℃-50℃条件下，再将脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂与十二烷基二甲基氧化胺加入混合溶剂中分散均匀；将柠檬酸钠和EDTA-2Na加入剩余的水中溶解后，再加入偏硅酸钠和硼酸钠搅拌溶解，最后再将上述混合物混合，超声使其分散均匀。该制备方法能使清洗剂中组分快速而完全溶解，从而获得稳定而快速的洗涤除油能力，工艺简单，操作方便，适合推广使用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

具体实施方式中，所用柠檬酸钠为二水柠檬酸钠，配方量不计结晶水。所用的脂肪醇聚氧乙烯醚的碳原子数为12。

实施例1

本实施例的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，由以下浓度的组分组成：柠檬酸钠1.5g/L、偏硅酸钠2.8g/L、硼酸钠0.5g/L、二丙二醇3.0g/L、EDTA-2Na 1.0g/L、脂肪醇聚氧乙烯醚0.7g/L、壬基酚聚氧乙烯醚0.7g/L、三乙醇胺油酸皂0.3g/L、十二烷基二甲基氧化胺0.8g/L，余量为水。

本实施例的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的二丙二醇与占总量1/3的水混合，得混合溶剂；

2)将步骤1)所得混合溶剂加热至50℃，保温条件下，将配方量的脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂与十二烷基二甲基氧化胺加入混合溶剂中，分散均匀，得混合物A；

3)取配方量的柠檬酸钠和EDTA-2Na加入剩余的水中溶解后，再加入配方量的偏硅酸钠和硼酸钠，搅拌溶解，得混合物B；

4)将步骤2)所得混合物A与步骤3)所得混合物B混合，超声使其分散均匀，即得所述铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂。

经检测，所得铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的pH值为9.5。

采用本实施例上述所得清洗剂的铝合金型材微弧氧化前处理方法，包括以下步骤：

a)采用压缩空气对铝合金型材表面进行吹扫，去除尘土；所述吹扫压力为0.2MPa，吹扫空气流速为6m/s；

b)超声条件下，将铝合金型材浸没于40℃的清洗剂中5min，去除油污；

所述超声的频率为28kHz，功率密度为0.5w/cm²；

c)采用55℃的水浸泡20s后取出冲洗，再在75℃条件下烘干，即完成前处理。

实施例2

本实施例的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，由以下浓度的组分组成：柠檬酸钠1.7g/L、偏硅酸钠2.7g/L、硼酸钠0.4g/L、二丙二醇3.5g/L、EDTA-2Na 0.9g/L、脂肪醇聚氧乙烯醚0.8g/L、壬基酚聚氧乙烯醚0.6g/L、三乙醇胺油酸皂0.4g/L、十二烷基二甲基氧化胺0.7g/L，余量为水。

本实施例的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的二丙二醇与占总量1/2的水混合，得混合溶剂；

2)将步骤1)所得混合溶剂加热至50℃，保温条件下，将配方量的脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂与十二烷基二甲基氧化胺加入混合溶剂中，分散均匀，得混合物A；

3)取配方量的柠檬酸钠和EDTA-2Na加入剩余的水中溶解后，再加入配方量的偏硅酸钠和硼酸钠，搅拌溶解，得混合物B；

4)将步骤2)所得混合物A与步骤3)所得混合物B混合，超声使其分散均匀，即得所述铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂。

经检测，所得铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的pH值为9.4。

采用本实施例上述所得清洗剂的铝合金型材微弧氧化前处理方法，包括以下步骤：

a)采用压缩空气对铝合金型材表面进行吹扫，去除尘土；所述吹扫压力为0.25MPa，吹扫空气流速为8m/s；

b)超声条件下，将铝合金型材浸没于45℃的清洗剂中4min，去除油污；

所述超声的频率为28kHz，功率密度为0.5w/cm²；

c)采用60℃的水浸泡10s后取出冲洗，再在80℃条件下烘干，即完成前处理。

实施例3

本实施例的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，由以下浓度的组分组成：柠檬酸钠2.0g/L、偏硅酸钠2.6g/L、硼酸钠0.5g/L、二丙二醇4.0g/L、EDTA-2Na 0.8g/L、脂肪醇聚氧乙烯醚0.6g/L、壬基酚聚氧乙烯醚0.8g/L、三乙醇胺油酸皂0.4g/L、十二烷基二甲基氧化胺0.7g/L，余量为水。

本实施例的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

1)取配方量的二丙二醇与占总量1/2的水混合，得混合溶剂；

2)将步骤1)所得混合溶剂加热至45℃，保温条件下，将配方量的脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂与十二烷基二甲基氧化胺加入混合溶剂中，分散均匀，得混合物A；

3)取配方量的柠檬酸钠和EDTA-2Na加入剩余的水中溶解后，再加入配方量的偏硅酸钠和硼酸钠，搅拌溶解，得混合物B；

4)将步骤2)所得混合物A与步骤3)所得混合物B混合，超声使其分散均匀，即得所述铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂。

经检测，所得铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的pH值为9.6。

采用本实施例上述所得清洗剂的铝合金型材微弧氧化前处理方法，包括以下步骤：

a)采用压缩空气对铝合金型材表面进行吹扫，去除尘土；所述吹扫压力为0.3MPa，吹扫空气流速为10m/s；

b)超声条件下，将铝合金型材浸没于50℃的清洗剂中3min，去除油污；

所述超声的频率为28kHz，功率密度为0.5w/cm²；

c)采用60℃的水浸泡15s后取出冲洗，再在80℃条件下烘干，即完成前处理。

实验例1

本实验例对实施例1-3所得铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的使用性能进行检测。实验内容：取LY12铝合金型材切割成大小一致的试片(100mm×100mm×2.0mm)，用丙酮将试片表面清洗干净并用水冲洗，105℃干燥至恒重得干净试片，称重记为m₀。在干净试片表面均匀涂抹一层油脂(润滑油、防锈油与矿物油质量比为1:1:1)，105℃干燥至恒重。将带油脂的试片在室温、露天环境中陈放30天，表面油脂吸附尘土形成油污，得到模拟试片，称重记为m₁。

分别采用实施例1-3的清洗剂，按照各实施例对应的铝合金型材微弧氧化前处理方法对上述的模拟试片进行前处理，处理后称重，记为m₂；每组检测做三个重复，取平均值；计算除油污率，结果如表1所示。

其中，对比例所用的清洗剂为浓度为200g/L的硫酸脱脂剂，其他同实施例1。

表1实施例1-3所得清洗剂的使用性能检测结果

前处理方法	m<sub>0</sub>，g	m<sub>1</sub>，g	m<sub>2</sub>，g	除油污率，％
					实施例1	55.8911	56.4133	55.8941	99.42
实施例2	55.5653	56.1535	55.5694	99.30
					实施例3	55.8466	56.4390	55.8508	99.29
对比例	55.8299	56.3982	55.8347	99.25

从表1可以看出，实施例1-3所得铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的除油污率达到99.29％以上，好于浓度为200g/L的硫酸脱脂剂。实验结果表明，本发明的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂具有良好的脱除铝合金型材表面油污的效果，并且不含强酸、强碱和磷元素，安全环保，使用方便。

为考察本发明所得铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的纳油污能力，将上述试片的尺寸增大至200mm×200mm×2.0mm，按照相同方法制备模拟试片，并分别按照实施例1-3进行铝合金型材微弧氧化前处理。按照除油污率≥99％为有效，持续放入、取出模拟试片进行前处理，至除油污率低于99％为止，计算得知，1L所述铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂可处理表面积约1.0m²的铝合金型材模拟试片表面油污，纳油污量为50-60g/L。检测结果表明，本发明的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的使用稳定性好，纳油污能力强，使用寿命长久。

实验例2

为了检测清洗剂对铝合金型材的腐蚀性，本实验例将LY12铝型材切割成50cm×20cm×2mm的试样，用丙酮将试样表面清洗干净并用水冲洗，105℃干燥至恒重得干净试片，称重记为m₀。分别采用实施例1-3的清洗剂，按照各实施例对应的铝合金型材微弧氧化前处理方法对试样进行前处理，为保证实验数据的可计算性，超声条件下清洗剂浸泡时间均延长为1h，处理后称重，记为m₃。每组检测做三个重复，取平均值；计算腐蚀失重速率，结果如表2所示。

其中，对比例所用的清洗剂为浓度为200g/L的硫酸脱脂剂，其他同实施例1。

表2实施例1-3所得清洗剂的腐蚀性检测结果

实验对象	腐蚀面积，m<sup>2</sup>	m<sub>0</sub>，g	m<sub>2</sub>，g	腐蚀失重速率，g/(m<sup>2</sup>·h)
					实施例1	0.2	556.8064	556.7874	0.0951
实施例2	0.2	555.4381	555.4222	0.0796
					实施例3	0.2	557.1923	557.1742	0.0903
对比例	0.2	556.7190	556.4619	1.2857

从表2可以看出，相对于对比例(硫酸脱脂剂)对于铝合金型材基体的腐蚀性，实施例1-3所得铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，对于铝合金型材基体几乎无腐蚀，属于较为温和的铝合金型材表面除油除污剂，尤其适用于不需要事先脱除铝合金型材表面自然氧化膜的微弧氧化表面处理技术。

采用本发明的清洗剂用于铝合金型材微弧氧化前处理，可在短时间内快速有效的去除铝合金型材表面油污，而几乎不破坏表面自然氧化膜(微弧氧化表面处理技术没必要破除自然氧化膜)，从而缩短前处理工序，同时保证了后续微弧氧化电解液不被铝合金型材表面油污所污染，延长电解液的使用寿命，节约资源，降低成本。该铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂不含强酸强碱和磷元素，对操作人员和环境的影响小，安全可靠，适合在铝合金型材微弧氧化技术领域推广使用。

Claims (5)

1.一种铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，其特征在于：由以下浓度的组分组成：柠檬酸钠1.5-2.0g/L、偏硅酸钠2.6-2.8g/L、硼酸钠0.4-0.5g/L、二丙二醇3.0-4.0g/L、EDTA-2Na 0.8-1.0g/L、脂肪醇聚氧乙烯醚0.6-0.8g/L、烷基酚聚氧乙烯醚0.6-0.8g/L、三乙醇胺油酸皂0.3-0.4g/L、十二烷基二甲基氧化胺0.6-0.8g/L，余量为水；

所述脂肪醇聚氧乙烯醚的碳原子数为12-14；

所述烷基酚聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚。

2.根据权利要求1所述的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，其特征在于：所述脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂与十二烷基二甲基氧化胺的总浓度不超过2.5g/L。

3.根据权利要求1所述的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂，其特征在于：该清洗剂的pH值为9-10。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)取配方量的二丙二醇与部分水混合，得混合溶剂；

2)将步骤1)所得混合溶剂加热至45℃-50℃，保温条件下，将配方量的脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂与十二烷基二甲基氧化胺加入混合溶剂中，分散均匀，得混合物A；

3)取配方量的柠檬酸钠和EDTA-2Na加入剩余的水中溶解后，再加入配方量的偏硅酸钠和硼酸钠，搅拌溶解，得混合物B；

4)将步骤2)所得混合物A与步骤3)所得混合物B混合，超声使其分散均匀，即得。

5.根据权利要求4所述的铝合金型材微弧氧化前处理用清洗剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述部分水是指所用水量为总水量的1/3-1/2。