CN109468626A - 一种铝合金模板面层钝化液及其制备方法和钝化处理工艺 - Google Patents

一种铝合金模板面层钝化液及其制备方法和钝化处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金模板面层钝化液及其钝化处理工艺，所述钝化液通过将氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂和水混合，再经酸碱调节剂调节钝化液的pH至酸性得到。将铝合金模板进行碱洗以除去油污，水洗，烘干后；浸没于所得钝化液进行常温钝化处理，再用热水进行封闭处理，即得表面钝化的铝合金模板。采用本发明所述钝化液可在铝合金模板面层产生一层具有网状结构的致密薄膜，与常用的钝化液所形成的薄膜相比，具有生长速度快，光泽度好及耐碱性腐蚀的能力强等优点，而且成本低、易操作，环境友好，具有良好的经济效益和应用前景。

Description

一种铝合金模板面层钝化液及其制备方法和钝化处理工艺
技术领域
本发明属于铝合金处理技术领域，具体涉及一种铝合金模板面层钝化液及其制备方法和钝化处理工艺。
背景技术
目前市场上常采用铬酸盐钝化液，因其所获钝化膜耐腐蚀性优良、成本低廉、操作简便而得到广泛应用。但是六价铬是很容易被人体吸收的，它可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体。通过呼吸空气中含有不同浓度的铬酸酐时有不同程度的沙哑、鼻粘膜萎缩，严重时还可使鼻中隔穿孔和支气管扩张等。经消化道侵入时可引起呕吐、腹疼等危害。经皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹。危害最大的是长期或短期接触或吸入时有致癌危险。欧盟颁布的RoHS和WEEE法规明令禁止或限制涉及六价铬工艺的使用，铬酸盐工艺将逐步退出应用领域。因此，开发无毒、环保的绿色钝化技术已成该领域发展的必然趋势。
随着我国超高层建筑的快速发展，建筑行业对超高层施工技术的要求越来越高，铝合金模板由于具有自重轻，且模板承受压力的条件好，方便混凝土机械化，快速施工的作业，在建筑行业中拥有良好的应用前景。但铝合金化学性质较为活泼，在大气环境中，其表面容易形成一层极薄的氧化膜(其厚度通常为几个纳米)，对基体具有一定的防护作用。但该自然氧化膜太薄，极易破损，特别是碱性环境中，OH-含量高时，极易发生腐蚀。而混凝土中浆体的pH值一般在12.5左右，铝合金模板在这种碱性条件下因发生化学反应而腐蚀，导致铝合金模板的使用寿命降低。因此，为了延长铝合金模板使用寿命，提高经济效益，在其使用前要经过必要的表面处理。目前，较多使用钼酸盐钝化、稀土金属盐钝化、铈酸盐钝化、硅酸盐处理等方法对铝合金进行钝化处理，但这些钝化剂处理的铝合金钝化膜在颜色与耐蚀性方面均不太理想，难以达到工程的要求。
本发明报道了一种铝合金模板面层钝化工艺，成本低廉、操作简便，光泽度好且生长迅速，可在常温下实现钝化，提高铝合金模板在碱性环境中的抗腐蚀能力，进而延长铝合金模板在建筑行业中的使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于，针对现有技术存在的不足，提供一种铝合金模板面层钝化液，该钝化液可在铝合金表面快速形成均匀致密的钝化膜，具有良好的光泽度和耐碱性腐蚀能力；且涉及工作条件温和、安全环保，适合推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种铝合金模板面层酸性钝化液，它以氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂和水为主要原料，混合均匀后再由酸性调节剂调节pH至酸性而成。
上述方案中，所述酸性条件的pH值为3.5～4.5。
上述方案中，所述铝合金模板面层钝化液中，氟锆盐的质量浓度为1.0～5.0g/L；氟钛酸的质量浓度为1.0～8.0g/L；成膜促进剂的质量浓度为1.0～4.0g/L；表面活性剂的质量浓度为0.01～0.5g/L；鳌合剂的质量浓度为2～10g/L。
优选的，所述氟锆盐的质量浓度为2.0～4.0g/L；氟钛酸的质量浓度为2.0～6.0g/L；成膜促进剂的质量浓度为2.0～3.0g/L；表面活性剂的质量浓度为0.1～0.3g/L；鳌合剂的质量浓度为4.0～6.0g/L。
上述方案中，所述氟锆盐为氟锆钠、氟锆钾、氟锆铵、三氟戊二酮锆、六氟-乙酰丙酮锆的一种或几种；该组分为钝化膜的成膜主盐，其中的Zr元素与Al、O、F等主要元素构成致密的钝化膜。
上述方案中，所述成膜促进剂包括无机氟化盐促进剂和有机高分子类促进剂，其中无机氟化盐促进剂为氟化钠或六氟铝酸钠；有机高分子类促进剂为己二醇丁醚醋酸酯、乙二醇丁醚、丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯中的一种或两种。其中促进剂中引入的F离子有利于生成难溶盐沉淀，醚醇类高聚物能够改善成膜剂的聚结性，无机氟化盐与有机高分子相互作用，更能有效促进钝化膜形成，提高钝化膜的耐擦洗性。
上述方案中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、十六烷基磺基苯氧基苯磺酸二钠中的一种或几种；可使钝化液与铝合金表面润湿良好，有利于钝化反应的进行，加速钝化膜的形成。
上述方案中，所述鳌合剂为柠檬酸钠、六偏磷酸钠、氢氟酸、亚硫酸钠中的一种或几种，其作用是在酸性条件下与成膜剂中的金属离子形成稳定的络合物，有助于钝化膜的快速形成。
上述方案中，所述酸碱调节剂为NaOH溶液或柠檬酸溶液；所述NaOH溶液的质量百分比浓度为0.5～2％；柠檬酸溶液的质量百分比浓度为0.5～2％。
优选的，当钝化液的pH小于3.5时，采用NaOH溶液调节，当钝化液的pH大于4.5时，采用柠檬酸溶液调节。
上述一种铝合金模板面层钝化液的制备方法，它包括如下步骤：将氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂依次加入部分水中，待各组分完全溶解，加入剩余水混合均匀，并加入酸性调节剂调节所得混合液的pH值至酸性，即得铝合金模板面层钝化液。
本发明还提供了一种铝合金模板面层钝化液的钝化处理工艺，包括如下步骤：
1)表面清洁处理：将铝合金模板表面进行打磨，然后置于碱洗液中，室温下处理1.5～3.0min，水洗，烘干；
2)钝化处理：将钝化液添加到钝化槽中，然后将经步骤1)处理后的铝合金模板浸没在钝化液中，在18～30℃的温度条件下钝化处理1.0～3.0min；然后将钝化后的铝合金模板取出，水洗，烘干；
3)封闭处理：将步骤2)处理的铝合金模板置于热水中封闭处理10～30min，水洗，烘干。
上述方案中，所述碱洗液由NaOH、Na2SiO3、三乙醇胺和水组成。
上述方案中，步骤1)中所述烘干温度为90～110℃；步骤2)中所述烘干温度为80～100℃；步骤3)中所述烘干温度为80～100℃。
上述方案中，所述热水温度为95～100℃，pH为5.5～6.0。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明采用的鳌合剂在酸性条件下能与成膜剂中的金属离子形成稳定的络合物，加快钝化膜的生成。
2)本发明采用的铝合金模板面层钝化工艺，成膜促进剂中F离子有利于生成难溶性盐沉淀，醚醇类高聚物在钝化液中具有很好的相容性，附着在络合物的表面，利用良好的聚结性吸附周围的成膜金属离子，二者相互作用，促进钝化膜形成。
3)采用本发明所述钝化液处理铝合金，处理过程钝化膜生长迅速，具有良好的耐变色能力和耐碱性腐蚀能力，延长铝合金模板在混凝土中的使用寿命，具有良好的应用前景。
4)所述钝化液工作的温度为常温，无需加热，节约能耗，便于储存；而且工艺操作简便，成本低廉，环境友好，具有良好的经济效益和应用前景。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种铝合金模板面层钝化液，它由氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂以及水组成，具体制备步骤包括：将3.0g H2TiF6、2.0g六氟-乙酰丙酮锆、1.0g己二醇丁醚醋酸酯、1.0g六氟铝酸钠、0.2g十二烷基苯磺酸钠、4.0g六偏磷酸钠依次加入500ml去离子水中(每种原料添加完全溶解后再加入另一种原料)，溶解混匀，采用酸碱调节剂(1.0wt％的NaOH溶液或1.0wt％的柠檬酸溶液)调节溶液的pH值，补充水至1000g，使混合溶液的pH值为3.5；所得钝化液中H2TiF6的浓度为3.0g/L，六氟-乙酰丙酮锆的浓度为2.0g/L，己二醇丁醚醋酸酯的浓度为1.0g/L，六氟铝酸钠的浓度为1.0g/l，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.2g/L，六偏磷酸钠的浓度为4.0g/L。
采用上述钝化液对铝合金模板面层进行钝化，具体包括以下步骤：
1)表面清洁处理：将铝合金(6061-T6铝合金)裁切成20.0×20.0×4.0mm的试样，然后将裁切好的铝合金试片进行打磨，然后将铝合金模板放入碱洗液中去除表面油污，最后用去离子水清洗，烘干；所述清洗液的组成为：NaOH 30.0g/L，Na2SiO3 10.0g/L，三乙醇胺10.0g/L；所述清洗时间2.5min；所述烘干温度为110℃；
2)钝化处理：将配制的钝化液添加到钝化槽中，然后将经步骤1)处理的铝合金模板放入钝化槽中，使其完全淹没在钝化液中，调节钝化液的温度维持在20℃，钝化处理的时间为1.5min；将钝化后的铝合金模板取出，用去离子水冲洗干净，烘干(90℃)；
3)封闭处理：将经步骤2)处理的铝合金模板放入热水(96℃；pH值为5.5)中进行封闭处理20min，用去离子水清洗，烘干(90℃)。
实施例2
一种铝合金模板面层钝化液，它由氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂以及水组成，具体制备步骤包括：将4.0g H2TiF6、3.0g氟锆铵、1.0g NaF、1.5g乙二醇丁醚EB、0.15g十二烷基硫酸钠、4.5g亚硫酸钠依次加入500ml去离子水中(每种原料添加完全溶解后再加入另一种原料)，溶解混匀，采用酸碱调节剂(1.0wt％的NaOH溶液或1.0wt％的柠檬酸溶液)调节溶液的pH值，补充水至1000g，使混合溶液的pH值为3.5；所得钝化液中H2TiF6的浓度为4.0g/L，氟锆铵的浓度为3.0g/L，NaF的浓度为1.0g/L，乙二醇丁醚EB的浓度为1.5g/l，十二烷基硫酸钠的浓度为0.15g/L，亚硫酸钠的浓度为4.5g/L。
采用上述钝化液对铝合金模板面层进行钝化，具体包括以下步骤：
1)表面清洁处理：将铝合金(6061-T6铝合金)裁切成20.0×20.0×4.0mm的试样，然后将裁切好的铝合金试片进行打磨，然后将铝合金模板放入碱洗液中去除表面油污，最后用去离子水清洗，烘干；所述清洗液的组成为：NaOH 30.0g/L，Na2SiO3 12.0g/L，三乙醇胺12.0g/L；所述清洗时间2.5min；所述烘干温度为110℃；
2)钝化处理：将配制的钝化液添加到钝化槽中，然后将经步骤1)处理的铝合金模板放入钝化槽中，使其完全淹没在钝化液中，调节钝化液的温度维持在20℃，钝化处理的时间为2min；将钝化后的铝合金模板取出，用去离子水冲洗干净，烘干(90℃)；
3)封闭处理：将经步骤2)处理的铝合金模板放入热水(98℃；pH值为5.7)中进行封闭处理25min，用去离子水清洗，烘干(90℃)。
实施例3
一种铝合金模板面层钝化液，它由氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂以及水组成，具体制备步骤包括：将5.0g H2TiF6、2.5g K2ZrF6、2.0g NaF、1.0g丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯、0.12g十二烷基二苯醚二磺酸钠、5.0g柠檬酸钠依次加入500ml去离子水中(每种原料添加完全溶解后再加入另一种原料)，溶解混匀，采用酸碱调节剂(1.0wt％的NaOH溶液或1.0wt％的柠檬酸溶液)调节溶液的pH值，补充水至1000g，使混合溶液的pH值为3.5；所得钝化液中H2TiF6的浓度为5.0g/L，K2ZrF6的浓度为2.5g/L，NaF的浓度为2.0g/L，丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯的浓度为1.0g/l，十二烷基二苯醚二磺酸钠的浓度为0.12g/L，柠檬酸钠的浓度为5.0g/L。
采用上述钝化液对铝合金模板面层进行钝化，具体包括以下步骤：
1)表面清洁处理：将铝合金(6061-T6铝合金)裁切成20.0×20.0×4.0mm的试样，然后将裁切好的铝合金试片进行打磨，然后将铝合金模板放入碱洗液中去除表面油污，最后用去离子水清洗，烘干；所述清洗液的组成为：NaOH 45.0g/L，Na2SiO3 16.0g/L，三乙醇胺8.0g/L；所述清洗时间2.5min；所述烘干温度为110℃；
2)钝化处理：将配制的钝化液添加到钝化槽中，然后将经步骤1)处理的铝合金模板放入钝化槽中，使其完全淹没在钝化液中，调节钝化液的温度维持在20℃，钝化处理的时间为3min；将钝化后的铝合金模板取出，用去离子水冲洗干净，烘干(90℃)；
3)封闭处理：将经步骤2)处理的铝合金模板放入热水(98℃；pH值为6)中进行封闭处理25min，用去离子水清洗，烘干(90℃)。
对比例1
一种铝合金模板面层钝化液，它由氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂以及水组成，具体制备步骤包括：将5.0g H2TiF6、2.5g K2ZrF6、3.0g NaF、0.12g十二烷基苯磺酸钠、5.0g柠檬酸钠依次加入500ml去离子水中(每种原料添加完全溶解后再加入另一种原料)，溶解混匀，采用酸碱调节剂(1.0wt％的NaOH溶液或1.0wt％的柠檬酸溶液)调节溶液的pH值，补充水至1000g，使混合溶液的pH值为3.5；所得钝化液中H2TiF6的浓度为5.0g/L，K2ZrF6的浓度为2.5g/L，NaF的浓度为3.0g/L，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.12g/L，柠檬酸钠的浓度为5.0g/L。
钝化步骤与实施例相同。
对比例2
一种铝合金模板面层钝化液，它由氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂以及水组成，具体制备步骤包括：将6.0g H2TiF6、3.0g氟锆铵、0.5g NaF、2.5g乙二醇丁醚EB、0.2g十二烷基硫酸钠依次加入500ml去离子水中(每种原料添加完全溶解后再加入另一种原料)，溶解混匀，采用酸碱调节剂(1.0wt％的NaOH溶液或1.0wt％的柠檬酸溶液)调节溶液的pH值，补充水至1000g，使混合溶液的pH值为3.5；所得钝化液中H2TiF6的浓度为6.0g/L，氟锆铵的浓度为3.0g/L，NaF的浓度为0.5g/L，乙二醇丁醚EB的浓度为2.5g/l，十二烷基硫酸钠的浓度为0.2g/L。
钝化步骤与实施例相同。
按照实施例1～3与对比例1～2处理铝合金模板试件，然后对比钝化膜光泽度的差异，结果见表1。
将经实施例1～3与对比例1～2处理铝合金模板试件放置于模拟的混凝土碱性溶液中腐蚀48小时，测试其耐腐蚀特性，结果见表2。
表1实施例1～3和对比例1～2所述钝化液对铝合金模板试件的钝化效果
编号 钝化膜光泽度
实施例1 均匀
实施例2 均匀
实施例3 均匀
对比例1 不均匀
对比例2 不均匀
表2经实施例1～3和对比例1～2所述钝化液处理后铝合金模板的耐腐蚀特性
编号 pH值 失重质量
空白组 13.3 1.39
实施例1 13.3 0.19
实施例2 13.3 0.18
实施例3 13.3 0.21
对比例1 13.3 0.58
对比例2 13.3 0.77
空白组 12.5 0.26
实施例1 12.5 0
实施例2 12.5 0
实施例3 12.5 0
对比例1 12.5 0.1
对比例2 12.5 0.12
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝合金模板面层酸性钝化液，它以氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂和水为主要原料，混合均匀后再由酸性调节剂调节pH至酸性条件而成。
2.根据权利要求1所述的酸性钝化液，其特征在于，所述酸性条件的pH值为3.5～4.5。
3.根据权利要求1所述的酸性钝化液，其特征在于，所述铝合金模板面层钝化液中，氟锆盐的质量浓度为1.0～5.0g/L；氟钛酸的质量浓度为1.0～8.0g/L；成膜促进剂的质量浓度为1.0～4.0g/L；表面活性剂的质量浓度为0.01～0.5g/L；鳌合剂的质量浓度为2～10g/L。
4.根据权利要求1所述的酸性钝化液，其特征在于，所述氟锆盐的质量浓度为2.0～4.0g/L；氟钛酸的质量浓度为2.0～6.0g/L；成膜促进剂的质量浓度为2.0～3.0g/L；表面活性剂的质量浓度为0.1～0.3g/L；鳌合剂的质量浓度为4.0～6.0g/L。
5.根据权利要求1所述的钝化液，其特征在于，所述氟锆盐为氟锆钠、氟锆钾、氟锆铵、三氟戊二酮锆、六氟-乙酰丙酮锆中的一种或几种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、十六烷基磺基苯氧基苯磺酸二钠中的一种或几种；所述鳌合剂为柠檬酸钠、六偏磷酸钠、氢氟酸、亚硫酸钠中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的钝化液，其特征在于，所述成膜促进剂包括无机氟化盐促进剂和有机高分子类促进剂，其中无机氟化盐促进剂为氟化钠或六氟铝酸钠；有机高分子类促进剂为己二醇丁醚醋酸酯、乙二醇丁醚、丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的钝化液，其特征在于，所述酸碱调节剂为NaOH或柠檬酸溶液。
8.权利要求1～7任一项所述铝合金模板面层钝化液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将氟锆盐、氟钛酸、成膜促进剂、表面活性剂、鳌合剂依次加入部分水中，待各组分完全溶解，加入剩余水混合均匀，并加入酸性调节剂调节所得混合液的pH值至酸性，即得铝合金模板面层钝化液。
9.权利要求1～7任一项所述铝合金模板面层钝化液的钝化处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)表面清洁处理：将铝合金模板表面进行打磨，然后置于碱洗液中，室温下处理1.5～3.0min，水洗，烘干；
2)钝化处理：将钝化液添加到钝化槽中，然后将经步骤1)处理后的铝合金模板浸没在钝化液中，在18～30℃的温度条件下钝化处理1.0～3.0min；然后将钝化后的铝合金模板取出，水洗，烘干；
3)封闭处理：将步骤2)处理的铝合金模板置于热水中封闭处理10～30min，水洗，烘干。
10.根据权利要求9所述的钝化处理工艺，其特征在于，所述热水温度为95～100℃，pH为5.5～6.0。
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