CN109609944B

CN109609944B - 一种铝合金本色无铬钝化处理剂及其制备方法

Info

Publication number: CN109609944B
Application number: CN201811648479.4A
Authority: CN
Inventors: 王冬生
Original assignee: Linyi Jinhu Color Coating Aluminum Industry Co ltd
Current assignee: LINYI JINHU COLOR COATING ALUMINUM INDUSTRY Co.,Ltd.
Priority date: 2018-12-30
Filing date: 2018-12-30
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2038-12-30
Also published as: CN109609944A

Abstract

本发明公开了一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5~10%，山梨糖醇1~5%，偏钒酸铵0.5~1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1~0.5%，碳酸锆钾0.1~0.5%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05~0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01~0.05%，铈盐0.05~0.1%，无机酸3~10%，有机酸0.5~2%，余量为水；所述的铈盐选自草酸铈、辛酸铈、甲酸铈和乙酸铈的一种或几种的混合物；所述的无机酸选自氟锆酸、氟钛酸的一种或其混合物；所述的有机酸选自甲酸、乙酸和草酸中的一种。本发明无铬钝化处理剂在铝合金表面形成的无铬钝化膜为无色透明，不改变铝合金的本色；经过本发明铝合金本色无铬钝化处理剂处理后，其耐蚀性大大提高，可以应用于一些不需要表面涂装的场合。

Description

一种铝合金本色无铬钝化处理剂及其制备方法

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种铝合金本色无铬钝化处理剂及其制备方法。

背景技术

金属表面处理是提高钢铁抗大气腐蚀的有效方法。但在潮湿环境中处理层容易发生腐蚀，使表面形成腐蚀产物或变成灰暗色，影响外观，必须进行钝化。钢铁、铝等金属表面生成致密氧化物保护层，从而阻止与金属进一步反应的现象叫钝化现象。当前使用最广泛的是铬酸盐钝化处理。主要原因是该工艺简单、成本低、抗蚀性能好。经铬酸盐处理后形成铬/基体金属混合氧化物膜层，膜层中铬主要以六价和三价形式存在。由于六价铬是致癌物质，对人体及环境都有严重危害，随着人们环境意识的增强，必须研究一种取代铬酸盐钝化的方法。

钝化液及钝化后的产品中不含铬及铬离子，称为无铬钝化。无铬钝化液中不含铬及铬的任何价位离子，在源头上控制了铬离子的存在，使生产企业做到了使用新产品进行清洁生产的目的，同时，钝化后的产品不含任何铬离子，也保证了最终产品符合环保要求，不会存在对人体有害的铬。

目前，现有技术中已经公开了很多关于铝合金无铬钝化的技术方案。例如，申请公布号CN 104561972 A的中国专利申请公开了一种铸铝合金工件涂装前无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5~10%，山梨糖醇1~5%，偏钒酸铵0.5~1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1~0.5%，碳酸锆钾0.1~0.5%，二茂铁甲酸0.05~0.08%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05~0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01~0.05%，余量为水。经过该处理剂处理的铸铝合金，在表面生成一层蓝紫色的无铬钝化膜，该钝化膜与传统铬酸盐钝化膜相比，具有更优异的耐蚀性能和涂层结合力性能，可以完全替代铬酸盐钝化技术；处理工艺简单，处理时间短，施工方便，适用于规模化工业生产。申请公布号CN 105420710 A的中国专利申请公开了一种用于铝型材表面处理的金色无铬钝化液，钝化液由水、含铈化合物、无机酸、有机酸和表面活性剂混合而成。经实验测定，样品裸膜盐雾试验大于48h，喷漆后样品醋酸盐雾实验大于1000小时，百格测试无脱落，沸水测试无起泡无脱落。虽然上述公开的铝合金无铬钝化技术均可以替代传统的六价铬钝化、具有优异的耐腐蚀性能，但是铝合金经过相应处理后，原本表面的颜色均发生改变，使得无铬钝化在一些需要铝合金本色应用的场合无法正常使用。因此，在现有技术的基础上研究开发出一种不改变铝合金本色的无铬钝化处理剂具有重要的实际意义。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐蚀性能更优的铝合金本色无铬钝化处理剂及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5~10%，山梨糖醇1~5%，偏钒酸铵0.5~1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1~0.5%，碳酸锆钾0.1~0.5%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05~0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01~0.05%，铈盐 0.05~0.1%，无机酸 3~10%，有机酸 0.5~2%，余量为水。

所述的铈盐选自草酸铈、辛酸铈、甲酸铈和乙酸铈的一种或几种的混合物。

所述的无机酸选自氟锆酸、氟钛酸的一种或其混合物。

所述的有机酸选自甲酸、乙酸和草酸中的一种。

优选地，一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5~10%，山梨糖醇1~5%，偏钒酸铵0.5~1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1~0.5%，碳酸锆钾0.1~0.5%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05~0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01~0.05%，草酸铈 0.05~0.1%，氟锆酸 3~10%，草酸 0.5~2%，余量为水。

优选地，一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5~10%，山梨糖醇1~5%，偏钒酸铵0.5~1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1~0.5%，碳酸锆钾0.1~0.5%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05~0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01~0.05%，辛酸铈0.05~0.1%，氟钛酸 3~10%，草酸 0.5~2%，余量为水。

优选地，一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5~10%，山梨糖醇1~5%，偏钒酸铵0.5~1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1~0.5%，碳酸锆钾0.1~0.5%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05~0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01~0.05%，甲酸铈 0.05~0.1%，氟锆酸和氟钛酸的混合物 3~10%，甲酸 0.5~2%，余量为水。

优选地，一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5~10%，山梨糖醇1~5%，偏钒酸铵0.5~1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1~0.5%，碳酸锆钾0.1~0.5%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05~0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01~0.05%，乙酸铈 0.05~0.1%，氟锆酸和氟钛酸的混合物3~10%，乙酸 0.5~2%，余量为水。

本发明还提供了铝合金本色无铬钝化处理剂的制备方法，包括以下步骤：将过硫酸钾与山梨糖醇在反应釜中加入水混溶，然后再加入偏钒酸铵和二异丁基萘磺酸钠，搅拌溶解后溶液静置2小时；依次加入碳酸锆钾、聚氧乙烯月桂醇醚、吡咯烷酮羟酸钠、铈盐、无机酸和有机酸后搅拌溶解后静置30分钟，即得。

本发明铝合金本色无铬钝化处理剂的用法：铝合金工件经过脱脂洗净后，用质量浓度为3%~20%的本发明处理剂在20~50℃的条件下处理10~60分钟，处理方式可为喷淋法或浸渍法。水洗烘干后即可进入涂装工序。

本发明的铝合金本色无铬钝化处理剂在铝合金表面可以生成一层无色透明的均匀致密钝化膜，并且大大提高了处理后铝合金的耐蚀性。与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：1、在铝合金表面形成的无铬钝化膜为无色透明，不改变铝合金的本色；2、经过本发明铝合金本色无铬钝化处理剂处理后，其耐蚀性大大提高，可以应用于一些不需要表面涂装的场合；3、本发明处理工艺简单，处理时间短，施工方便，适用于规模化工业生产。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾10%，山梨糖醇1%，偏钒酸铵1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1%，碳酸锆钾0.5%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05%，吡咯烷酮羟酸钠0.05%，草酸铈 0.05%，氟锆酸 10%，草酸 0.5%，余量为水。

上述的铝合金本色无铬钝化处理剂的制备方法，包括以下步骤：将过硫酸钾与山梨糖醇在反应釜中加入水混溶，然后再加入偏钒酸铵和二异丁基萘磺酸钠，搅拌溶解后溶液静置2小时；依次加入碳酸锆钾、聚氧乙烯月桂醇醚、吡咯烷酮羟酸钠、铈盐、无机酸和有机酸后搅拌溶解后静置30分钟，即得。

实施例2：

一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5%，山梨糖醇5%，偏钒酸铵0.5%，二异丁基萘磺酸钠0.5%，碳酸锆钾0.1%，聚氧乙烯月桂醇醚0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01%，辛酸铈0.1%，氟钛酸 3%，草酸 2%，余量为水。

上述的铝合金本色无铬钝化处理剂的制备方法同实施例1。

实施例3：

一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾8%，山梨糖醇2%，偏钒酸铵1%，二异丁基萘磺酸钠0.3%，碳酸锆钾0.3%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05%，吡咯烷酮羟酸钠0.03%，甲酸铈 0.08%，氟锆酸和氟钛酸质量比1：1的混合物 5%，甲酸1.5%，余量为水。

上述的铝合金本色无铬钝化处理剂的制备方法同实施例1。

实施例4：

一种铝合金本色无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾10%，山梨糖醇1%，偏钒酸铵1%，二异丁基萘磺酸钠0.2%，碳酸锆钾0.4%，聚氧乙烯月桂醇醚0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.03%，乙酸铈 0.1%，氟锆酸和氟钛酸质量比3：1的混合物3%，乙酸0.5%，余量为水。

上述的铝合金本色无铬钝化处理剂的制备方法同实施例1。

对比例1：

一种铝合金无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾10%，山梨糖醇1%，偏钒酸铵1.5%，二异丁基萘磺酸钠0.1%，碳酸锆钾0.5%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05%，吡咯烷酮羟酸钠0.05%，硝酸铈 0.05%，氟锆酸 10%，草酸 0.5%，余量为水。

对比例1铝合金无铬钝化处理剂的制备方法同实施例1，区别在于用硝酸铈代替草酸铈。

对比例2：

一种铝合金无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾5%，山梨糖醇5%，偏钒酸铵0.5%，二异丁基萘磺酸钠0.5%，碳酸锆钾0.1%，聚氧乙烯月桂醇醚0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.01%，辛酸铈0.1%，氟钛酸 3%，对苯二甲酸 2%，余量为水。

对比例2铝合金无铬钝化处理剂的制备方法同实施例2，区别在于用对苯二甲酸代替草酸。

对比例3：

一种铝合金无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾8%，山梨糖醇2%，偏钒酸铵1%，二异丁基萘磺酸钠0.3%，碳酸锆钾0.3%，聚氧乙烯月桂醇醚0.05%，吡咯烷酮羟酸钠0.03%，甲酸铈 0.08%，磷酸5%，甲酸 1.5%，余量为水。

对比例3铝合金无铬钝化处理剂的制备方法同实施例3，区别在于用磷酸代替氟锆酸和氟钛酸质量比1：1的混合物。

对比例4：

一种铝合金无铬钝化处理剂，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾10%，山梨糖醇1%，偏钒酸铵1%，二异丁基萘磺酸钠0.2%，碳酸锆钾0.4%，聚氧乙烯月桂醇醚0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.03%，硫酸铈 0.1%，氟锆酸和氟钛酸质量比3：1的混合物3%，丁二酸 0.5%，余量为水。

对比例4铝合金无铬钝化处理剂的制备方法同实施例4，区别在于用硫酸铈代替乙酸铈，用丁二酸代替乙酸。

对比试验数据如下：

用本发明实施例1~4的铝合金本色无铬钝化处理剂和对比例1~4的无铬钝化剂分别配制质量浓度10%的溶液，分别对7075铝合金样件进行钝化处理，每组数量5个，处理温度均为40℃，处理时间均为30min，处理完毕后水洗自然晾干即可。参考GB/T 6458-1986《金属覆盖层中性盐雾试验（NSS试验）》中规定的方法，对各组处理后的铝合金表面的无铬钝化膜进行性能对比测试。中性盐雾试验（NSS）是在特定的试验箱内，将含有(5±0.5)%氯化钠、pH值为6.5～7.2的盐水通过喷雾装置进行喷雾，让盐雾沉降到待测试验件上，经过一定时间观察其表面腐蚀状态。试验箱的温度要求在(35±2)℃，湿度大于95%，降雾量为1～2mL/(h·cm²)，喷嘴压力为78.5～137.3kPa。盐雾试验时将各组处理过的样件放置于同一盐雾试验箱中，并合理摆放以保证试验各项参数的一致性，结果取平均值如表1和表2所示：

表1

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	检测标准
						外观	本色	本色	本色	本色	目测
中性盐雾试验	80h后开始腐蚀	86h后开始腐蚀	92h后开始腐蚀	96h后开始腐蚀	GB6458-1986

表2

检测项目	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4	检测标准
						外观	淡蓝紫色	淡紫色	淡蓝紫色	淡蓝色	目测
中性盐雾试验	60h后开始腐蚀	65h后开始腐蚀	73h后开始腐蚀	75h后开始腐蚀	GB6458-1986

从以上试验结果可以看出，7075铝合金经过本发明无铬钝化处理剂处理后，在表面生成一层无色透明的无铬钝化膜，该钝化膜不改变铝合金的本色，具有非常优异的耐蚀性能。通过对比例的试验结果，可知本发明通过选择特定的铈盐、无机酸和有机酸的进行配合，才能达到不改变铝合金本色的处理效果，并且不影响无铬钝化膜的耐蚀性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，只要不偏离或超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种铝合金本色无铬钝化处理剂，其特征在于，由如下重量百分比的原料制成：过硫酸钾10%，山梨糖醇1%，偏钒酸铵1%，二异丁基萘磺酸钠0.2%，碳酸锆钾0.4%，聚氧乙烯月桂醇醚0.08%，吡咯烷酮羟酸钠0.03%，乙酸铈 0.1%，氟锆酸和氟钛酸质量比3：1的混合物3%，乙酸 0.5%，余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金本色无铬钝化处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将过硫酸钾与山梨糖醇在反应釜中加入水混溶，然后再加入偏钒酸铵和二异丁基萘磺酸钠，搅拌溶解后溶液静置2小时；依次加入碳酸锆钾、聚氧乙烯月桂醇醚、吡咯烷酮羟酸钠、乙酸铈、氟锆酸、氟钛酸和乙酸后搅拌溶解后静置30分钟，即得。