CN109652790B - 铝合金环保型化学转化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金环保型化学转化处理技术，属铝合金表面处理技术领域，其制备化学转化膜的工艺步骤即先将铝合金表面经过除油、碱蚀、酸洗工序得到预处理铝合金；再将所述预处理铝合金表面进行化学转化成膜、封孔处理工序；其中化学转化成膜处理所需的化学转化处理液包括如下组分及其含量：H₃PO₄溶液浓度为10～50mL/L、NaF 3.5～10.5g/L、K₂TiF₆ 1.0～4.0g/L、Na₂WO₄ 1.0～5.0g/L、5‑磺基水杨酸1.5～5.0g/L，所述化学转化处理液的pH值为2.00～4.00之间，转化温度为30～50℃，铝合金化学转化处理时间为5～15min；所述封孔处理所采用的溶液及其含量是钼酸钠10‑20g/L，本发明处理工艺简单，成本低廉，绿色环保，所形成的转化膜具有良好耐蚀性。

Description

铝合金环保型化学转化处理方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金环保型化学转化处理技术，属铝合金表面处理技术领域。

背景技术

铝具有相当强的电负性，对氧具有强烈的亲和力，在大气中生成较薄氧化膜，一方面不能满足工业上防护需要，另一方面影响产品质量的稳定，因此其表面通常需要进行化学转化处理来提高铝合金基体的耐腐蚀性及与后续有机涂层的附着力。然而，传统的处理方式(如铬酸盐处理及磷化处理)由于存在毒性大、环境污染等问题，目前已被限制使用。而新兴的诸多环保型化学转化处理工艺又难以同时满足耐腐蚀性和涂层附着力要求。因此，开发同时具有良好耐腐蚀性和涂层附着力的环保型无铬化学转化技术成为当务之急。

发明内容

本发明所解决的技术问题即在提供一种铝合金环保型化学转化处理方法。

本发明所采用的技术手段如下所述。

本发明的一种铝合金环保型化学转化处理方法，其制备化学转化膜的工艺步骤如下。

1)将铝合金表面经过除油、碱蚀、酸洗工序得到预处理铝合金。

2)将所述预处理铝合金表面进行化学转化成膜处理工序。

3)将上述步骤的铝合金表面进行封孔处理。

所述步骤2)中化学转化成膜处理所需的化学转化处理液包括如下组分及其含量：H₃PO₄溶液浓度为10～50mL/L、NaF 3.5～10.5g/L、K₂TiF₆1.0～4.0g/L、Na₂WO₄ 1.0～5.0g/L、5-磺基水杨酸1.5～5.0g/L，所述化学转化处理液的pH值为2.00～4.00之间，转化温度为30～50℃，铝合金化学转化处理时间为5～15min。

所述步骤3)中铝合金表面封孔处理所采用的溶液及其含量是钼酸钠10-20g/L，处理温度为40-70℃，封孔时间为10-60min。

所述步骤1)中铝合金表面预处理的除油溶液包括如下组分及其含量：Na₂SiO₃ 1～5g/L、Na₃PO₄ 20～30g/L、OP-10 2～5g/L，除油温度控制在40～60℃之间，处理时间为2～7min。

所述碱蚀处理的碱蚀溶液为：NaOH 30～60g/L、Na₃PO₄ 5～20g/L、Na₂CO₃ 10～20g/L，碱蚀温度为45～55℃，处理时间为1～4min。

所述酸洗出光采用的酸洗溶液为：H₃PO₄ 250mL/L、HNO₃ 50mL/L、H₂SO₄ 100mL/L，酸洗温度为80℃，时间为1～3min。

本发明的有益效果如下。

1、本发明环保型化学转化膜具有良好的耐腐蚀性和涂层附着力，可用于取代传统含铬化学转化及磷化处理工艺。

2、本发明环保型化学转化液可配制成浓缩液，以便于储存及运输。

3、本发明适用于铝及铝合金工件的表面成膜处理，成本低廉。

附图说明

图1a为本发明化学转化膜在10μm倍数下扫描电子显微镜检测图。

图1b为本发明化学转化膜在1μm倍数下扫描电子显微镜检测图。

图2为典型试样耐蚀性全浸腐蚀测试结果图。

图3为典型试样动电位极化曲线图。

图4a为本发明化学转化膜经封孔处理后在10μm倍数下扫描电子显微镜检测图。

图4b为本发明化学转化膜经封孔处理后在1μm倍数下扫描电子显微镜检测图。

具体实施方式

本发明保护一种铝合金环保型化学转化处理方法，其制备化学转化膜的工艺步骤大致如下所述：

1)将铝合金用水清洗除去表面尘埃附着物；

2)将铝合金表面作除油处理；

3)将经除油处理过的铝合金进行碱蚀处理，进一步除去制品表面的污物；

4)将上述步骤的铝合金进行酸洗出光；

5)使用本发明所述化学转化处理液进行转化成膜处理；

6)最后将上述步骤的铝合金表面进行封孔处理；

7)用水冲洗铝合金，自然晾干。

具体而言，首先将预处理铝合金工件用自来水或蒸馏水清洗，以去除铝合金工件表面的尘埃附着物，之后将清洗后的铝合金工件进行化学除油，其次化学除油后水洗至中性，其中每升化学除油剂由1～5gNa₂SiO₃、20～30g Na₃PO₄、2～5g OP-10乳化剂配成，其除油温度控制在40～60℃之间，处理时间为2～7min；在本发明的一较佳实例中，为达到较好的除油效果，可配合使用超声波清洗机，进行表面脱脂清洗处理。

为进一步去除铝合金表面的脏污，彻底去除铝表面的自然氧化膜，以显露出纯净的金属基体，为随后生成的均匀致密氧化膜打下良好的基础表面，我们将上述工序得到的铝合金工件进行碱洗，即碱蚀工序。该工序中所需碱蚀溶液主要由质量浓度为30～60g/L的NaOH溶液组成，另配以质量浓度分别为5～20g/L、10～20g/L的Na₃PO₄溶液及Na₂CO₃溶液，铝合金工件在碱蚀溶液中的停留时间控制在1～4min之内，碱蚀溶液温度最好介于45～55℃之间。

铝合金工件经碱浸蚀后表面会残留有不溶于碱溶液的污灰，溶解碱浸蚀的表面污灰常采用酸性溶液，通过酸性除灰达到溶解污物使其恢复铝表面光泽。除灰溶液主要为硝酸、硝酸一氢氟酸或硫酸等至少一中溶液。在本发明的一较佳实施例中，酸洗溶液采用三酸混合溶液，所述混合溶液由H₃PO₄ 250mL/L、HNO₃ 50mL/L及H₂SO₄ 100mL/L配成，在酸洗过程中将混合酸液的温度加热至80℃，酸洗时间为1～3min，最后将铝合金工件用自来水或蒸馏水漂洗，直至除油干净，最后吹干备用。

清洗的铝合金工件浸入本发明的化学处理液中进行化学转成膜处理，该化学转化液成分及其含量为NaF 3.5～10.5g/L、K₂TiF₆ 1.0～4.0g/L、Na₂WO₄ 1.0～5.0g/L、5-磺基水杨酸1.5～5.0g/L及H₃PO₄ 10～50mL/L，其中H₃PO₄的加入将化学转化液的pH调整在2.00～4.00范围内。该溶液在使用时，其覆膜温度控制在30℃-50℃，与铝合金工件的接触时间为5～15min。请参阅图1a及图1b，为本发明化学转化膜在10μm倍数下扫描电子显微镜的检测图和本发明化学转化膜在1μm倍数下扫描电子显微镜的检测图；检测结果表明，经本发明化学转化液的处理铝合金表面可形成一层结构致密、膜层表面均一匀的氧化物薄膜。

请再参阅图1a及图1b，由于本发明化学转化液溶液一方面应具有氧化能力，能使铝表面产生氧化膜，另一方面也应具有使氧化膜部分溶解而产生针孔的作用，促进氧化膜成长和厚度增加，最终使铝合金表面的氧化膜具有多孔结构，为防止该氧化膜遭到污染并增强其抗腐蚀、耐磨等性能，需要将转化后的铝合金进行封孔处理。本发明所述封孔试剂采用质量浓度为10-20g/L的钼酸钠溶液，封孔时钼离子在水解的作用下渗入膜孔中，进而Mo^{3 +}、Mo⁴⁺或Mo⁵⁺与OH^-形成氢氧化物沉积，堵塞孔隙。请配合参阅图4a及图4b，检测结果表明，本发明化学转化膜经封孔处理后铝合金表面氧化膜未被腐蚀且封孔完全。

请参阅图2，为典型试样耐蚀性全浸腐蚀测试结果图。

实验一：将Alodine试样、本发明化学转化所的的转化试样及本发明化学转化后经封孔处理后的三种试样(以下简称Alodine试样、转化试样、转化+封孔试样)做单一变量试验，实验室测试温度为25℃，将其完全浸泡至3.5wt％NaCl水基溶液中，经48小时的浸泡后取出，通过测试其试样表面被腐蚀面积、试样腐蚀前后质量等参数，得到试样的腐蚀速率；请一并参阅表1典型试样硫酸铜点滴测试对比结果。

实验二：将表1中所述四种试样在室温下放置24h后进行点滴试验，测试时将点滴液用滴管滴加至试样表面预先用记号笔所画的圆圈内(d＝4mm)，同时启动秒表，记录液滴/试样界面首次出现红色腐蚀产物的时间t_D，所述点滴液包含组分及含量为：41g/L CuSO₄·5H₂O，35g/L NaCl，13mL/L HCl(0.1mol/L)。

上述两者实验结果表明，本发明所述的铝合金环保型化学转化处理技术所制备的转化+封孔试样的整体耐腐蚀性能较好，具备极佳的抗腐蚀性能。

表1 典型试样硫酸铜点滴测试对比结果。

同时请参阅图3及表2，分别为典型试样动电位极化曲线图和图3极化曲线电化学参数拟合结果，实验结果表明，本发明的铝合金环保型化学转化处理技术所制备的转化+封孔试样的自腐蚀电位最大，且其腐蚀速度最小，表明该试样具有较好的抗腐蚀性能，且在同等条件下该试样的腐蚀速率最低，被腐蚀的速度最慢。

表2 图3极化曲线电化学参数拟合结果。

Claims (2)

1.一种铝合金环保型化学转化处理方法，其特征在于，其制备化学转化膜的工艺步骤如下：

1)将铝合金表面经过除油、碱蚀、酸洗工序得到预处理铝合金；

2)将所述预处理铝合金表面进行化学转化成膜处理工序；

3)将上述步骤的铝合金表面进行封孔处理；

所述步骤1)中铝合金表面预处理的除油溶液包括如下组分及其含量：Na₂SiO₃ 1～5g/L、Na₃PO₄ 20～30g/L、OP-10 2～5g/L，除油温度控制在40～60℃之间，处理时间为2～7min，并在化学除油后水洗至中性；

所述步骤2)中化学转化成膜处理所需的化学转化处理液为如下组分及其含量：H₃PO₄溶液浓度为10～50mL/L、NaF 3.5～10.5g/L、K₂TiF₆1.0～4.0g/L、Na₂WO₄ 1.0～5.0g/L、5-磺基水杨酸1.5～5.0g/L，所述化学转化处理液的pH值为2.00～4.00之间，转化温度为30～50℃，铝合金化学转化处理时间为5～15min；

所述步骤3)中铝合金表面封孔处理所采用的溶液及其含量是钼酸钠10-20g/L，处理温度为40-70℃，封孔时间为10-60min。

2.如权利要求1所述的一种铝合金环保型化学转化处理方法，其特征在于，所述步骤1)中碱蚀处理的碱蚀溶液为：NaOH 30～60g/L、Na₃PO₄5～20g/L、Na₂CO₃ 10～20g/L，碱蚀温度为45～55℃，处理时间为1～4min；

所述酸洗出光采用的酸洗溶液为：H₃PO₄ 250mL/L、HNO₃ 50mL/L、H₂SO₄ 100mL/L，酸洗温度为80℃，时间为1～3min。

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