CN110129781B - 一种铝合金转化溶液及有色化学转化膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金转化溶液及有色化学转化膜的制备方法，本发明涉及铝合金表面化学转化液及膜层的制备方法。本发明是要解决现有的铝合金化学转化膜硬度低、颜色单一及转化溶液对人体和环境有害的技术问题。本发明的铝合金转化溶液是高锰酸钾、磷酸钠、硫酸钛和氯化铁的混合水溶液。有铝合金表面制备有色化学转化膜的方法：将铝合金用砂纸打磨，清洗后吹干；然后碱洗除油，再用磷酸溶液中浸泡活化，最后在铝合金转化溶液中浸泡，取出水洗，吹干，在铝合金表面得到有色化学转化膜。膜颜色呈棕红色或灰黑色，同时该膜层的硬度为620～640HV，具有优良的耐腐蚀性能，可用于铝合金的防护领域。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金表面化学转化膜层制备方法。
背景技术
铝合金具有很多优良的性能，在交通运输、机械、电子、建筑、航空航天等领域应用广泛。但是铝合金的自氧化膜层对金属基体的防护能力有限，易造成设备腐蚀失效。因此，通过表面处理提高铝合金表面的耐腐蚀性能具有重要意义。目前，铬酸盐化学转化处理是铝合金经济、有效的表面处理技术之一，但转化处理溶液中的六价铬有毒，对人体和环境危害巨大。另外，铝合金表面的铬酸盐转化膜层颜色单一，在有不同颜色需求的领域应用受限。因此，开发新型环保的无铬化学转化技术成为铝合金表面防护领域研究的热点问题。
在《山东化工》2015年第44卷第6期的文章《铝及铝合金化学氧化在航空结构材料中的应用》一文中公开了一种铝合金化学转化技术，其处理过程为：铝合金清洗、脱氧、转化处理。其中化学转化处理液由铬酐、四氟硼酸钾、氟化钠等组成，溶液pH值为1.3～1.8，处理时间1～4分钟。铝合金在该溶液中形成的转化膜具有较好的耐腐蚀性能。但是该工艺所使用的仍然是含有六价铬的溶液，膜层颜色也是普遍的铬酸盐处理后的淡黄色。
此外，铝合金化学转化处理后的膜层硬度一般在380～450HV，硬度普遍不高，在使用时不耐划擦。
发明内容
本发明是要解决现有的铝合金化学转化膜硬度低、颜色单一及转化溶液对人体和环境有害的技术问题，而提供一种铝合金转化溶液及铝合金表面有色化学转化膜的制备方法。
本发明的铝合金转化溶液是高锰酸钾、磷酸钠、硫酸钛和氯化铁的混合水溶液，其中高锰酸钾的浓度为1～20g/L，磷酸钠的浓度为1～30g/L，硫酸钛的浓度为3～15g/L，氯化铁的浓度为5～50g/L。
本发明的铝合金表面有色化学转化膜的制备方法，按以下步骤进行：
一、将铝合金用砂纸打磨，清洗后吹干，备用；
二、将乳化剂加入到碳酸钠溶液中混合均匀，得到碱洗除油液；将经步骤一处理的铝合金浸泡在碱洗除油液中保持20～30min；
三、将经步骤二处理后的铝合金浸入到浓度为10～20g/L的磷酸溶液中浸泡1～3min进行活化处理；
四、将经步骤三处理后的铝合金片放在温度为30～50℃的铝合金转化溶液中浸泡10～20min，取出水洗，吹干，在铝合金表面得到有色化学转化膜。
更进一步地，铝合金为ZL104或ZL103。
更进一步地，步骤一中的砂纸打磨是依次用400～500、800～900、1200～1500目的砂纸打磨。
更进一步地，乳化剂为乳化剂OP-10或乳化剂TX-10。
更进一步地，步骤二的碱洗除油液中碳酸钠的浓度为20～30g/L，乳化剂的浓度为3～5g/L。
本发明的铝合金化学转化溶液是用高锰酸钾、磷酸钠、硫酸钛和氯化铁配制而成的水溶液，环保用成本低，使用方法简单。铝合金在该溶液中处理后，其表面可形成致密、均匀、高硬度的有色膜层，当氯化铁的浓度小于20g/L，膜层呈棕红色，当氯化铁的浓度大于20g/L时，膜层呈灰黑色，同时该膜层的硬度为620～640HV，具有优良的耐腐蚀性能，该方法有助于拓展铝合金的应用范围。
附图说明
图1是实施例1制备的有色化学转化膜的照片；
图2是实施例1制备的棕红色化学转化膜的扫描电镜照片；
图3是实施例1制备的棕红色化学转化膜与未处理的ZL104铝合金片的极化曲线图；
图4是实施例1制备的棕红色化学转化膜的EDS谱图；
图5是实施例2制备的有色化学转化膜的照片；
图6是实施例2制备的灰黑色化学转化膜的扫描电镜照片；
图7是实施例2制备的灰黑色化学转化膜与未处理的ZL104铝合金片的极化曲线图；
图8是实施例2制备的灰黑色化学转化膜的EDS谱图。
具体实施方式
用下面的实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的铝合金表面有色化学转化膜的制备方法，按以下步骤进行：
一、将为ZL104铝合金片依次用400、800、1200目的砂纸打磨，清洗后吹干，备用；
二、将乳化剂OP-10加入到碳酸钠溶液中混合均匀，得到碱洗除油液；将经步骤一处理的铝合金浸泡在碱洗除油液中保持30min；其中碱洗除油液中碳酸钠的浓度为25g/L，乳化剂OP-10的浓度为4g/L；
三、将经步骤二处理后的铝合金浸入到浓度为15g/L的磷酸溶液中浸泡2min进行活化处理；
四、按高锰酸钾的浓度为10g/L、磷酸钠的浓度为20g/L、硫酸钛的浓度为10g/L、氯化铁的浓度为15g/L，将高锰酸钾、磷酸钠、硫酸钛和氯化铁加入到40℃水中混合均匀，得到铝合金转化溶液；将经步骤三处理后的铝合金片放在铝合金转化溶液中浸泡15min，取出后用水洗三次，吹干，在铝合金表面得到有色化学转化膜。
本实施例在铝合金表面得到有色化学转化膜的照片如图1所示，该化学转化膜的颜色为棕红色。该棕红色化学转化膜的扫描电镜照片如图2所示，从图2可以看出，有色化学转化膜表面致密、均匀。
本实施例制备的棕红色化学转化膜与未处理的ZL104铝合金片同时进行耐腐蚀试验，得到的极化曲线如图3所示，从图3可以看出，相比于未处理的ZL104铝合金片，本实施例制备的棕红色化学转化膜的腐蚀电流密度大幅减小，腐蚀电位也升高了大约0.1V，可见，表面具有棕红色化学转化膜的合金的耐腐蚀性能明显增强。
使用SEM-EDS分析了本实施例制备的棕红色化学转化膜的成分，得到的EDS如图4所示，从图4可以看出，棕红色化学转化膜的成分以Al和Mn的氧化物为主。
对本实施例制备的棕红色化学转化膜进行硬度测试，结果显示，棕红色化学转化膜的硬度达到了631HV。
实施例2：本实施例的铝合金表面有色化学转化膜的制备方法，按以下步骤进行：
一、将为ZL104铝合金片依次用400、800、1200目的砂纸打磨，清洗后吹干，备用；
二、将乳化剂OP-10加入到碳酸钠溶液中混合均匀，得到碱洗除油液；将经步骤一处理的铝合金浸泡在碱洗除油液中保持30min；其中碱洗除油液中碳酸钠的浓度为30g/L，乳化剂OP-10的浓度为4g/L；
三、将经步骤二处理后的铝合金浸入到浓度为20g/L的磷酸溶液中浸泡2min进行活化处理；
四、按高锰酸钾的浓度为18g/L、磷酸钠的浓度为10g/L、硫酸钛的浓度为15g/L、氯化铁的浓度为40g/L，将高锰酸钾、磷酸钠、硫酸钛和氯化铁加入到50℃水中混合均匀，得到铝合金转化溶液；将经步骤三处理后的铝合金片放在铝合金转化溶液中浸泡20min，取出后用水洗三次，吹干，在铝合金表面得到有色化学转化膜。
本实施例在铝合金表面得到有色化学转化膜的照片如图5所示，该化学转化膜的颜色为灰黑色。该灰黑色化学转化膜的扫描电镜照片如图6所示，从图6可以看出，有色化学转化膜表面致密、均匀。
本实施例制备的灰黑色化学转化膜与未处理的ZL104铝合金片同时进行耐腐蚀试验，得到的极化曲线如图7所示，从图7可以看出，相比于未处理的ZL104铝合金片，本实施例制备的灰黑色化学转化膜的腐蚀电流密度大幅减小，腐蚀电位也升高了大约0.1V，可见，表面具有灰黑色的化学转化膜的合金的耐腐蚀性能明显增强。
使用SEM-EDS分析了本实施例制备的灰黑色化学转化膜的成分，得到的EDS如图8所示，从图8可以看出，灰黑色化学转化膜的成分以Al和Mn的氧化物为主，还有少量的铁的氧化物。
对本实施例制备的灰黑色化学转化膜进行硬度测试，结果显示，灰黑色化学转化膜的硬度达到了628HV，硬度较高，可防止划痕划伤的产生。
Claims (5)
1.一种铝合金转化溶液，其特征在于该溶液是高锰酸钾、磷酸钠、硫酸钛和氯化铁的混合水溶液，其中高锰酸钾的浓度为1～20g/L，磷酸钠的浓度为1～30g/L，硫酸钛的浓度为3～15g/L，氯化铁的浓度为5～50g/L。
2.利用权利要求1的一种铝合金转化溶液在铝合金表面制备有色化学转化膜的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、将铝合金用砂纸打磨，清洗后吹干，备用；
二、将乳化剂加入到碳酸钠溶液中混合均匀，得到碱洗除油液；将经步骤一处理的铝合金浸泡在碱洗除油液中保持20～30min；
三、将经步骤二处理后的铝合金浸入到浓度为10～20g/L的磷酸溶液中浸泡1～3min进行活化处理；
四、将经步骤三处理后的铝合金片放在温度为30～50℃的铝合金转化溶液中浸泡10～20min，取出水洗，吹干，在铝合金表面得到有色化学转化膜。
3.根据权利要求2所述的铝合金表面有色化学转化膜的制备方法，其特征在于步骤一所述的铝合金为ZL104或ZL103。
4.根据权利要求2或3所述的铝合金表面有色化学转化膜的制备方法，其特征在于步骤一中的砂纸打磨是依次用400～500、800～900、1200～1500目的砂纸打磨。
5.根据权利要求2或3所述的铝合金表面有色化学转化膜的制备方法，其特征在于步骤二的碱洗除油液中碳酸钠的浓度为20～30g/L，乳化剂的浓度为3～5g/L。
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