CN110670058A - 一种无铬钝化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种无铬钝化剂，其包括稀土金属盐A、缓蚀剂、稀土金属盐B、金属盐、水性丙烯酸树脂、成膜助剂A、络合剂、成膜助剂B、纤维素醚和去离子水。本发明具有更强的抗腐蚀性能，其通过加强钝化膜的性能来增强基材的耐腐蚀性能，使其实现能有效地延长基材的耐盐雾测试时间，其的盐雾测试时间能延长到72‑168小时之间。另，由本发明制得的药剂不挥发、不含任何有毒物质、不含重金属、不含有机污染物和无刺激性气味，其对人体无伤害，对环境的排放无污染，且其使用消耗量少，其实现能节约药剂的使用量的同时，还实现了能有效地改善操作员工的工作环境和符合了欧盟WEEE&RoHS的指令要求，并能使用不锈钢和PVC等材质的容器来盛放，使用更加方便。

Description

一种无铬钝化剂
技术领域
本发明涉及应用于铝合金的表面钝化领域，尤其涉及一种无铬钝化剂。
背景技术
铝合金是目前应用最多的合金，其具有密度小和同等体积下质量更小的优点，但其强度较高，其的强度接近甚至超过钢材；其次 ，铝合金的可塑性强，制造的零件精密度高，并且具有优良的导热性与导电性。在不同机械性能与物理性能的要求下，可根据要求引入不同种类的元素，以满足生产需求。所以说，随着科技水平与生产条件的不断提升，铝合金的应用将会更加广泛。
在传统的铝合金钝化工艺中，一般都采用铬-酸体系对铝合金进行钝化处理，但由于环保日益严苛，铬-酸体系已被逐渐淘汰，目前应用最多的是氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系，但这两种体系稳定性欠佳，工作液易产生不溶性的悬浮物，影响钝化膜的形成，导致基材的耐腐蚀性能参差不齐和耐腐蚀性能差，采用目前的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系对铝合金进行铬化处理的盐雾测试时间仅在48-120小时，且其每半个月就需要更换槽液，导致槽液比较浪费和使用成本比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无铬钝化剂，其能使铝合金表面形成一道抗腐蚀能力强、与涂层附着力良好的钝化膜层，采用本发明处理后的铝合金的盐雾时间能够达到72小时以上，其最高的盐雾时间能够达到168小时以上，且其具有不挥发、不含任何有毒物质、不含重金属、不含有机污染物和无刺激性气味的优点，并对人体无伤害、对环境的排放无污染、使用消耗量少和实现能节约药剂的使用量，同时，其还实现了能有效地改善操作员工的工作环境，且其符合欧盟WEEE&RoHS的指令要求，使其实现能使用不锈钢和PVC等材质的容器来盛放，使用更加方便。本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种无铬钝化剂，由下列重量比例成份组成：稀土金属盐A：8.0-10.0%、缓蚀剂：5.0-7.5%、稀土金属盐B：3.1-5.6%、金属盐：3.1-4.5%、水性丙烯酸树脂：2.5-3.0%、成膜助剂A：1.1-1.5%、络合剂：0.5-0.6%、成膜助剂B：0.3-0.7%、纤维素醚：0.1-0.2%和去离子水：66.4-76.3%。
作为优选，所述稀土金属盐A为氯化镧（
Figure 215466DEST_PATH_IMAGE001
）七水合物。
作为优选，所述缓蚀剂为没食子酸。
作为优选，所述稀土金属盐B为氯化铈。
作为优选，所述金属盐为硝酸钴。
作为优选，所述成膜助剂A为氟锆酸。
作为优选，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
作为优选，所述成膜助剂B为单宁酸。
作为优选，所述纤维素醚为羟甲基纤维素。
在其中一实施例中，本发明还提供一种无铬钝化剂的制作方法：步骤一：首先将3/5上述重量比的去离子水倒入反应桶内，然后，依次加入氯化镧（
Figure 896721DEST_PATH_IMAGE002
）七水合物、氯化铈和硝酸钴后进行搅拌，其搅拌速度控制为45转/min，直至将氯化镧（
Figure 676458DEST_PATH_IMAGE002
）七水合物、氯化铈和硝酸钴搅拌至完全溶解为止。
步骤二：往反应桶内加入氟锆酸，其搅拌速度控制为32转/min，接着，依次往反应桶内加入没食子酸和单宁酸，直至氟锆酸、没食子酸和单宁酸均搅拌至完全溶解得到混合液；当反应桶内的混合液变清亮时，再将余下的2/5的去离子水加入反应桶内。
步骤三：往反应桶内的混合液加入水性丙烯酸树脂，其搅拌速度控制为70转/min，直至将水性丙烯酸树脂搅拌至完全溶解为止。
步骤四：往反应桶内的混合液加入乙二胺四乙酸二钠，搅拌速度控制为70转/min，直至将乙二胺四乙酸二钠搅拌至完全溶解为止。
步骤五：往反应桶内的混合液加入羟甲基纤维素，其搅拌速度控制为80-100转/min，搅拌时间为30分钟，使其充分反应后便制成无铬钝化剂。
步骤一至步骤五的投料顺序与搅拌速度的设计能有效地确保了铝合金的表面的钝化膜的形成速度快和形成效果好，以解决了目前的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系因稳定性欠佳而影响钝化膜的形成和导致基材的耐腐蚀性能差的问题。
在另一实施例中，本发明还提供一种无铬钝化剂的使用方法为：步骤A：首先将水倒入到浸泡槽中，然后开启循环系统，接着，将采用本发明的无铬钝化剂的制作方法制得的无铬钝化剂投入到浸泡槽内，搅拌均匀后再加入余量水便制得无铬钝化剂工作液，加入的无铬钝化剂的用量与加入的水的用量为1:30。
步骤B：将表面洁净的待处理铝合金工件完全浸没于无铬钝化剂工作液中，浸泡时间为3-5min，温度为常温，当铝合金工件浸泡完毕后，再对铝合金工件进行水洗，水洗时间为1-2min，水洗温度为常温。
步骤C：每处理200-250m2的铝合金工件时需要往浸泡槽内补加无铬钝化剂，补加的无铬钝化剂的用量是无铬钝化剂工作液的用量的0.1%-0.3%；当浸泡槽的混合液变浑浊或产生沉淀时，则应更换无铬钝化剂的工作液。
本发明的无铬钝化剂，其包括稀土金属盐A、缓蚀剂、稀土金属盐B、金属盐、水性丙烯酸树脂、成膜助剂A、络合剂、成膜助剂B、纤维素醚和去离子水。本发明在氟锆酸盐体系的基础上通过引入了稀土元素，即氯化镧（
Figure 221401DEST_PATH_IMAGE001
）七水合物和氯化铈，稀土元素的氯化物能够在铝合金表面形成一道金黄色的转化膜，由于稀土元素与氟锆酸盐体系形成氧化膜的性能要优于单一氟锆酸体系，使其具有更强的抗腐蚀性能，其通过加强钝化膜的性能来增强基材的耐腐蚀性能，使其实现能有效地延长基材的耐盐雾测试时间，采用本发明的配方与重量比制作出来的无铬钝化剂，其的盐雾测试时间不但能延长到72-168小时之间，即其具有优异的耐腐蚀性能。另，由本发明制得的药剂不挥发、不含任何有毒物质、不含重金属、不含有机污染物和无刺激性气味，其对人体无伤害，对环境的排放无污染，且其使用消耗量少，其实现能节约药剂的使用量的同时，还实现了能有效地改善操作员工的工作环境和符合了欧盟WEEE&RoHS的指令要求，其成本低，并能使用不锈钢和PVC等材质的容器来盛放，使用更加方便、快捷，实用性强。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
一种无铬钝化剂，由下列重量比例成份组成：稀土金属盐A：8.5%、缓蚀剂：6%、稀土金属盐B：3.5%、金属盐：3.5%、水性丙烯酸树脂：2.6%、成膜助剂A：1.2%、络合剂：0.55%、成膜助剂B：0.4%、纤维素醚：0.15%和去离子水：73.6%。
其中，所述稀土金属盐A为氯化镧（）七水合物。
其中，所述缓蚀剂为没食子酸。
其中，所述稀土金属盐B为氯化铈。
其中，所述金属盐为硝酸钴。
其中，所述成膜助剂A为氟锆酸。
其中，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
其中，所述成膜助剂B为单宁酸。
其中，所述纤维素醚为羟甲基纤维素。
实施例2：
一种无铬钝化剂，由下列重量比例成份组成：稀土金属盐A：9%、缓蚀剂：7%、稀土金属盐B：4%、金属盐：4%、水性丙烯酸树脂：2.8%、成膜助剂A：1.4%、络合剂：0.5%、成膜助剂B：0.5%、纤维素醚：0.18%和去离子水：70.62%。
其中，所述稀土金属盐A为氯化镧（
Figure 451712DEST_PATH_IMAGE001
）七水合物。
其中，所述缓蚀剂为没食子酸。
其中，所述稀土金属盐B为氯化铈。
其中，所述金属盐为硝酸钴。
其中，所述成膜助剂A为氟锆酸。
其中，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
其中，所述成膜助剂B为单宁酸。
其中，所述纤维素醚为羟甲基纤维素。
实施例3：
一种无铬钝化剂，由下列重量比例成份组成：稀土金属盐A：10%、缓蚀剂：5.5%、稀土金属盐B：5%、金属盐：4.5%、水性丙烯酸树脂：3%、成膜助剂A：1.5%、络合剂：0.6%、成膜助剂B：0.6%、纤维素醚：0.2%和去离子水：69.1%。
其中，所述稀土金属盐A为氯化镧（
Figure 718745DEST_PATH_IMAGE001
）七水合物。
其中，所述缓蚀剂为没食子酸。
其中，所述稀土金属盐B为氯化铈。
其中，所述金属盐为硝酸钴。
其中，所述成膜助剂A为氟锆酸。
其中，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
其中，所述成膜助剂B为单宁酸。
其中，所述纤维素醚为羟甲基纤维素。
在其中一实施例中，该无铬钝化剂主要是应用于铝合金表面钝化，以达到加强基材的防腐蚀性能及增加基材与涂层间的附着力；其加入的稀土元素（氯化镧七水合物与氯化铈）能够在铝合金表面形成一道化学转化膜，再通过在组份当中添加入成膜助剂A和成膜助剂B（氟锆酸与单宁酸）来提高其的成膜速度，以有效地减少钝化的时间和降低温度；其又通过添加入硝酸钴，硝酸钴能够与溶液钝化液中的氯化镧和氯化铈构成三元钝化体系，以实现能进一步提高钝化膜层的防腐蚀性能；其又通过添加入没食子酸，没食子酸在钝化体系中充当缓蚀剂，其用于防止工件在酸性的钝化液中产生过度腐蚀的现象，避免影响钝化效果；其还通过在组份当中添加入乙二胺四乙酸二钠，乙二胺四乙酸二钠的主要作用是防止络合钝化液中游离的铝镁离子对钝化膜造成干扰；采用本发明制得的无铬钝化液处理后的铝合金能在其表面形成双层膜结构，其内层为稀土元素-氟锆酸体系的钝化膜，外层则为水性丙烯酸树脂膜层，其外层膜能够进一步增强工件的防腐蚀性能，使其得以能有效地提高中性盐雾测试的时间；其又通过添加入羟甲基纤维素，羟甲基纤维素在钝化液中起作稳定剂和分散剂的作用，使得钝化液中的水性丙烯酸树脂不易沉降析出，以解决目前的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系因稳定性不好而导致工作液易产生不溶性的悬浮物的问题。
在其中一实施例中，将实施例1-3的配方和重量比分别采用本发明的无铬钝化剂的制备方法制作无铬钝化剂，其的制作方法为：步骤一：首先将3/5上述重量比的去离子水倒入反应桶内，然后，依次加入氯化镧（
Figure 681759DEST_PATH_IMAGE001
）七水合物、氯化铈和硝酸钴后进行搅拌，其搅拌速度控制为45转/min，直至将氯化镧（
Figure 350638DEST_PATH_IMAGE001
）七水合物、氯化铈和硝酸钴搅拌至完全溶解为止。
步骤二：往反应桶内加入氟锆酸，其搅拌速度控制为32转/min，接着，依次往反应桶内加入没食子酸和单宁酸，直至氟锆酸、没食子酸和单宁酸均搅拌至完全溶解得到混合液；当反应桶内的混合液变清亮后，再将余下的2/5的去离子水加入反应桶内。
步骤三：往反应桶内的混合液加入水性丙烯酸树脂，其搅拌速度控制为70转/min，直至将水性丙烯酸树脂搅拌至完全溶解为止。
步骤四：往反应桶内的混合液加入乙二胺四乙酸二钠，搅拌速度控制为70转/min，直至将乙二胺四乙酸二钠搅拌至完全溶解为止。
步骤五：往反应桶内的混合液加入羟甲基纤维素，其搅拌速度控制为80-100转/min，搅拌时间为30分钟，使其充分反应后便制成无铬钝化剂。
在其中一实施例中，将实施例1-3的配方和重量比制成的无铬钝化剂分别采用本发明的使用方法制作无铬钝化剂工作液，其的工作液的使用方法为：步骤A：首先将水倒入到浸泡槽中，然后开启循环系统，接着，将采用本发明的无铬钝化剂的制作方法制得的无铬钝化剂投入到浸泡槽内，搅拌均匀后再加入余量水便制得无铬钝化剂工作液，加入的无铬钝化剂的用量与所有加入的水的用量为1:30。
步骤B：将表面洁净的待处理铝合金工件完全浸没于无铬钝化剂工作液中，浸泡时间为3-5min，温度为常温，当铝合金工件浸泡完毕后，再对铝合金工件进行水洗，水洗时间为1-2min，水洗温度为常温。
步骤C：每处理200-250m2铝合金工件时需要往浸泡槽内补加无铬钝化剂，补加的无铬钝化剂的用量是无铬钝化剂工作液的用量的0.1%-0.3%；当浸泡槽的混合液变浑浊或产生沉淀时，则应更换无铬钝化剂的工作液。
将采用实施例1-3的配方、重量比与采用本发明的制备方法和使用方法制得的无铬钝化剂工作液与目前常用的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系分别对四块相同的铝合金进行钝化处理，其的各项性能测试结果如下表：
Figure 540611DEST_PATH_IMAGE003
从上表的数据可以看出，采用本发明制得的无铬钝化剂对铝合金进行钝化处理后，其的盐雾测试时间在72-168小时之间，其最高的盐雾测试时间能达到168小时，其与目前常用的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系来对铝合金进行钝化处理后的盐雾测试时间最高仅在120小时相比较，其的盐雾测试时间得到了显著的提高，即其的耐腐蚀性能得到大大延长；且采用本发明制作出来的无铬钝化剂更换槽液的时间为一个月一次，其与目前的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系每半个月就需要更换槽液相比较，其更换槽液的时间也得到大大延长，另，采用相同剂量的本发明的无铬钝化剂与采用相同剂量的目前的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系的处理平方数进行测试对比，本发明的无铬钝化剂能处理的平方数为200-250m2，而目前的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系仅能处理的平方数为150-200m2，即本发明既能延长更换槽液的时间，又能加大其处理的平方数，使其实现能降低无铬钝化剂的使用剂量和降低无铬钝化剂的使用成本，且采用本发明制作出来的无铬钝化剂十分稳定，其不含有不溶性的悬浮物，其与目前的氟锆酸盐体系或氟钛酸盐体系不稳定性及其含有不溶性的悬浮物相比较，本发明不会影响钝化膜的形成，使得铝合金表面能形成一道抗腐蚀能力强、与涂层附着力良好的钝化膜层。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无铬钝化剂，其特征在于：由下列重量比例成份组成：稀土金属盐A：8.0-10.0%、缓蚀剂：5.0-7.5%、稀土金属盐B：3.1-5.6%、金属盐：3.1-4.5%、水性丙烯酸树脂：2.5-3.0%、成膜助剂A：1.1-1.5%、络合剂：0.5-0.6%、成膜助剂B：0.3-0.7%、纤维素醚：0.1-0.2%和去离子水：66.4-76.3%。
2.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂，其特征在于：所述稀土金属盐A为氯化镧（）七水合物。
3.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂，其特征在于：所述缓蚀剂为没食子酸。
4.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂，其特征在于：所述稀土金属盐B为氯化铈。
5.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂，其特征在于：所述金属盐为硝酸钴。
6.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂，其特征在于：所述成膜助剂A为氟锆酸。
7.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂，其特征在于：所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
8.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂，其特征在于：所述成膜助剂B为单宁酸。
9.根据权利要求1所述的一种无铬钝化剂，其特征在于：所述纤维素醚为羟甲基纤维素。
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