CN112391619A - 一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属表面涂装前处理领域，公开了一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂。在原有的氟锆酸‑水性聚丙烯酸树脂配方中加入硝酸锰、硝酸镁和单层氧化石墨烯。通过优化、改进现有的铝型材无铬钝化处理剂，在不对使用工艺进行改动的，不影响钝化膜其他性能的前提下，提高无铬钝化膜层的耐碱性腐蚀的能力，进而提高铝型材涂层破损处耐碱性腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于金属表面涂装前处理领域，本发明涉及一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂。
背景技术
铝合金型材在静电粉末涂装、氟碳漆喷涂、隔热绝缘涂料喷涂等涂装前，需要对型材工件表面进行钝化前处理。传统的铝型材的铬化工艺处理工作液中含有较高浓度的铬酸酐、重铬酸钾、重铬酸钠，等剧毒物质，所以有铬钝化工艺正逐步被新型的无铬钝化工艺取代。市场上销售的铝型材涂装前无铬钝化处理剂主要为锆钛-硅烷复合体系和锆钛-改性树脂复合体系，其中优异产品的各项性能可以满足《建议装饰用铝单板GB/T 23443-2009》和《铝合金建筑型材GB/T 5237-2017》中的关于涂装前处理的要求。但是仍然不能满足全部客户的需求，部分工件如铝模版和房屋建筑中初装铝型材门窗，由于其工作使用环境，需要考虑涂层破损、切口处的耐碱性腐蚀的性能，即无铬钝化膜层的耐碱性。由于现行的国标和行业标准对涂层破损处耐碱性腐蚀没有明确的要求，市场销售的无铬钝化处理剂均没有针对这一需求进行强化。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂，通过优化、改进现有的铝型材无铬钝化处理剂，在不对使用工艺进行改动的，不影响钝化膜其他性能的前提下，提高无铬钝化膜层的耐碱性腐蚀的能力，进而提高铝型材涂层破损处耐碱性腐蚀性能。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂；具体配方按质量比，如下所示：
上述一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂的制备工艺，具体步骤如下所示：
(1)在超声波清洗机中加入三分之一量的纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨烯。加入完毕后，采用超声波(20-40KHZ)对液体进行震荡分散，当底部无单层氧化石墨烯沉淀时，即得到单层氧化石墨烯分散液。
(2)在搅拌釜中加入三分之二量的纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸镁、硝酸、柠檬酸；待以上试剂完全分散溶解后，加入水性聚丙烯酸树脂，继续搅拌(转速36-45r/min)20min。最后将步骤(1)得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入到搅拌釜中，然后继续搅拌(转速36-45r/min)20min后，即得到无铬钝化处理剂。
制备得到的耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂的使用方法，具体如下所示：
无铬钝化处理剂与去离子水按1：30～1：45的体积比进行混合，并采用氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢铵的一种或几种对配置的混合液的pH进行调节，使其控制在2.5-3.5之间，即得到本发明的无铬钝化处理剂的工作液。铝合金型材工件经过酸性脱脂脱膜或碱性除油、水洗后即可采用无铬钝化处理剂的工作液进行处理(常温，喷淋或浸泡)1-3分钟，而后进行水洗、烘干或者直接烘干。本发明无铬钝化处理剂在使用过程中主要通过控制pH来调节无铬钝化处理剂的工作液。随着无铬钝化处理剂的工作液处理铝合金型材数量的增加，pH会逐渐上升。当pH升高至3.5以上时，会出现成膜不均匀或大面积无膜的情况，此时需要用本发明的无铬钝化处理剂对上述无铬钝化处理剂的工作液的pH进行调整，至2.5-3.5之间。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
对公司现有的无铬钝化产品BL-361X(符合《建议装饰用铝单板GB/T 23443-2009》和《铝合金建筑型材GB/T 5237-2017》相关要求)进行改进，在原有的氟锆酸-水性聚丙烯酸树脂配方中加入硝酸锰、硝酸镁和单层氧化石墨烯。当铝合金型材与本发明公开的无铬钝化剂工作液接触时，首先会发生析氢腐蚀，导致界面处工作液pH上升，随之氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸镁发生水解、沉积，在铝型材表面形成氢氧化锆、氟化锆、氟化锰、氟化镁、氢氧化锰、氢氧化镁、氢氧化铝和氟化铝的混合凝胶膜层，凝胶膜层中会包裹大量的聚丙烯酸树脂和单层氧化石墨烯。在脱水干燥过程中，氢氧化锆、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化锰中的-OH基团与聚丙烯酸树脂中的-COOH、单层氧化石墨烯中的-OH基团进行脱水缩合、固化，在铝合金型材表面型形成一层牢固的、致密的、相互渗透的、交联网状结构的无机-有机复合膜层。相较于不添加硝酸锰、硝酸镁和单层氧化石墨烯的无铬钝化剂(如本公司BL-361X)。该发明具有优势在于，由于锰、镁离子的存在，无铬钝化过程中在型材表面的形成的凝胶膜层厚度会有所增加，膜层中会包裹更多的聚丙烯酸树脂和单层氧化石墨烯，由于包裹了更多的聚丙烯酸树脂，铝型材表面干燥脱水后形成的复合膜层会更厚，在膜层中参杂进单层氧化石墨烯，可以有效降低膜层的孔隙率，提高膜层的耐腐蚀性能，二者相结合就可以在铝型材表面得到更好的耐碱性腐蚀性能的钝化膜层。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
实施例1
一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂；具体配方按质量比，如下所示：
(1)在超声波清洗机中加入三分之一量的纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨烯。加入完毕后，采用超声波(40KHZ)对液体进行震荡分散，当底部无单层氧化石墨烯沉淀时，即得到单层氧化石墨烯分散液。
(2)在搅拌釜中加入三分之二量的纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸镁、硝酸、柠檬酸；待以上试剂完全分散溶解后，加入水性聚丙烯酸树脂，继续搅拌(转速36r/min)20min。最后将步骤(1)得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入到搅拌釜中，然后继续搅拌(转速36r/min)20min后，即得到无铬钝化处理剂。
制备得到的耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂的使用方法，具体如下所示：
无铬钝化处理剂与去离子水按1：45的体积比进行混合，并采用氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢铵的一种或几种对配置的混合液的pH进行调节，使其控制在2.5-3.5之间，即得到本发明的无铬钝化处理剂的工作液。
实施例2
一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂；具体配方按质量比，如下所示：
(1)在超声波清洗机中加入三分之一量的纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨烯。加入完毕后，采用超声波(30KHZ)对液体进行震荡分散，当底部无单层氧化石墨烯沉淀时，即得到单层氧化石墨烯分散液。
(2)在搅拌釜中加入三分之二量的纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸镁、硝酸、柠檬酸；待以上试剂完全分散溶解后，加入水性聚丙烯酸树脂，继续搅拌(转速45r/min)20min。最后将步骤(1)得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入到搅拌釜中，然后继续搅拌(转速45r/min)20min后，即得到无铬钝化处理剂。
制备得到的耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂的使用方法，具体如下所示：
无铬钝化处理剂与去离子水按1：30的体积比进行混合，并采用氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢铵的一种或几种对配置的混合液的pH进行调节，使其控制在2.5-3.5之间，即得到本发明的无铬钝化处理剂的工作液。
实施例3
一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂；具体配方按质量比，如下所示：
(1)在超声波清洗机中加入三分之一量的纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨烯。加入完毕后，采用超声波(40KHZ)对液体进行震荡分散，当底部无单层氧化石墨烯沉淀时，即得到单层氧化石墨烯分散液。
(2)在搅拌釜中加入三分之二量的纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸镁、硝酸、柠檬酸；待以上试剂完全分散溶解后，加入水性聚丙烯酸树脂，继续搅拌(转速36r/min)20min。最后将步骤(1)得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入到搅拌釜中，然后继续搅拌(转速36r/min)20min后，即得到无铬钝化处理剂。
制备得到的耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂的使用方法，具体如下所示：
无铬钝化处理剂与去离子水按1：40的体积比进行混合，并采用氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢铵的一种或几种对配置的混合液的pH进行调节，使其控制在2.5-3.5之间，即得到本发明的无铬钝化处理剂的工作液。
采用本发明无铬钝化处理剂与市场销售的无铬钝化处理剂进行耐碱性腐蚀实验研究：
采用本发明的无铬钝化处理剂与市场销售的无铬钝化处理剂进行耐碱性腐蚀实验比较发现：本发明的无铬钝化处理剂大幅提高了铝型材涂层破损处耐碱性腐蚀性能。
耐碱性腐蚀实验方法：
采用6063型铝合金板，切割成15cm×7cm试片。采用各无铬钝化处理剂推荐工艺(例如BL-361X，按1.5％的质量浓度配制工作液，并采用中和剂调整工作液pH在2.5-3.5之间，试片在常温下，浸泡2-3分)对铝合金试片进行无铬钝化处理，然后彻底干燥。对试片表面进行静电粉末喷涂，每种无铬钝化产品的试片均分别喷涂三种粉末：透明粉末、亚光白色粉末、金属色粉末。用裁纸刀在试片一侧划10cm长度的竖直切口，另一侧划10cm长的交叉成60°的十字切口。将所有试片浸入40±2℃，pH＝12±0.2的氢氧化钠溶液中，保证所以试片不发生相互接触，并与氢氧化钠溶液充分接触，并且每24小时更换一次氢氧化钠溶液，并观察切口两侧的侵蚀距离并记录。
实验结果如下表1所示：
表1处理剂耐碱性腐蚀实验结果表
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂，其特征是，具体配方按质量比，如下所示：
2.如权利要求1所述的一种耐碱性腐蚀的铝合金型材涂装前无铬钝化处理剂的制备工艺，其特征是，具体步骤如下所示：
(1)在超声波清洗机中加入三分之一量的纯水，边搅拌边加入单层氧化石墨烯；加入完毕后，采用超声波20-40KHZ对液体进行震荡分散，当底部无单层氧化石墨烯沉淀时，即得到单层氧化石墨烯分散液；
(2)在搅拌釜中加入三分之二量的纯水，开启搅拌装置，依次加入氟锆酸、硝酸锆、硝酸锰、硝酸镁、硝酸、柠檬酸；待以上试剂完全分散溶解后，加入水性聚丙烯酸树脂，继续搅拌20min；最后将步骤(1)得到的单层氧化石墨烯分散液全部加入到搅拌釜中，然后继续搅拌20min后，即得到无铬钝化处理剂。
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