CN113322455A - 一种用于铝硅合金表面黑色磷化的磷化试剂和磷化方法 - Google Patents

一种用于铝硅合金表面黑色磷化的磷化试剂和磷化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于铝硅合金表面黑色磷化的磷化试剂和磷化方法，所述的磷化方法，包括一个对铝硅合金的表面进行脱脂的步骤；一个对脱脂后的铝硅合金的表面进行漂洗的步骤；一个对漂洗后的铝硅合金的表面进行磷化的步骤；对磷化后的铝硅合金先采用水进行第一次漂洗；一个对磷化后的铝硅合金的表面进行封闭漂洗的步骤；烘干后的铝硅合金的表面即可得到黑色的磷化膜。本发明提供的一种磷化试剂由氟化物、缓冲液、成膜剂、促进剂、光亮剂和水组成。本发明还提供了上述磷化试剂的制备方法。本发明的铝磷化液不含锰、锌、镍等重金属离子，在磷化过程中不会产生磷化渣，磷化膜质量较高，且后续处理方便。

Description

一种用于铝硅合金表面黑色磷化的磷化试剂和磷化方法
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种合金的表面处理方法，具体来说是一种铝硅合金表面黑色磷化的磷化试剂和磷化方法。
背景技术
铝硅合金涂装前若未进行表面预处理，容易造成涂层脱落，从而造成2～5％的返工率。为了减少不合格率，增加涂层的结合力和储油能力，一般会进行金属表面预处理。
在相关技术中，常用的金属表面预处理的方法有锆化，硅烷偶联剂以及磷化等。这些处理各有各的优点，但是也都存在着一些弊端。
锆化处理可以常温使用，对后续涂装有很大的帮助，其存在的缺点包括锆化膜层过薄，膜层储油量较低，润滑度较差，作为最终保护涂层的效果较差，锆化膜呈现灰色，达不到客户一般需要的黑色；硅烷偶联剂作为绿色环保金属表面处理技术，近年来发展火热，但是其作为最终保护涂层也仍然有所欠缺，其价格较高且硅烷偶联剂种类繁多，不同种类的硅烷偶联剂理化性质差异很大，通用性较差，易失效，也达不到客户需要的黑色外观。因此磷化是较为常用的一种金属表面预处理技术。
磷化技术的目的是在金属表面形成一层多孔的磷化膜，进行储油，从而达到润滑的目的；形成的磷化膜可以起到防锈防腐的作用；提高后续涂层的结合力；可以达到客户所要求的黑色外观。
目前市售铝磷化药剂一般分为两种，锰系磷化和锌系磷化。工艺流程基本为：脱脂→水洗→酸洗出光→水洗→表面调整→磷化→漂洗→检测及后续处理。
a)锰系磷化
磷化液组成成分一般为：马日夫盐、硝酸锰、硝酸镍、氟硼酸盐、氟化物等。较为传统的锰系磷化体系使用较为普遍，但磷化液需加热至90℃左右使用，磷化渣多，维护麻烦，含有重金属离子，需要表面调整。
b)锌系磷化
磷化液组成成分一般为：氧化锌、硝酸、磷酸、硝酸镍、络合剂、氟化物等。可在较低温度下使用，但是锌系磷化液中含有重金属，且锌系磷化需要亚硝酸钠作为促进剂，磷化膜粗糙度Ra较大，维护复杂，同时会产生磷化渣。
目前针对相关技术中存在的含有锌、锰、镍等重金属，以及这些磷化液在使用时，普遍存在着残渣多、维护麻烦、环境污染严重、废液处理困难等问题，尚未提出良好的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于铝硅合金表面黑色磷化的磷化试剂和磷化方法，解决现有技术中的铝合金磷化液中含有重金属离子、不环保并且对人体有害的技术问题；同时要解决磷化过程中出现残渣、影响产品使用的技术问题；本发明的磷化膜粗糙度Ra＜0.6μm，表面平整。
第一方面，本发明提供了一种铝硅合金表面黑色磷化的方法，包括如下的步骤：
1)一个对铝硅合金的表面进行脱脂的步骤；
2)一个对脱脂后的铝硅合金的表面进行漂洗的步骤；
3)一个对漂洗后的铝硅合金的表面进行磷化的步骤，磷化前先配制磷化试剂，然后在一个容器中加入自来水和磷化试剂，所述的自来水和磷化试剂的质量比为7：1～5，搅拌均匀后形成磷化液，加热至75～90℃，将漂洗后的铝硅合金工件放入磷化液中进行振动处理，振动磷化时间为3～10min；
所述的磷化试剂，由氟化物、缓冲液、成膜剂、促进剂、光亮剂和水组成，各物质的质量百分比如下：
Figure BDA0003088866820000021
Figure BDA0003088866820000031
4)对步骤3)磷化后的铝硅合金先采用水进行第一次漂洗；
5)一个对磷化后的铝硅合金的表面进行封闭漂洗的步骤：封闭漂洗采用90～100℃的热水；
6)一个对步骤5)的铝硅合金进行烘干的步骤；烘干后的铝硅合金的表面即可得到黑色的磷化膜，可以起到提高涂层结合力和美观的作用。
具体的，脱脂是除去零件表面的固体颗粒、切削液等污染物。
具体的，封闭漂洗是为了提高磷化膜的耐蚀性和抗污染性。
第二方面，本发明还提供了一种磷化试剂，由氟化物、缓冲液、成膜剂、促进剂、光亮剂和水组成，各物质的质量百分比如下：
Figure BDA0003088866820000032
进一步的，所述的氟化物为氟硼酸钠或者氟化钠，氟硼酸钠或者氟化钠与Al生成中间产物，易于后续生成磷化膜。
进一步的，所述的缓冲液为硼酸-四硼酸钠缓冲溶液，作为磷化液的缓冲成分，硼酸-四硼酸钠的作用是保证磷化液的稳定，避免磷化液的酸度过低或过高。
进一步的，所述的成膜剂为磷酸、磷酸二氢钠或者磷酸二氢钾中的任意一种或者两种以上任意比例的组合，作为磷化液的成膜成分，可以形成磷化膜，覆盖在铝硅工件的表面。
进一步的，所述的促进剂为硝酸钾、硝酸钠、硝酸与氢氧化钾的混合液、硝酸和氢氧化钠的混合液中的任意一种，硝酸钾、硝酸钠加快磷化速度，提高磷化膜的生成速度，提高生产效率。其中硝酸与氢氧化钾的混合液反应生成硝酸钾起促进作用。硝酸和氢氧化钠的混合液反应生成硝酸钠起促进作用。
进一步的，所述的光亮剂为碳酸钙、碳酸镁的任意一种或者两种任意比例的组合，作为磷化液的光亮成分，可以提高磷化膜的光亮度。
本发明还提供了上述磷化试剂的制备方法，按照质量百分比称取各反应物质，先在一个容器中加入40～80％的90～100℃的热水，然后加入氟化物，溶解完全后再依次加入缓冲液、成膜剂、促进剂、光亮剂，搅拌10～30min，使各成分完全溶解且均匀，最终补充剩余的水量，搅拌均匀即得磷化液。
本发明的铝硅合金的磷化机理如下描述：
当工件与磷化液接触时，氟化物先将铝工件表面的氧化铝去除，然后表面为Al3+：
Al2O3+6H++12F-＝2[AlF6]3-+3H2O
工件表面露出铝后：
Al2O3+6H++12F-＝2[AlF6]3-+3H2O
2Al+6H++12F-＝2[AlF6]3-+3H2O
磷酸的多级分解：
H3PO4＝H2PO4 -(溶解)+H+
H2PO4 -＝HPO4 2-(微溶)+H+
HPO4 2-＝PO4 3-(不溶)+H+
此时F-浓度较高，在金属和磷化液界面的Al3+也相对较多，Al3+与二代磷酸根和三代磷酸根进行反应，生成磷化膜，即：
Al3++HPO4 2-＝Al2(HPO4)3↓
Al3++PO4 3-＝AlPO4↓
本发明和已有技术相比，其技术效果是积极和明显的。
1、解决了目前市面上铝磷化液中含有锌、锰、镍等重金属离子的问题，本发明是一款安全环保的铝磷化液，不会造成污染环境和对人体的健康产生威胁；
2、简化了铝硅合金磷化的工艺，目前市面上的铝硅合金磷化都需要在浸入磷化槽之前进行表面调整，即保证磷化膜均匀，本发明的铝磷化液不需要表面调整，即可得到均匀的磷化膜，且外观为黑色，是目前客户要求的磷化外观；
3、目前市面上的磷化液都会在磷化工件时，在磷化槽中产生残渣，影响磷化外观，且需要定期清理残渣，本发明的铝磷化液在磷化过程中不会产生磷化渣，磷化膜质量较高，且后续处理方便。
附图说明
图1为使用本发明的磷化液后，ADC12铝材料的未磷化(左边为未磷化的工件)和磷化后外观(右边为磷化后的工件)。
图2为铝硅合金使用本发明的磷化液进行磷化处理后的光学显微镜照片。
图3为目前锰系磷化外观、粗糙度和本发明磷化外观、粗糙度对比的照片(A为其他磷化外观，B为本发明磷化外观)。
图4为本发明磷化处理后的铝硅合金产品后续进行涂层表面处理后的照片。
图5为未磷化的工件(A)和本发明磷化后的工件(B)进行丝网印刷，然后进行结合力测试的图片。
图6是本发明的一种铝硅合金表面黑色磷化的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种铝硅合金表面黑色磷化的方法，包括如下的步骤：
1)一个对铝硅合金的表面进行脱脂的步骤；
2)一个对脱脂后的铝硅合金的表面进行漂洗的步骤；
3)一个对漂洗后的铝硅合金的表面进行磷化的步骤，磷化前先配制磷化试剂，在一个容器中加入60～80℃的500mL热水，溶解50g氟硼酸钠，溶解均匀后加入40g的硼酸和50g的四硼酸钠，再加入50g磷酸二氢钾，然后将30mL硝酸和30mL磷酸加入至以上溶解均匀的溶液中，在搅拌均匀的溶液中加入碳酸钙0.3g；最后补充30g氢氧化钠和100mL水分；将搅拌均匀的磷化试剂加入至铝硅合金的磷化槽中，同时加入水，磷化试剂与水的质量比为7：3，搅拌均匀形成磷化液，加热至80℃，对工件进行振动处理，振动磷化时间5min；
4)对步骤3)磷化后的铝硅合金先采用水进行第一次漂洗；
5)一个对磷化后的铝硅合金的表面进行封闭漂洗的步骤：封闭漂洗采用90～100℃的热水；
6)一个对步骤5)的铝硅合金进行烘干的步骤；烘干后的铝硅合金的表面即可得到黑色的磷化膜，可以起到提高涂层结合力和美观的作用。
具体的，脱脂是除去零件表面的固体颗粒、切削液等污染物。
具体的，封闭漂洗是为了提高磷化膜的耐蚀性和抗污染性。
本发明还提供了一种磷化试剂的制备方法：在一个容器中加入60～80℃的500mL热水，溶解50g氟硼酸钠，溶解均匀后加入40g的硼酸和50g的四硼酸钠，再加入50g磷酸二氢钾，然后将30mL硝酸和30mL磷酸加入至以上溶解均匀的溶液中，在搅拌均匀的溶液中加入碳酸钙0.3g，继续搅拌均匀；最后补充30g氢氧化钠和100mL水分；搅拌均匀得到磷化试剂。
实施例2
本发明提供了一种铝硅合金表面黑色磷化的方法，包括如下的步骤：
1)一个对铝硅合金的表面进行脱脂的步骤；
2)一个对脱脂后的铝硅合金的表面进行漂洗的步骤；
3)一个对漂洗后的铝硅合金的表面进行磷化的步骤，磷化前先配制磷化试剂，在一个容器中加入60～80℃的500mL热水，溶解30g氟化钠，溶解均匀后加入40g的硼酸和50g的四硼酸钠，再加入40g磷酸二氢钠，然后将30mL硝酸和30mL磷酸加入至以上溶解均匀的溶液中，在搅拌均匀的溶液中加入碳酸镁0.4g；最后补充30g氢氧化钠和100mL水分；将搅拌均匀的磷化试剂加入至铝硅合金的磷化槽中，同时加入水，磷化试剂与水的质量比为7：3，搅拌均匀形成磷化液，加热至80℃，对工件进行振动处理，振动磷化时间5min；
4)对步骤3)磷化后的铝硅合金先采用水进行第一次漂洗；
5)一个对磷化后的铝硅合金的表面进行封闭漂洗的步骤；封闭漂洗采用90～100℃的热水；
6)一个对步骤5)的铝硅合金进行烘干的步骤；烘干后的铝硅合金的表面即可得到黑色的磷化膜，可以起到提高涂层结合力和美观的作用。
具体的，脱脂是除去零件表面的固体颗粒、切削液等污染物。
具体的，封闭漂洗是为了提高磷化膜的耐蚀性和抗污染性。
本发明还提供了一种磷化试剂，在一个容器中加入60～80℃的500mL热水，溶解30g氟化钠，溶解均匀后加入40g的硼酸和50g的四硼酸钠，再加入40g磷酸二氢钠，然后将30mL硝酸和30mL磷酸加入至以上溶解均匀的溶液中，在搅拌均匀的溶液中加入碳酸镁0.4g；最后补充30g氢氧化钠和100mL水分；搅拌均匀得到磷化试剂。
实施例3
本发明提供了一种铝硅合金表面黑色磷化的方法，包括如下的步骤：
1)一个对铝硅合金的表面进行脱脂的步骤；
2)一个对脱脂后的铝硅合金的表面进行漂洗的步骤；
3)一个对漂洗后的铝硅合金的表面进行磷化的步骤，磷化前先配制磷化试剂，在一个容器中加入60～80℃的500mL热水，溶解30g氟化钠，溶解均匀后加入40g的硼酸和50g的四硼酸钠，再加入50g磷酸二氢钾，然后加入50g硝酸钠，搅拌均匀；再将30mL磷酸加入至以上溶解均匀的溶液中，在搅拌均匀的溶液中加入碳酸钙0.2g，碳酸镁0.4g；最后补充150mL水分；将搅拌均匀的磷化试剂加入至铝硅合金的磷化槽中，同时加入水，磷化试剂与水的质量比为7：3，搅拌均匀形成磷化液，加热至80℃，对工件进行振动处理，振动磷化时间5min；
4)对步骤3)磷化后的铝硅合金先采用水进行第一次漂洗；
5)一个对磷化后的铝硅合金的表面进行封闭漂洗的步骤；封闭漂洗采用90～100℃的热水；
6)一个对步骤5)的铝硅合金进行烘干的步骤；烘干后的铝硅合金的表面即可得到黑色的磷化膜，可以起到提高涂层结合力和美观的作用。
具体的，脱脂是除去零件表面的固体颗粒、切削液等污染物。
具体的，封闭漂洗是为了提高磷化膜的耐蚀性和抗污染性。
本发明还提供了磷化试剂，在一个容器中加入60～80℃的500mL热水，溶解30g氟化钠，溶解均匀后加入40g的硼酸和50g的四硼酸钠，再加入50g磷酸二氢钾，然后加入50g硝酸钠，在搅拌均匀的溶液中加入碳酸钙0.2g，碳酸镁0.4g；再将30mL磷酸加入至以上溶解均匀的溶液中，搅拌均匀；最后补充150mL水分；搅拌均匀得到磷化试剂。
本发明和已有技术相比，具有如下的优点：
1.没有重金属。
2.不需要表面调整。
3.没有磷化渣，后续磷化废液不需要进行除渣处理，仅使用碱性水对磷化液进行中和即可，方便废液处理。
4.均匀：有光学显微镜的图片(放大500倍)，见图1、2，与其他磷化液磷化外观对比见图3；(采用实施例3的产品方法进行试验)。
5.磷化膜质量较高：后续进行涂层表面处理后，因为磷化后的工件表面形成一层多孔的、均匀平整的黑色磷化膜，增加铝硅合金工件表面的粗糙度，从而提高涂层结合力，使涂层不容易脱落。本发明磷化后，进行涂层处理的工件照片见图4；未磷化的工件和使用本发明的磷化液磷化后的工件进行丝网印刷，结合力测试的图片见图5；(采用实施例3的产品方法进行试验)。

Claims (3)

1.一种铝硅合金表面黑色磷化的方法，其特征在于包括如下的步骤：
1)一个对铝硅合金的表面进行脱脂的步骤；
2)一个对脱脂后的铝硅合金的表面进行漂洗的步骤；
3)一个对漂洗后的铝硅合金的表面进行磷化的步骤，磷化前先配制磷化试剂，然后在一个容器中加入自来水和磷化试剂，所述的自来水和磷化试剂的质量比为7：1～5，搅拌均匀后形成磷化液，加热至75～90℃，将漂洗后的铝硅合金工件放入磷化液中进行振动处理，振动磷化时间为3～10min；
所述的磷化试剂由氟化物、缓冲液、成膜剂、促进剂、光亮剂和水组成，各物质的质量百分比如下：
Figure FDA0003088866810000011
所述的氟化物为氟硼酸钠或者氟化钠；
所述的缓冲液为硼酸-四硼酸钠缓冲溶液；
所述的成膜剂为磷酸、磷酸二氢钠或者磷酸二氢钾中的任意一种或者两种以上任意比例的组合；
所述的促进剂为硝酸钾、硝酸钠、硝酸与氢氧化钾的混合液、硝酸和氢氧化钠的混合液中的任意一种；
所述的光亮剂为碳酸钙、碳酸镁的任意一种或者两种任意比例的组合。
4)对步骤3)磷化后的铝硅合金先采用水进行第一次漂洗；
5)一个对磷化后的铝硅合金的表面进行封闭漂洗的步骤：封闭漂洗采用90～100℃的热水；
6)一个对步骤5)的铝硅合金进行烘干的步骤；烘干后的铝硅合金的表面即可得到黑色的磷化膜。
2.一种磷化试剂，其特征在于：由氟化物、缓冲液、成膜剂、促进剂、光亮剂和水组成，各物质的质量百分比如下：
Figure FDA0003088866810000021
所述的氟化物为氟硼酸钠或者氟化钠；
所述的缓冲液为硼酸-四硼酸钠缓冲溶液；
所述的成膜剂为磷酸、磷酸二氢钠或者磷酸二氢钾中的任意一种或者两种以上任意比例的组合；
所述的促进剂为硝酸钾、硝酸钠、硝酸与氢氧化钾的混合液、硝酸和氢氧化钠的混合液中的任意一种；
所述的光亮剂为碳酸钙、碳酸镁的任意一种或者两种任意比例的组合。
3.权利要求2所述的一种磷化试剂的制备方法：其特征在于：按照质量百分比称取各反应物质，先在一个容器中加入40～80％的90～100℃的热水，然后加入氟化物，溶解完全后再依次加入缓冲液、成膜剂、促进剂、光亮剂，搅拌10～30min，使各成分完全溶解均匀。最终补充剩余的水量，搅拌均匀即得磷化试剂。
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