CN114351156A

CN114351156A - 一种除灰剂及其应用

Info

Publication number: CN114351156A
Application number: CN202111477255.3A
Authority: CN
Inventors: 罗跃鹏; 丁小理; 董晓岩; 李建湘; 李信
Original assignee: Guangdong Hoshion Industrial Aluminium Co ltd
Current assignee: Guangdong Hoshion Industrial Aluminium Co ltd
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2041-12-06
Also published as: CN114351156B

Abstract

本发明公开了一种除灰剂及其应用。一种除灰剂，制备原料包括：氧化剂、缓蚀剂、稳定剂、去渍剂和混凝洗涤剂；所述氧化剂包括过硫酸盐、高价金属盐和双氧水；所述混凝洗涤剂包括聚合硫酸铁和有机絮凝剂。本发明的除灰剂，通过各成分、添加量之间的协同作用，能够具有良好的中和、洁净、除灰作用，同时其中不含有硝酸等对环境污染严重的成分。

Description

一种除灰剂及其应用

技术领域

本发明属于铝及其合金表面处理技术领域，具体涉及一种除灰剂及其应用。

背景技术

铝(合金)是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。但是铝(合金)在硬度、耐磨性和耐蚀性等表面性能方面存在弱点。

为了一定程度上克服上述缺点，工业上通常采用表面处理技术；同时表面处理技术还可提高铝(合金)的表面装饰性、保护性；铝(合金)阳极氧化是应用最广泛与最成功的表面处理技术之一，常规流程包括依次进行的以下步骤：表面机械处理、化学预处理、硫酸阳极氧化与染色和封孔；其中，化学预处理又包括依次进行的脱脂、碱洗与(电)化学抛光和除灰。其中，除灰是除去碱洗后附着在铝材表面上的灰褐色的灰状物，亦称出光或中和。

工业上，一般采用硝酸溶液除灰，因为硝酸具有强氧化性和溶解性，能去除碱蚀后残留在铝(合金)表面的，由各种金属间化合物颗粒形成的灰状物，并几乎不损伤铝(合金)基体，同时还可使铝(合金)表面形成一层保护性钝化膜，但硝酸溶液对环境的危害比较大。此外，硫酸溶液也可起中和作用达到除灰目的，但其去灰效果不太理想，也没有钝化保护作用，最重要的是，强酸性对环境也非常不利。

综上，现有的针对铝(合金)的除灰剂，对环境的危害较为严重。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种除灰剂，通过各成分、添加量之间的协同作用，能够具有良好的中和、洁净、除灰作用，同时其中不含有硝酸等对环境污染严重的成分。

本发明的第一个方面，提供了一种除灰剂，制备原料包括：氧化剂、缓蚀剂、稳定剂、去渍剂、混凝洗涤剂和硫酸阳极氧化废液；

所述氧化剂包括过硫酸盐、高价金属盐和双氧水；

所述混凝洗涤剂包括聚合硫酸铁和有机絮凝剂。

根据本发明的第一个方面，在本发明的一些实施方式中，所述除灰剂至少具有以下有益效果：

本发明中，所述氧化剂可以氧化、溶解去除铝基金属表面附着的灰状物；同时可以起到与传统除灰剂中硝酸类似的作用：在铝基金属表面形成一层致密的氧化铝膜，保护所述铝基金属；

所述稳定剂主要用于提高所述氧化剂的稳定性，使所述除灰剂的的强氧化性相对稳定；

所述去渍剂可提高铝基材料表面污物脱离表面的速度和去污能力；

所述混凝洗涤剂可使脱离铝基材料表面的污物快速絮凝沉降，避免再次粘附在铝基材料表面，此外，所述混凝洗涤剂也可以促进污物脱离铝基材料表面；

所述硫酸阳极氧化废液是铝合金阳极氧化后废弃的电解液，其中含有一定量的硫酸，作用是为所述除灰剂提供酸性环境；

本发明提供的除灰剂中梯次利用了硫酸阳极氧化废液，因此可在保证去灰效果的同时，降低成本(无需额外添加酸类物质)、降低所述除灰剂对环境的影响。

本发明提供的除灰剂，在除灰过程中，可以生成硫酸铝，所述硫酸铝也具有所述混凝洗涤剂的作用，可进一步促进除灰过程。

综上，本发明中各成分相互配合，在不额外添加强酸(硝酸)的前提下，也可以满足铝基材料表面除灰的能力，因此降低了所述除灰剂对环境的污染。

在本发明的一些实施方式中，所述过硫酸盐包括过硫酸钠和过硫酸钾中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述高价金属盐包括高铁酸盐和高锰酸盐中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述高铁酸盐包括高铁酸钾和高铁酸钠中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述高锰酸盐包括高锰酸钠和高锰酸钾中的至少一种。

在所述除灰剂中，所述过硫酸盐是主氧化剂；

所述高价金属盐可增强所述除灰剂的氧化性，进而增强所述过硫酸盐的作用；

所述双氧水除具有增强氧化性的作用外，还兼具抑制过硫酸盐分解的作用，进而保证所述除灰剂氧化作用的稳定性。

在本发明的一些实施方式中，每1L所述除灰剂中含有10-280g所述氧化剂。

在本发明的一些实施方式中，每1L所述除灰剂中含有2-20g所述高价金属盐。

在本发明的一些实施方式中，每1L所述除灰剂中含有5-10g所述高价金属盐。

在本发明的一些实施方式中，每1L所述除灰剂中含有2～20g所述双氧水。

在本发明的一些实施方式中，在所述除灰剂中，所述双氧水的浓度按30wt％的双氧水母液计，具体举例如下：在所述除灰剂中，双氧水的浓度为10g/L，则表示1L双氧水中含有10g浓度为30wt％的双氧水母液。

在本发明的一些实施方式中，所述缓蚀剂包括苯甲酸和钼酸铵中的至少一种。

所述缓蚀剂可以抑制所述除灰剂，尤其是其中的酸性环境对铝基材料的腐蚀。

在本发明的一些实施方式中，每1L所述除灰剂中含有2-20g所述缓蚀剂。

在本发明的一些优选的实施方式中，每1L所述除灰剂中含有5～10g所述缓蚀剂。

在本发明的一些实施方式中，所述稳定剂包括聚丙烯酸胺、丁醇和脂肪酸钠中的至少一种。

所述稳定剂具有稳定作用的主要原因是可以抑制所述高价金属盐的分解。

在本发明的一些实施方式中，每1L所述除灰剂中含有0.5-8g所述稳定剂。

在本发明的一些实施方式中，所述去渍剂包括柠檬酸、草酸、双氧水和醋酸中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，每1L所述除灰剂中含有5-20g所述去渍剂。

在本发明的一些优选的实施方式中，每1L所述除灰剂中含有10-15g所述去渍剂。

在本发明的一些实施方式中，所述有机絮凝剂包括苯乙烯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇烷氧基醚中的至少一种。

在本发明的一些优选的实施方式中，每1L所述除灰剂中含有0.5-50g所述混凝洗涤剂。

在本发明的一些优选的实施方式中，每1L所述除灰剂中含有0.5-5g所述有机絮凝剂。

在本发明的一些优选的实施方式中，每1L所述除灰剂中含有1-3g所述有机絮凝剂。

在本发明的一些实施方式中，每1L所述除灰剂中含有5-50g所述聚合硫酸铁。

在本发明的一些优选的实施方式中，每1L所述除灰剂中含有20-30g所述聚合硫酸铁。

在本发明的一些实施方式中，所述除灰剂中硫酸的浓度为150g/l～300g/L。

在本发明的一些实施方式中，若所述硫酸阳极氧化废液不足以为所述除灰剂提供浓度为150g/l的硫酸，所述除灰剂的制备原料还包括硫酸。

在本发明的一些实施方式中，若所述硫酸阳极氧化废液为所述除灰剂提供浓度超过300g/的硫酸，则所述除灰剂的制备原料还包括水。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述除灰剂由以下制备原料制备而成：

氧化剂、缓蚀剂、稳定剂、去渍剂、混凝洗涤剂和以及硫酸阳极氧化废液。

在本发明的一些进一步优选的实施方式中，按每1L所述除灰剂中的各制备原料的质量计，所述除灰剂由以下制备原料制备而成：

氧化剂：过硫酸钠10-60g、双氧水(30％)：2～20g、高铁酸钠2-20g；

缓蚀剂：苯甲酸2-20g；

稳定剂：聚丙烯酸胺0.5-8g；

去渍剂：柠檬酸5-20g；

混凝洗涤剂：聚合硫酸铁5-50g、苯乙烯磺酸钠0.5-5g；

硫酸阳极氧化废液。

本发明的第二个方面，提供了一种所述除灰剂的制备方法，包括如下步骤：

在本发明的一些实施方式中，所述除灰剂的制备方法包括将所述氧化剂、缓蚀剂、稳定剂、去渍剂和混凝洗涤剂溶解至所述硫酸阳极氧化废液中即得。

本发明的第三个方面，提供了一种金属材料除灰方法，包括以所述的除灰剂对金属材料进行除灰。

在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括铝基材料。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述铝基材料包括铝金属材料和铝合金材料中的至少一种。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述铝基材料包括六系铝合金。

在本发明的一些实施方式中，所述表面处理包括对进行碱蚀后的铝基材料进行除灰；优选的，所述除灰的时间为30～300s。

所述除灰是除去所述碱洗等步骤后附着在铝基材料表面上的灰褐色的灰状物，亦称出光或中和。

本发明的第四个方面，提供了一种所述除灰剂在铝基材料表面处理中的应用。

根据本发明的第四个方面，在本发明的一些实施方式中，所述应用至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的除灰剂不含铬氟不需使用硝酸，对环境危害小，对铝基材料表面处理的作业环境改善明显。

(2)本发明提供的除灰剂对铝基材料化学抛光或碱浸蚀后的表面有很好的中和洁净去灰作用，对六系铝合金的除灰作用尤为明显，特别是对含硅铜偏高的合金表面去灰效果最好。

(3)本发明提供的除灰剂，采用的原料均为市场上可以买到的，价格低廉的原料，因此降低了铝基材料表面处理的成本。

在本发明的一些实施方式中，所述表面处理包括依次进行的以下步骤：

D1.对铝基材料进行机械抛光；

D2.对步骤D1所得铝基材料进行化学预处理；

所述化学预处理包括依次进行的脱脂、碱洗、化学抛光或电化学抛光，以及除灰；

D3.对步骤D2所得铝基材料依次进行氧化、染色和封孔处理。

在本发明的一些实施方式中，步骤D1中，所述机械抛光的工艺包括：粗磨、细磨、抛光、喷砂、滚光等，具体可根据所需铝基材料最终表面粗糙度来适当采取不同工序，或选取与上述工序效果相似的工序。

步骤D2中，所述脱脂是以有机溶剂或表面活性剂进行脱脂，除去所述铝基材料表面残留的油污，人工搬运手印等，可选用市售的铝材用除油剂；

在本发明的一些实施方式中，步骤D2中，所述脱脂的采用珠海市奥美伦精细化工有限公司，SF-107B型中性脱脂剂。

在本发明的一些实施方式中，步骤D2中，所述脱脂中，脱脂剂的使用量为1.0-1.5kg/每100m²铝基材料。

在本发明的一些实施方式中，步骤D2中，所述脱脂的温度为40-80℃，所述脱脂的时间1-5min。

步骤D2中，所述碱洗是指将铝基材料放入以氢氧钠为基的强碱液中进行浸蚀反应的过程，也称碱蚀，其目的是进一步去除铝表面污物和氧化物，并消除表面的各种轻微伤痕等，使表面裸露出来，以利用于随后的氧化处理。

在本发明的一些实施方式中，步骤D2中，所述碱洗采用的碱洗剂为氢氧化钠和硝酸钠形成的混合水溶液。

步骤D2中，所述化学或电化学抛光可以殊铝基材料表面获得很高光亮度的镜面反射效果，铝基材料的化学抛光或电化学抛光后的光亮不能长期保持，需进行阳极氧化处理，生成的氧化膜会导致一些光亮度的损失，但抗环境性能会提升。

在本发明的一些实施方式中，步骤D2中，所述化学抛光采用的化学抛光液是磷酸和硫酸组成的混合溶液。

在本发明的一些实施方式中，所述表面处理还包括在步骤D2各工序之间，以及步骤D2和D3之间进行水洗步骤。

在本发明的一些实施方式中，所述水洗的温度为常温，时间为10-180s，所述水洗的次数为1～2次。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

若无特殊说明，具体实施方式部分采用的硫酸阳极氧化废液中含有l75土2g/L的硫酸，以及16.4g/L的铝离子。

实施例1

本实施例制备了一种除灰剂，具体方法为：

将氧化剂、缓蚀剂、稳定剂、去渍剂和混凝洗涤剂计算、称量后，溶解至硫酸阳极氧化废液中，配置成特定浓度的除灰剂；

在配制成的除灰剂中，其中每种试剂的具体选择以及在溶液中的终浓度如表1所示；所得除灰剂中，硫酸的浓度约为175g/L。

实施例2～6分别制备了一种除灰剂，具体方法参考实施例1，与实施例1的区别为制备原料及其添加量不同，具体制备原料如表1所示。

对比例1～3分别制备了一种除灰剂，具体与实施例1的区别为制备原料及其添加量不同，具体制备原料如表1所示。

表1实施例1～6和对比例1～4中除灰剂的制备原料(单位为g/l)

双氧水的浓度按30wt％双氧水母液计。

“-”表示未添加。

应用例

本应用例分别采用实施例1～6以及对比例1～3所得除灰剂对铝基材料进行除灰；

①除灰处理采用的铝基材料为经过碱洗等步骤处理的铝基材料，具体准备包括以下步骤：

A1.对机械抛光后的铝基材料进行脱脂处理：具体采用珠海市奥美伦精细化工有限公司，型号为SF-107B的中性脱脂剂，使用量：1.0KG/100m²铝基材料，温度：60℃，脱脂时间2min；

A2.对步骤A1所得铝基材料进行碱洗：采用的碱洗液是氢氧化钠(50±5g/L)和硝酸钠(50±5g/L)形成的混合溶液；碱洗温度为80±2℃，碱洗时间为90s；

A3.化学抛光：采用磷酸和硫酸的混合溶液对步骤A2所得铝基材料进行抛光(磷酸和硫酸的比例不影响抛光效果，本实施例的硫酸和磷酸摩尔比约为0.45)。

②除灰步骤：具体将步骤A3所得铝基材料分别浸泡在对应的除灰剂中；

其中共进行10组除灰试验，第1～6组分别依次采用实施例1～6所得除灰剂，除灰处理30s后水洗30s；第7～9组分别采用对比例1～3所得除灰剂，除灰处理30s后水洗30s；第10组采用实施例1所得除灰剂，除灰处理20s后水洗30s；

③进行除灰处理后，每组试验所得铝基材料的表面情况如表2所示。

表2第1～10组除灰试验后所得铝基材料的表面情况

根据表2结果可知，组别1～6(采用实施例1～6所得除灰剂)，可获得洁净、无油污、无析出物的洁净表面，说明本发明提供的除灰剂具有良好的中和、洁净去灰作用。

组别7～9(依次采用对比例1～3所得除灰剂)，表面均不够洁净，具体的，对比例1提供的除灰剂(第7作用)中，过硫酸钠的比例较低，因此所得除灰剂中主氧化剂含量不足，不能起到良好的氧化去灰作用；对比例2提供的除灰剂(第8组)中，混凝清洗剂中的有机清洗剂含量较高，因此可能会产生析出物(黄色固体，可能是过硫酸盐的分解产物)；对比例3提供的除灰剂(第9组)中，由于稳定剂的含量过低，辅助氧化剂中高价金属盐分解速度过快，不能给除灰剂提供较稳定的氧化作用，因此不具备良好的去灰效果；第10组中，虽然采用了实施例1提供的除灰剂，但是其除灰处理的时间仅有20s，因此不能完全除灰。

同时，本发明还对比了含有硝酸的常规除灰剂(购自诚信精细化工，无铬除渍去灰剂)对步骤A3所得铝合金除灰30s后的除灰情况，结果显示本发明提供的除灰剂相较于传统的除灰剂，在除灰效果上具有明显优势。

上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims

1.一种除灰剂，其特征在于，制备原料包括：氧化剂、缓蚀剂、稳定剂、去渍剂、混凝洗涤剂和硫酸阳极氧化废液；

所述氧化剂包括过硫酸盐、高价金属盐和双氧水；

所述混凝洗涤剂包括聚合硫酸铁和有机絮凝剂。

2.根据权利要求1所述的除灰剂，其特征在于，所述过硫酸盐包括过硫酸钠和过硫酸钾中的至少一种；

优选的，所述高价金属盐包括高铁酸盐和高锰酸盐中的至少一种；

优选的，所述有机絮凝剂包括苯乙烯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇烷氧基醚中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的除灰剂，其特征在于，所述缓蚀剂包括苯甲酸和钼酸铵中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的除灰剂，其特征在于，所述稳定剂包括聚丙烯酸胺、丁醇和脂肪酸钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的除灰剂，其特征在于，所述去渍剂包括柠檬酸、草酸、双氧水和醋酸中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的除灰剂，其特征在于，每1L所述除灰剂中含有10-280g所述氧化剂；优选的，每1L所述除灰剂中含有2-20g所述缓蚀剂；优选的，每1L所述除灰剂中含有0.5-8g所述稳定剂；优选的，每1L所述除灰剂中含有5-20g所述去渍剂；优选的，每1L所述除灰剂中含有0.5-50g所述混凝洗涤剂。

7.根据权利要求1～6任一项所述的除灰剂，其特征在于，所述除灰剂中硫酸的浓度为150g/l～300g/L。

8.一种如权利要求1～7任一项所述除灰剂的制备方法，其特征在于，包括将所述氧化剂、缓蚀剂、稳定剂、去渍剂和混凝洗涤剂溶解至所述硫酸阳极氧化废液中即得。

9.一种金属材料除灰方法，其特征在于，包括以权利要求1～7任一项所述的除灰剂对金属材料进行除灰。

10.一种如权利要求1～7任一项所述除灰剂在铝基材料表面处理中的应用。