專利名稱：鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理液及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理液及處理方法。電子顯微鏡下為鵝卵石狀或立方體狀，所獲轉(zhuǎn)化膜具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，膜層金黃，利于實(shí)現(xiàn)在線判斷。
背景技術(shù)：
鋁合金具有密度小、導(dǎo)電導(dǎo)熱能力強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)異和可加工性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，鋁的耐腐蝕性能差，在空氣中雖然能生成一層致密而堅(jiān)硬的氧化鋁薄膜，但這層天然氧化膜較薄(厚度為廣3nm)，在空氣中特別是在潮濕的空氣中，容易導(dǎo)致鋁及其合金的腐蝕。尤其是在有Cl—存在的情況下，容易發(fā)生各種形式的腐蝕。而且自然氧化膜與油漆等有機(jī)涂層結(jié)合力低，鋁材在使用過程中容易受到腐蝕，因此鋁材在涂裝前必須經(jīng)過有效的防腐蝕處理。傳統(tǒng)的鉻酸鹽處理方法雖然能很好的解決鋁合金表面腐蝕的問題，但由于鉻酸鹽處理工藝不僅在處理過程中會(huì)產(chǎn)生污染，而且轉(zhuǎn)化膜中的Cr6+還會(huì)使被處理的產(chǎn)品在使用及廢棄時(shí)對(duì)環(huán)境造成二次污染。鉻是在美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)最危險(xiǎn)材料表中排名第17位的劇毒材料，一直被要求從工作場(chǎng)所中取消。歐盟于 2003年1月23日公布的《關(guān)于在電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》(ROHS)已于2006年7月1日正式實(shí)施。根據(jù)該指令要求，2006年7月1日以后投放歐盟市場(chǎng)的電氣和電子產(chǎn)品不得含有六價(jià)鉻等有害物質(zhì)。中國(guó)已經(jīng)以2010年01月19日禁止使用六價(jià)鉻，同時(shí)六價(jià)鉻也已被世界上許多國(guó)家明令禁止使用。因此必須加強(qiáng)對(duì)鋁合金表面無鉻化的研究，為了解決上述問題，國(guó)內(nèi)外競(jìng)相開發(fā)研制能取代傳統(tǒng)鋁合金防腐技術(shù)而又不影響鋁合金的機(jī)械性能，親水性能，耐腐蝕能力強(qiáng)而對(duì)環(huán)境無污染，在工藝上易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)并且成本低廉的新型有效鋁合金表面防護(hù)處理方法。鈦鋯鈍化工藝以其優(yōu)異的性能獲得了高度重視，被認(rèn)為是最有希望替代鉻酸鹽鈍化技術(shù)的方法。鋯鈦處理體系從20世紀(jì)80年代開始發(fā)展，是目前為數(shù)不多的得到工業(yè)化應(yīng)用的工藝之一。它最早用于易拉罐的表面處理，后來逐漸擴(kuò)展到汽車、電子、航空、建筑型材等行業(yè)。德國(guó)Henkel、日本Parker等公司對(duì)此開展了大量研究。這類處理液主要由含鈦、鋯、鉿的金屬鹽，氟化物，硝酸鹽和有機(jī)添加劑組成，通過浸漬、噴淋的方式形成轉(zhuǎn)化膜。申請(qǐng)?zhí)枮?200410026047、200510125869、200710034656、200710122088、200710158469、 200910085265的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)都涉及無鉻化技術(shù)。雖然這些專利技術(shù)具有一定的實(shí)用化前景，但是上述專利技術(shù)存在以下缺點(diǎn)使其在生產(chǎn)中的廣泛推廣應(yīng)用受到一定的限制。 其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為1)、鈦鋯轉(zhuǎn)化膜絕大部分是無色，肉眼難以識(shí)別，不利于生產(chǎn)中的在線判斷；2)、處理溫度高，工藝復(fù)雜，同傳統(tǒng)鉻酸鹽處理相比較，成膜速度和處理成本有著巨大差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理液及處理方法。既可解決目前鈦/鋯轉(zhuǎn)化膜無色問題，又可以獲得耐蝕性、附著力良好的金黃色復(fù)合轉(zhuǎn)化膜。本發(fā)明所獲得的涂層呈金黃色、顏色均勻，易于在線判斷成
膜質(zhì)量。本發(fā)明可通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的
鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理液，所述處理液的組成為
氟鈦酸 1.0 g/L 5. 0 g/L
氟鋯酸 0. 5 g/L 5. 0 g/L
單寧酸 1. 0 g/L 5. 0 g/L
氟鹽2.0 g/L 5.0 g/L
以及PH值調(diào)節(jié)劑，PH值調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的一種，調(diào)節(jié)處理液的PH值為3.0 5.0。鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理液，所述處理液的組成還可以為 氟鈦酸 1.0 g/L 5. 0 g/L
氟鋯酸 0. 5g/L 5. 0 g/L 錳鹽2. 0 g/L 5. 0 g/L
單寧酸 1. Og/L 5. 0 g/L 氟鹽2. Og/L 5.0 g/L
以及PH值調(diào)節(jié)劑，PH值調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的一種，調(diào)節(jié)處理液的PH值為3.0 5.0。所述氟鹽選自氟化鈉、氟化鉀、氟氫化鈉或氟氫化鉀中的一種以上。所述錳鹽選自硫酸錳、氯化錳或磷酸錳中的一種。應(yīng)用所述的處理液在鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理方法，包括如下步驟
(1)將鋁合金表面打磨、用水沖洗后；
(2)置入混合酸溶液1 3分鐘，取出用水沖洗，所述混合酸溶液中各成分的濃度為 H2SO4 10 30%wt，H3PO4 5 20%wt，HF 1 5%wt ；
(3)再置入混合堿溶液1 3分鐘后，取出用水沖洗，所述混合堿溶液中各成分的濃度為NaOH 5 20%wt，Na2CO3 5 20%wt ；
(4)將鋁合金置于權(quán)利要求1或2所述的處理液中，5 15min后，在鋁合金表面形成金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜。所述打磨是將鋁合金表面分別經(jīng)600#和800#砂紙打磨光滑。所述水為去離子水。所述的金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的主要成分為冰晶石和金屬有機(jī)絡(luò)合物，金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜具有雙層結(jié)構(gòu)外層主要是金屬有機(jī)絡(luò)合物，內(nèi)層主要是Na3AlF6 ；轉(zhuǎn)化膜的形貌在電子顯微鏡下為鵝卵石狀或立方體狀。為進(jìn)一步理解本發(fā)明的工藝特點(diǎn)，下面對(duì)鋁合金在本研究所發(fā)明的復(fù)合鈍化處理液中的成膜機(jī)制闡述如下
在處理液中加入成膜促進(jìn)劑氟鹽，氟鹽在溶液中電離出F—，F(xiàn)—在溶液中具有以下兩方面作用一方面F—具有腐蝕性，能加速鋁合金表面氧化鋁膜的溶解速度，減少晶體表面之間張力，活化表面，降低成膜驅(qū)動(dòng)力；另一方面，這種腐蝕作用使鋁合金基體能快速暴露， 為離子和電子的轉(zhuǎn)移和傳輸提供通道，加速陽極和陰極的反應(yīng)，促進(jìn)Na3AlF6即冰晶石的生成。F—濃度的增加加強(qiáng)了這兩方面的作用。另外，當(dāng)鋁合金基體浸泡于處理液中時(shí)，基體表面會(huì)形成大量的微電池。可能發(fā)生的反應(yīng)如下
陽極
權(quán)利要求
1.鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理液，其特征在于，所述處理液的組成為氟鈦酸 1.0 g/L 5. 0 g/L 氟鋯酸 0. 5 g/L 5. 0 g/L 單寧酸 1. 0 g/L 5. 0 g/L 氟鹽2.0 g/L 5.0 g/L以及PH值調(diào)節(jié)劑，PH值調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的一種，調(diào)節(jié)處理液的PH值為3.0 5.0。
2.鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理液，其特征在于，所述處理液的組成為氟鈦酸 1.0 g/L 5. 0 g/L 氟鋯酸 0. 5g/L 5. 0 g/L 錳鹽2. 0 g/L 5. 0 g/L單寧酸 1. Og/L 5. 0 g/L 氟鹽2. Og/L 5. 0 g/L以及PH值調(diào)節(jié)劑，PH值調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的一種，調(diào)節(jié)處理液的PH值為3.0 5.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理液，其特征在于，所述氟鹽選自氟化鈉、氟化鉀、氟氫化鈉或氟氫化鉀中的一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理液，其特征在于，所述錳鹽選自硫酸錳、氯化錳或磷酸錳中的一種。
5.應(yīng)用權(quán)利要求1或2所述的處理液在鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將鋁合金表面打磨、用水沖洗后；(2)置入混合酸溶液1 3分鐘，取出用水沖洗，所述混合酸溶液中各成分的濃度為 H2SO4 10 30%wt，H3PO4 5 20%wt，HF 1 5%wt ；(3)再置入混合堿溶液1 3分鐘后，取出用水沖洗，所述混合堿溶液中各成分的濃度為NaOH 5 20%wt，Na2CO3 5 20%wt ；(4)將鋁合金置于權(quán)利要求1或2所述的處理液中，5 15min后，在鋁合金表面形成金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的處理方法，其特征在于，所述打磨是將鋁合金表面分別經(jīng) 600#和800#砂紙打磨光滑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理方法，其特征在于，所述水為去離子水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于，所述的金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的主要成分為冰晶石和金屬有機(jī)絡(luò)合物，金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜具有雙層結(jié)構(gòu)外層主要是金屬有機(jī)絡(luò)合物，內(nèi)層主要是Na3AlF6 ；轉(zhuǎn)化膜的形貌在電子顯微鏡下為鵝卵石狀或立方體狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金表面制備金黃色冰晶石轉(zhuǎn)化膜的處理液及處理方法。本發(fā)明制備的復(fù)合轉(zhuǎn)化膜具有雙層結(jié)構(gòu):外層主要是有機(jī)絡(luò)合物，內(nèi)層主要是Na3AlF6。處理液的組分和濃度為氟鈦酸1g/L～5.0g/L、氟鋯酸0.5g/L～5.0g/L、單寧酸1g/L～5.0g/L、成膜促進(jìn)劑氟鹽2g/L～5.0g/L、錳鹽2g/L～5.0g/L；處理液用堿調(diào)節(jié)PH值至3.0～5.0。本發(fā)明的處理液不含鉻及其它有毒物質(zhì)，轉(zhuǎn)化處理過程無需加熱，處理時(shí)間短，該方法所制備的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜耐蝕性能優(yōu)異，與基體結(jié)合強(qiáng)度高，室溫處理、工藝簡(jiǎn)單，不含對(duì)環(huán)境和人體有害的六價(jià)或三價(jià)鉻。
文檔編號(hào)C23C22/34GK102242358SQ201110198490
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者易愛華, 李文芳, 杜軍, 穆松林 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)