專利名稱：船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液及轉(zhuǎn)化膜制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船用鋁合金裝飾與防護涂層領(lǐng)域，具體為一種船用鋁合金環(huán)保型抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液及其在化學(xué)轉(zhuǎn)化膜中的應(yīng)用(即化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備方法)。
背景技術(shù)：
5xxx和6xxx鋁合金由于其良好的耐蝕性、可焊性及力學(xué)性能，近年來被廣泛用于艦船結(jié)構(gòu)材料。由于鋁合金自發(fā)形成的氧化膜較薄，不能滿足海洋等苛刻環(huán)境下的使用要求。由于海水及濕熱海洋大氣的侵蝕作用，裸露鋁合金表面會被腐蝕而出現(xiàn)腐蝕坑，并在整個表面形成沙礫狀的白色粉末狀腐蝕產(chǎn)物，從而嚴重影響未涂裝區(qū)域(尤其是內(nèi)艙)鋁合金基體外觀。因此，通常需要在鋁合金基體上進行陽極氧化或化學(xué)轉(zhuǎn)化處理來提高鋁合金基體的耐蝕性能和涂層附著力。對于大面積鋁合金型材的表面處理來說，化學(xué)轉(zhuǎn)化無疑具有明顯優(yōu)勢，而目前常用的傳統(tǒng)鉻酸鹽鈍化及磷化處理工藝由于存在環(huán)境污染嚴重等問題，已受到國內(nèi)外環(huán)保法規(guī)的嚴格限制?？扇〈鷤鹘y(tǒng)化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝的新型環(huán)保工藝包括鉬酸鹽處理、鈦鋯酸鹽處理、鈷鹽處理等，但這些新型工藝均存在諸如耐蝕性不理想、成本較高、大面積施工困難等諸多問題。因此，亟待尋求高防護性能、低成本、施工方便的新型環(huán)?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。船用鋁合金工件由于長期工作于海水及海洋大氣等苛刻腐蝕環(huán)境下，其表面通常需要進行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理來提高鋁合金基體的抗劃傷、耐指紋無鉻性能。然而，傳統(tǒng)的處理方式(如鉻酸鹽處理及磷化處理)由于存在環(huán)境污染問題，目前已被限制使用。因此，開發(fā)同時具有良好抗劃傷、耐指紋無鉻性能的環(huán)保型無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種船用鋁合金環(huán)保型抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液及其在化學(xué)轉(zhuǎn)化膜中的應(yīng)用，解決現(xiàn)有環(huán)保型化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝難以滿足抗劃傷、耐指紋性能等問題，其施工簡單、維護方便。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，包含鈦鹽、鋯鹽、硅化合物、加速劑、表面活性劑等，溶劑為水。其中，鈦鹽可從四氯化鈦、硫酸鈦、硫酸氧鈦、草酸鈦鉀、硝酸鈦、六氟鈦酸、氟鈦酸銨、氟鈦酸鉀等中之一種或一種以上選擇。鈦鹽在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0. 02 IOg/ L，優(yōu)選0. 5 5g/L，最優(yōu)選1 3g/L。鋯鹽可從氧氯化鋯、硫酸鋯、硫酸氧鋯、硝酸鋯、硝酸氧鋯、碳酸鋯、碳酸鋯銨、乙酸鋯、六氟鋯酸、氟鋯酸銨、氟鋯酸鉀等中之一種或一種以上選擇。鋯鹽在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0. 1 10g/L，優(yōu)選1 8g/L，最優(yōu)選3 6g/L。硅化合物可從正硅酸鈉、偏硅酸鈉、正硅酸鉀、偏硅酸鉀、正硅酸鋰、偏硅酸鋰、六氟硅酸、氟硅酸鈉、氟硅酸銨、硅溶膠等中之一種或一種以上選擇。硅化合物在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)
4化液中的濃度范圍為2 25g/L，優(yōu)選5 20g/L，最優(yōu)選8 15g/L。加速劑為氟化物、羧酸、磺酸、過硫酸鹽、過氧化氫等之一種或一種以上。氟化物可從氟化鈉、氟化鉀、氟化銨、氟化氫銨、氟化氫等中之一種或一種以上選擇。羧酸可從甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、苯甲酸、硝基苯甲酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、 水楊酸、肉桂酸、馬來酸、富馬酸、葡萄糖酸、葡庚糖酸等中之一種或一種以上選擇?；撬峥蓮陌被撬?、苯基磺酸、硝基苯磺酸等中之一種或一種以上選擇。過硫酸鹽可從過硫酸鉀、 過硫酸鈉、過硫酸銨中之一種或一種以上選擇。加速劑在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為 0. 5 12g/L，優(yōu)選1 8g/L，最優(yōu)選3 5g/L。pH調(diào)整劑為礦物酸、堿金屬氫氧化物、氨水、碳酸鹽等之一種或一種以上。礦物酸為鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸之一種或一種以上，堿金屬氫氧化物為氫氧化物、氫氧化鉀、氫氧化鋰等之一種或一種以上。碳酸鹽可從碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸銨、碳酸氫銨等中之一種或一種以上選擇。使用PH調(diào)整劑將無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液pH值調(diào)整為1. 0 5. 0，優(yōu)選2. 0 4. 5，最優(yōu)選2. 5 3. 5。表面活性劑由陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑組成，陽離子表面活性劑可以使用十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨等之一種或一種以上。 非離子表面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇脂肪酸酯及氟碳表面活性劑、聚氧乙烯脂肪酸酯LAE-9、山梨醇酐單月桂酸酯SPAN-20、 0P-10乳化劑、聚乙二醇辛基苯基醚TX-100、壬基酚聚氧乙烯醚NP-10等之一種或一種以上。表面活性劑在化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0. 1 10g/L，優(yōu)選0. 5 5g/L，最優(yōu)選1 2g/L。船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液由鈦鹽、鋯鹽、硅化合物、加速劑、表面活性劑和水等均勻混合而成。使用PH調(diào)整劑將無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液pH值調(diào)整為1. 0 5. 0，優(yōu)選2. 0 4. 5，最優(yōu)選2. 5 3. 5。利用上述船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，無鉻無磷納米級化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的成膜工藝步驟包括脫脂一水洗一酸蝕一水洗一化學(xué)轉(zhuǎn)化一水洗一干燥。其中，化學(xué)轉(zhuǎn)化可使用下述工藝施工方法包括浸漬、刷涂、輥涂或噴淋，處理溫度為10 50°C，優(yōu)選20 40°C，最優(yōu)選25 35°C;處理時間為0. 5 5min，優(yōu)選1 ％iin，最優(yōu)選2 ;3min。無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液在^cxx或6XXX鋁合金表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜外觀隨成膜時間延長逐漸呈現(xiàn)白一微藍一五彩色。脫脂步驟可使用下述工藝碳酸鈉30g/L硅酸鈉8g/L其余為水。溫度50 60°C酸蝕步驟可使用下述工藝濃硝酸300mL/L，其余為水，溫度25°C，處理時間0. 5 ^iin。本發(fā)明的有益效果是
磷酸鈉20g/L 十二烷基苯磺酸鈉lg/L
處理時間 1 5min。
5
1、本發(fā)明抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液可由有機硅、鈦酸酯、鋯酸酯、緩蝕組份、 PH調(diào)整劑、溶劑、助劑等組成，所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜主要由氧化硅、氧化鈦、氧化鋯等復(fù)合氧化物組成，無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜具有良好的耐腐蝕性、抗劃傷性及耐指紋性，可用作船用鋁合金表面裝飾與防護涂層。2、本發(fā)明適于船用鋁合金包括hxx或6xxx系列鋁合金。
具體實施例方式以下就本發(fā)明具體實施方法進行詳細說明，但不受限制本發(fā)明船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，包含鈦鹽、鋯鹽、硅化合物、加速劑、表面活性劑等，溶劑為水。船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液由鈦鹽、鋯鹽、 硅化合物、加速劑、PH調(diào)整劑、表面活性劑和水等均勻混合而成。使用ρΗ調(diào)整劑將無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液PH值調(diào)整為1. 0 5. 0，優(yōu)選2. 0 4. 5，最優(yōu)選2. 5 3. 5。利用上述船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，無鉻無磷納米級化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的成膜工藝步驟包括脫脂一水洗一酸蝕一水洗一化學(xué)轉(zhuǎn)化一水洗一干燥。其中，化學(xué)轉(zhuǎn)化可使用下述工藝施工方法包括浸漬、刷涂、輥涂或噴淋，處理溫度為10 50°C，優(yōu)選20 40°C，最優(yōu)選25 35°C;處理時間為0. 5 5min，優(yōu)選1 ％iin，最優(yōu)選2 ;3min。無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液在^cxx或6XXX鋁合金表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜外觀隨成膜時間延長逐漸呈現(xiàn)白一微藍一五彩色。脫脂步驟可使用下述工藝碳酸鈉30g/L硅酸鈉8g/L其余為水。溫度50 60°C酸蝕步驟可使用下述工藝濃硝酸300mL/L，其余為水，溫度25°C，處理時間0. 5 ^iin。所形成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜主要由氧化硅、氧化鈦、氧化鋯等復(fù)合氧化物組成，轉(zhuǎn)化膜的厚度為0. 5 Ιμ 。表1 (g/L)
實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5硫酸鐵0.35————硫酸氧鐵——0.43—1.30硝酸鐵—0.45———草酸鐵鐘——0.57——
磷酸鈉20g/L 十二烷基苯磺酸鈉lg/L
處理時間 1 5min。
權(quán)利要求
1.一種船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于，該化學(xué)轉(zhuǎn)化液包含鈦鹽、鋯鹽、硅化合物、加速劑、表面活性劑和水；其中鈦鹽在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0. 02 10g/L，鋯鹽在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0. 1 10g/L，硅化合物在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為2 25g/L，加速劑在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0. 5 12g/L，表面活性劑在化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為 0. 1 10g/L，其余為水。
2.按照權(quán)利要求1所述的船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于，鈦鹽為四氯化鈦、硫酸鈦、硫酸氧鈦、草酸鈦鉀、硝酸鈦、六氟鈦酸、氟鈦酸銨、氟鈦酸鉀中之一種或一種以上。
3.按照權(quán)利要求1所述的船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于，鋯鹽為氧氯化鋯、硫酸鋯、硫酸氧鋯、硝酸鋯、硝酸氧鋯、碳酸鋯、碳酸鋯銨、乙酸鋯、六氟鋯酸、 氟鋯酸銨、氟鋯酸鉀中之一種或一種以上。
4.按照權(quán)利要求1所述的船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于，硅化合物為正硅酸鈉、偏硅酸鈉、正硅酸鉀、偏硅酸鉀、正硅酸鋰、偏硅酸鋰、六氟硅酸、氟硅酸鈉、氟硅酸銨、硅溶膠中之一種或一種以上。
5.按照權(quán)利要求1所述的船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于，加速劑為氟化物、羧酸、磺酸、過硫酸鹽、過氧化氫之一種或一種以上，氟化物為氟化鈉、氟化鉀、氟化銨、氟化氫銨、氟化氫中之一種或一種以上，羧酸為甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、苯甲酸、硝基苯甲酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、水楊酸、肉桂酸、馬來酸、富馬酸、葡萄糖酸、葡庚糖酸中之一種或一種以上，磺酸為氨基磺酸、苯基磺酸、硝基苯磺酸中之一種或一種以上，過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨中之一種或一種以上。
6.按照權(quán)利要求1所述的船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液，其特征在于， 表面活性劑由陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑組成，陽離子表面活性劑為十二烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨之一種或一種以上，非離子表面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇脂肪酸酯及氟碳表面活性劑之一種或一種以上。
7.一種利用權(quán)利要求1所述的船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液制備化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法，其特征在于，無鉻無磷納米級化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的成膜工藝步驟包括脫脂一水洗一酸蝕一水洗一化學(xué)轉(zhuǎn)化一水洗一干燥，船用鋁合金抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液由鈦鹽、 鋯鹽、硅化合物、加速劑、表面活性劑和水均勻混合而成，使用PH調(diào)整劑將無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液 PH值調(diào)整為1. 0 5. 0 ；化學(xué)轉(zhuǎn)化液的施工方法包括浸漬、刷涂、輥涂或噴淋，處理溫度為 10 50°C，處理時間為0. 5 5min，無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液在hxx或6xxx鋁合金表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜外觀隨成膜時間延長逐漸呈現(xiàn)白一微藍一五彩色，獲得化學(xué)轉(zhuǎn)化膜厚度為 0. 5-1 μ m。
8.按照權(quán)利要求7所述的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備方法，其特征在于，pH調(diào)整劑為礦物酸、堿金屬氫氧化物、氨水、碳酸鹽之一種或一種以上，礦物酸為鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸之一種或一種以上，堿金屬氫氧化物為氫氧化物、氫氧化鉀、氫氧化鋰之一種或一種以上，碳酸鹽為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸銨、碳酸氫銨中之一種或一種以上。
9.按照權(quán)利要求7所述的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備方法，其特征在于，脫脂步驟采用的脫脂液為碳酸鈉30g/L，磷酸鈉20g/L，硅酸鈉8g/L，十二烷基苯磺酸鈉lg/L，其余為水；脫脂步驟使用下述工藝溫度50 60°C，處理時間1 5min。
10.按照權(quán)利要求7所述的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的制備方法，其特征在于，酸蝕步驟采用酸蝕液為濃硝酸300mL/L，其余為水；酸蝕步驟使用下述工藝溫度25°C，處理時間0. 5 aiiin。
全文摘要
本發(fā)明涉及船用鋁合金裝飾與防護涂層領(lǐng)域，具體為一種船用鋁合金環(huán)保型抗劃傷、耐指紋無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液及其在化學(xué)轉(zhuǎn)化膜中的應(yīng)用。該化學(xué)轉(zhuǎn)化液包含鈦鹽、鋯鹽、硅化合物、加速劑、表面活性劑，其余為水；其中鈦鹽在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0.02～10g/L，鋯鹽在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0.1～10g/L，硅化合物在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為2～25g/L，加速劑在無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0.5～12g/L，表面活性劑在化學(xué)轉(zhuǎn)化液中的濃度范圍為0.1～10g/L。采用浸漬、刷涂、輥涂或噴淋方式在5xxx或6xxx系列鋁合金表面形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜具有良好的耐腐蝕性、抗劃傷性及耐指紋性，可用作船用鋁合金表面裝飾與防護涂層。
文檔編號C23C22/73GK102443794SQ20111039936
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者嚴川偉, 劉斌, 張君男, 管勇 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所