本發(fā)明屬于金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于鋁及鋁合金的環(huán)保型磷化液及其在鋁及鋁合金件磷化處理中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

對鋁及鋁合金件表面進行磷化處理可以有效提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力，現(xiàn)有的磷化處理主要有以下兩種方式：(1)在鋁或鋁合金的表面鍍鋅，然后再進行磷化，但這種方法實際上是鋅的磷化，而非鋁的磷化；(2)直接進行鋁或鋁合金的表面磷化，在這種方法中，鋁件會與腐蝕劑直接接觸，以加快基體的腐蝕，從而提高所形成的磷化膜的單位質(zhì)量。由于成本與操作方面的緣故，第二種磷化方法已被普遍采用。

為了適應(yīng)不同的生產(chǎn)方式并不斷提高磷化的效率，通常會采取不同的磷化技術(shù)對材料進行處理，鉻磷化就是比較常見的一種。但是，由于鉻的毒害性較大，其排放受到嚴(yán)格控制，因此具有綠色環(huán)保、工藝簡單等優(yōu)點的無鉻磷化越來越受到人們的重視。

于此同時，磷化工藝本身也存在許多問題?，F(xiàn)有工藝大多為中溫或高溫磷化，在較高的溫度下，磷酸鹽的轉(zhuǎn)化膜晶體無論在均勻性還是在致密性方面都較差，導(dǎo)致其抗腐蝕能力的減弱。另外，較高的磷化溫度勢必會增加能耗，進而引發(fā)環(huán)境污染等問題。此外，由于磷化溫度較低，低溫磷化技術(shù)的成膜速度極慢，生產(chǎn)效率較低，因而難以推廣。

中國發(fā)明專利申請CN101307440A中公開了一種鋁合金和黑色金屬共用磷化液，但其配方中含有高錳酸鉀，導(dǎo)致磷化液的穩(wěn)定性不高。中國發(fā)明專利申請CN104357824A中公開了一種鋁制品表面處理磷化液，其包含60～65％磷酸、草酸、丙烯酸、氫氟酸、磷酸二氫鋅、鉬酸銨、硫酸鉻、硝酸鎳、環(huán)烷酸鈷、四鹽基鉻酸鋅、消泡劑、分散劑、蒸餾水，組成成分復(fù)雜，使用溫度較高，還含有鉻元素，不適于工業(yè)化推廣(CN104532223A與CN104294259A中公開的磷化液也存在類似問題)。中國發(fā)明專利申請CN101289742A中公開了一種鋅或鋅鋁合金用磷化液，其由氧化鋅、硝酸、磷酸、硝酸鎳、氟化鈉和水組成，其磷化膜均勻致密、堅實，與涂層結(jié)合力強，但未公開促進劑的種類與含量，并且其游離酸度與總酸度都較高(CN104480458A與CN102808169A中公開的磷化液也存在類似問題)。美國發(fā)明專利US8956468B2中公開了一種水性組合物及其用于金屬表面防腐處理的方法，其配方中含有鋯和鈦的水溶性化合物，雖然使用效果優(yōu)良，但成本較高，同樣不易推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對鉻磷化工藝毒性大，高溫磷化工藝能耗高、污染嚴(yán)重，低溫磷化工藝效率低，現(xiàn)有磷化液存在組分復(fù)雜、穩(wěn)定性差、成本高昂等問題的現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在提供一種全新的用于鋁及鋁合金的環(huán)保型磷化液，其能夠在低溫環(huán)境下實現(xiàn)高效磷化，同時能夠避免鉻等高危險性組分的使用，降低對于人體及環(huán)境的危害，并且有效控制原料及能源成本。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于鋁及鋁合金的環(huán)保型磷化液，其包含氟化鈉(NaF)、硫酸亞鐵(FeSO₄)、氧化鋅(ZnO)、磷酸(H₃PO₄)和水。

優(yōu)選的，每1L環(huán)保型磷化液中含有1～10g氟化鈉、1～10g硫酸亞鐵、1～40g氧化鋅和30～60g磷酸，余量為水。

更優(yōu)選的，每1L環(huán)保型磷化液中含有2～5g氟化鈉、2～5g硫酸亞鐵、20～25g氧化鋅和43～47g磷酸，余量為水。

在一項優(yōu)選的實施方案中，所述環(huán)保型磷化液還包含緩蝕劑。

優(yōu)選的，所述緩蝕劑的用量為每1L環(huán)保型磷化液中含有0.5～4g，優(yōu)選0.5～2.5g緩蝕劑。

在上述磷化液中，所述緩蝕劑選自苯并三氮唑(C₆H₅N₃)、吡啶(C₅H₅N)、烷基磺酸鈉(RSO₃Na，其中R為C₁₄～C₁₈直鏈烷基)中的任意一種，優(yōu)選苯并三氮唑。

本發(fā)明還提供了上述用于鋁及鋁合金的環(huán)保型磷化液在鋁及鋁合金件磷化處理中的應(yīng)用。

在一項優(yōu)選的實施方案中，所述磷化處理的溫度為50℃，時間為10～20分鐘。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明具有下列優(yōu)點：

(1)本發(fā)明的環(huán)保型磷化液不含亞硝酸鹽及鉻等重金屬元素，危害性低，性能穩(wěn)定，使用周期長；

(2)本發(fā)明的環(huán)保型磷化液的組成成分常見、易得、廉價，可操作性強；

(3)使用本發(fā)明的環(huán)保型磷化液進行鋁及鋁合金件磷化的操作簡便，磷化時間短，磷化效果好，適合于工業(yè)化推廣。

附圖說明

圖1為氧化鋅含量對磷化膜點滴實驗結(jié)果的影響示意圖。

圖2為磷酸含量對磷化膜開路電位-時間曲線的影響示意圖。

圖3為苯并三氮唑含量對磷化膜點滴實驗結(jié)果的影響示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方法做出進一步的闡述。除另有說明外，下列實施例中所使用的儀器、材料和試劑均可通過常規(guī)商業(yè)手段獲得。

實施例1-6：包含不同含量氧化鋅的磷化液及其磷化效果實驗。

將實施例1-6中的6種磷化液用于鋁合金件的磷化處理，磷化溫度為50℃，磷化時間為20min。依據(jù)硫酸銅點滴實驗來判斷磷化液的磷化性能(鋁合金件的耐蝕性)，其結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在氧化鋅含量小于15g/L的情況下，隨著氧化鋅含量的增加，點滴實驗時間先增大后減小。氧化鋅含量為5g/L和10g/L時，點滴實驗時間分別為7s和8s，隨后在氧化鋅含量為15g/L時降到最低值(5s)。在氧化鋅含量大于15g/L的情況下，隨著氧化鋅含量的持續(xù)增加，點滴實驗時間再次增長，在20g/L和25g/L時達到較高值，分別為13s和14s，但隨著氧化鋅含量的進一步增加，耐蝕性反而會降低，在30g/L時的點滴實驗時間降至8s。因此，磷化膜的耐蝕性在氧化鋅含量為20～25g/L達到最佳。

實施例7-13：包含不同含量磷酸的磷化液及其磷化效果實驗。

將實施例7-13中的7種磷化液用于鋁合金件的磷化處理，磷化溫度為50℃，磷化時間為20min。依據(jù)電化學(xué)實驗來判斷磷化液的磷化性能(鋁合金件的耐蝕性)，其結(jié)果如圖2所示。

由圖2得知，所有曲線的趨勢一致，開路電位隨時間增大而增大。其中，當(dāng)磷酸含量為43g/L、47g/L和46g/L時，試樣的開路電位值較高，分別為-0.80V、-0.82V和-0.83V；當(dāng)磷酸含量為49g/L時，試樣的開路電位值為-0.91V，在所有試樣中排在中間位置；而當(dāng)磷酸含量為42g/L、45g/L和41g/L時，試樣的開路電位值較低，分別為-0.96V、-0.97V和-0.98V。因此，當(dāng)磷酸含量為43g/L、47g/L和46g/L時，試樣的耐蝕性較好。

實施例14-21：包含不同含量緩蝕劑的磷化液及其磷化效果實驗。

將實施例14-21中的8種磷化液用于鋁合金件的磷化處理，磷化溫度為50℃，磷化時間為20min。依據(jù)點滴實驗來判斷磷化液的磷化性能(鋁合金件的耐蝕性)，其結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，硫酸銅點滴實驗時間隨著苯并三氮唑的含量變化而發(fā)生波動。當(dāng)苯并三氮唑含量為0.5g/L時，硫酸銅點滴實驗結(jié)果最佳，時間為7s；當(dāng)苯并三氮唑含量為1.5g/L和2.5g/L時，點滴實驗時間降低到4s；之后，隨著苯并三氮唑含量的增加，點滴實驗時間不再有較大變化；當(dāng)苯并三氮唑含量為3g/L、3.5g/L和4g/L時，點滴實驗結(jié)果降到最低值，時間為3s?？梢钥闯?，當(dāng)苯并三氮唑含量為0.5g/L時耐蝕性最好，并且在0.5～2.5g/L的范圍內(nèi)能夠獲得可接受的耐蝕性效果。

實施例22：基礎(chǔ)型和優(yōu)化型磷化液與現(xiàn)有磷化液的成膜耐蝕性比較實驗。

為了比較本發(fā)明的磷化液與現(xiàn)有磷化液的成膜耐蝕性，選用上表中列出的兩種現(xiàn)有磷化液(磷化液A和磷化液B)以及本發(fā)明的基礎(chǔ)型和優(yōu)化型磷化液進行平行實驗，通過實施例1中記載的工藝流程，測定由4種磷化液生成的磷化膜的點滴時間。從表中的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，使用本發(fā)明的磷化液能夠獲得耐蝕性較高的磷化膜，基礎(chǔ)型和優(yōu)化型的點滴時間分別為28s和57s，遠遠大于現(xiàn)有磷化液所得磷化膜的點滴時間，并且優(yōu)化型的點滴時間可達基礎(chǔ)型的2倍以上，效果十分理想。