專利名稱：一種鋁合金防腐處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于表面工程技術領域，特別是指一種鋁合金防腐處理工藝。
背景技術：
鋁合金具有密度小、導電導熱能力強、力學性能優(yōu)異和可加工性能好等一系列優(yōu)點。鋁合金不僅在國防工業(yè)具有舉足輕重的作用，成為航空航天造船工業(yè)的重要材料，在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中，包括汽車制造業(yè)、機械制造、電子儀表、建筑業(yè)、發(fā)動機、散熱器以及日用工業(yè)品等各行各業(yè)中均獲得了廣泛的應用。然而，鋁合金在使用環(huán)境如海洋性環(huán)境、含工業(yè)氣體、燃料氣體、鹽分和塵埃的大氣中，特別是有C1_存在的情況下，極易發(fā)生點腐蝕、 縫隙腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞等形式的破壞。為了提高鋁合金的耐蝕性能，各國學者經過多年的研究，發(fā)明了許多鋁合金表面處理方法。目前鋁合金通常采用的防護方法可大致分為三類一類是進行陽極氧化處理，即在鋁合金表面形成一層幾十微米厚的陽極氧化膜，但由于陽極氧化工藝耗能大，而且電解質溶液污染嚴重，難以處理，使用其應用受到限制；第二類是化學轉化膜，即將鋁試件浸泡在一定組成的溶液中，在一定的溫度下依靠化學反應形成一層化學轉化膜，現(xiàn)在應用最廣泛的是鉻酸鹽化學氧化，但鉻酸鹽是一種致癌的毒性物質，世界環(huán)境保護組織已提出限制使用鉻酸鹽和其它含鉻酸鹽化合物；第三類為有機涂層，即在鋁合金表面涂覆一層有機涂層，以改善鋁合金的外觀和物理化學性能。研制無鉻、有效、價格低、環(huán)境友好的鉻酸鹽的替代品成為了研究的熱點。隨著陽極型緩蝕劑的研究進展，近年來國內外開展了替代傳統(tǒng)鋁合金防護處理新方法的研究，稀土轉化膜已成為研究的熱點之一，人們開始將稀土用在鋁合金表面防腐技術上。稀土轉化膜成膜技術發(fā)展到今天，人們對各種成膜工藝進行了大量改進，膜的性能也得到了提高。目前稀土轉化膜技術主要是浸泡處理，這種工藝操作簡單、易于維護；但是它的弊端在于，長期浸泡工藝處理時間太長，所形成的膜層較薄且與基體的附著力較差。 經過各國的學者長期的探索研究發(fā)現(xiàn)，浸泡溶液中加入強氧化劑，如H202、KMnO4, (NH4)2S2O8 等強氧化物，使成膜速率大大提高，處理時間大為縮短，同時處理溶液溫度也不高，有的可在室溫下應用。國內外對這類工藝的研究也最多，但由于強氧化劑的存在使得處理工藝的穩(wěn)定性較差。為了解決稀土轉化膜處理工藝存在的問題，本發(fā)明創(chuàng)造性地采用電刷鍍技術在鋁合金表面制備稀土 -納米TiO2復合膜層。這種處理工藝防腐成本低廉，經濟效益顯著，可以進行常溫施鍍，同時還能滿足大型設備電刷鍍防腐層需要。開發(fā)的鋁合金表面稀土 -納米TW2復合膜處理工藝簡單，溶液環(huán)保無污染，不含強氧化劑，制備的稀土復合膜層表面美觀呈淡黃色、且均勻致密，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種鋁合金表面處理工藝，此工藝采用電刷鍍技術在鋁合金表面制備稀土納米氧化鈦復合膜，此膜層具有優(yōu)異的耐 Cl-腐蝕性能，而且操作工藝簡單方便，技術成本低廉，環(huán)保性能好。本發(fā)明的目的實現(xiàn)由以下技術方案完成
一種鋁合金防腐處理工藝，包括表面前處理和電刷鍍步驟，其特征在于在鋁合金表面電刷鍍稀土納米氧化鈦復合膜層，電刷鍍鍍液中加入了納米顆粒，且不含強氧化劑。所述電刷鍍鍍液由以下成分組成硝酸鈰2(T60 g/L、氟化鈉0. Γ0. 3 g/L、納米氧化鈦2 8 g/L。所述電刷鍍鍍液由以下成分組成硝酸鈰20g/L、氟化鈉0. lg/L、納米氧化鈦2g/ L0所述電刷鍍鍍液由以下成分組成硝酸鈰40g/L、氟化鈉0. 2g/L、納米氧化鈦4g/ L0所述電刷鍍鍍液由以下成分組成硝酸鈰60g/L、氟化鈉0. 3g/L、納米氧化鈦Sg/ L0所述工藝的工藝參數(shù)如下電壓為5V飛V，鍍筆作陽極，工件作陰極，電刷鍍時間為3 min，鍍筆相對工件速度為9 12 m/min，溫度為常溫。本發(fā)明的優(yōu)點是在鋁合金表面采用電刷鍍制備了稀土 -納米Ti02復合膜層，所用工藝過程操作簡單方便，處理所需的時間短，而且可以進行現(xiàn)場大面積電刷鍍；本工藝首次開發(fā)制備了稀土 -納米Ti02復合膜層，納米顆粒的加入提高了膜層的物理性能，且提高了復合膜層的耐蝕性能；本工藝開發(fā)出的稀土溶液環(huán)保實用，無毒無污染；且溶液中不含有強氧化劑，在施鍍的過程中，鍍液可以循環(huán)利用；本工藝獲得的膜層無明顯缺陷，完整均勻，美觀，親水性較好，具有較好的附著力；鋁合金表面電刷鍍稀土復合鍍層后具有優(yōu)異的耐蝕性能，提高了鋁合金的耐氯離子腐蝕性能，且該工藝的防腐成本低廉。
具體實施例方式以下通過實例對發(fā)明特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術人員的理解
本發(fā)明的原理是電刷鍍電源提供外加電流使鋁合金在稀土處理溶液中其表面會發(fā)生復雜的電化學反應，稀土鈰離子結合氫氧根離子生成氫氧化物和氧化物沉積到鋁合金表面形成膜層，由于納米顆粒的存在，在刷鍍過程中納米顆粒不停的對表面進行刮擦往復運動， 能使膜層的晶粒細化，在沉積過程中納米Ti02均勻夾雜在鈰沉積層中，形成同時具有基質金屬和固體微粒兩類物質綜合性能的復合鍍層。本發(fā)明使用電刷鍍技術在鋁合金表面制備稀土 -納米Ti02復合膜層，該工藝的重要部分是開發(fā)出了一種性能優(yōu)異的稀土 -納米Ti02鍍液及其電刷鍍工藝。該工藝操作簡單、易行，實用性強，可以進行大面積的施鍍。稀土溶液無毒無污染，成本價格低廉，所開發(fā)的稀土 -納米Ti02溶液無強氧化劑，且在施鍍過程中可以循環(huán)利用。該工藝獲得的膜層完整一致，呈淡黃色，美觀，具有很強的裝飾性，并且膜層與基體間的結合力較好。最主要的是該復合膜層具有優(yōu)異的耐氯離子腐蝕性能，完全可以用來代替鉻酸鹽處理膜層，其工業(yè)化應用前景非常好。稀土復合膜層完全覆蓋基體表面后，隔斷了氧氣的傳輸且阻礙了電子的傳遞與轉移，從而全面抑制了陰極的還原反應。而在腐蝕過程中，陰極反應速率決定整個反應的速率，一旦它的反應速率受到抑制，合金的整體腐蝕速率就會降低。此外，陽極反應也受到了抑制，從而對鋁合金表面起到良好的保護性能。鋁合金的一種新的防腐蝕處理工藝，依次包括鋁合金表面預處理和電刷鍍步驟， 其表面預處理步驟特征在于包括電凈除油、活化兩個步驟。本實施例在具體實施時實施例一采用LY12鋁合金作為基材
(1)表面預處理處理包括打磨掉粗糙表面的毛刺，電凈除油，活化，去離子水沖洗。電凈液組成為 Na2C03 :30g/L NaOH :20g/L Na3P04 :30g/L NaCl:20g/L
工藝參數(shù)為電壓8V，鍍筆作陽極，工件作陰極，鍍筆相對工件速度8m/min，時間 30s，溫度為常溫?；罨航M成為 HCl :15g/L
NaCl :100g/L
工藝參數(shù)為電壓8V，鍍筆作陰極，工件作陽極，鍍筆相對工件速度9m/min，時間 30s，溫度為常溫。(2)隨后立即進行電刷鍍稀土復合膜層，采用權利要求3所述的鍍液，即 Ce (Ν03)3·6Η20 :20g/L
NaF :0.lg/L 納米 Ti02 :2g/L
工藝參數(shù)為電壓5V，鍍筆相對工件速度9m/min，時間3min，溫度為常溫。電刷鍍制備的復合膜層均勻一致，與基體結合力良好，具有優(yōu)異的耐腐蝕性。制備的稀土-納米Ti02復合膜層采用中性鹽霧實驗進行評價，實驗溶液為質量分數(shù)5%的NaCl溶液，pH值在6. 5 7. 2，鹽霧箱內溫度為(35 士 1) °C，24 h連續(xù)噴霧。480小時后，采用權利要求3所述的鍍液本實施例所制得的膜層的保護評級為8級，表明耐蝕性良好(依據(jù)標準為=GBT 6461-2002金屬基體上金屬和其他無機覆蓋層經腐蝕試驗后的試樣和試件的評級)。實施例二 采用LY12鋁合金作為基材
(1)表面預處理處理包括打磨掉粗糙表面的毛刺，電凈除油，酸洗活化，去離子水沖洗。電凈液組成為 Na2C03 :40g/L NaOH :25g/L Na3P04 :40g/L NaCl :25g/L
工藝參數(shù)為電壓9V，鍍筆作陽極，工件作陰極，鍍筆相對工件速度9 m/min，時間30s，溫度為常溫?；罨航M成為 HCl:22g/L
NaCl :140g/L
工藝參數(shù)為電壓9V，鍍筆作陰極，工件作陽極，鍍筆相對工件速度10m/min，時間 30s，溫度為常溫。(2)隨后立即進行電刷鍍稀土復合膜層，采用權利要求4所述的鍍液，即 Ce (Ν03)3·6Η20 :40g/L
NaF :0. 2g/L 納米 Ti02 :4g/L
工藝參數(shù)為電壓5. 5V，鍍筆相對工件速度10 m/min，時間3min，溫度為常溫。電刷鍍制備的復合膜層均勻一致，與基體結合力良好，具有優(yōu)異的耐腐蝕性。制備得到的稀土 -納米Ti02復合膜層的耐蝕性采用中性鹽霧實驗進行評價，實驗溶液為質量分數(shù)5%的NaCl溶液，pH值在6. 5 7. 2，鹽霧箱內溫度為(35士 1) °C，24h連續(xù)噴霧。480小時后，采用權利要求4所述的鍍液的本實施例所制得的膜層的保護評級為10 級，表明耐蝕性優(yōu)異(依據(jù)標準為GBT 6461-2002金屬基體上金屬和其他無機覆蓋層經腐蝕試驗后的試樣和試件的評級)。實施例三采用LY12鋁合金作為基材
(1)表面預處理處理包括打磨掉粗糙表面的毛刺，電凈除油，酸洗活化，去離子水沖洗。電凈液組成為 Na2C03 :50g/L NaOH :30g/L Na3P04 :50g/L NaCl:30g/L
工藝參數(shù)為電壓10V，鍍筆作陽極，工件作陰極，鍍筆相對工件速度10 m/min，時間30s，溫度為常溫?；罨航M成為 HCl :30g/L
NaCl :180g/L
工藝參數(shù)為電壓10V，鍍筆作陰極，工件作陽極，鍍筆相對工件速度12 m/min，時間30s，溫度為常溫。(2)隨后立即進行電刷鍍稀土復合膜層，采用權利要求5所述的鍍液，即 Ce (Ν03)3·6Η20 :60g/L
NaF :0. 3g/L 納米 Ti02 :8g/L
工藝參數(shù)為電壓6V，鍍筆相對工件速度12m/min，時間3min，溫度為常溫。電刷鍍制備的復合膜層均勻一致，與基體結合力良好，具有優(yōu)異的耐腐蝕性。制備得到的稀土 -納米Ti02復合膜層的耐蝕性采用中性鹽霧實驗進行評價，實驗溶液為質量分數(shù)5%的NaCl溶液，pH值在6.5 7.2，鹽霧箱內溫度為(35 士 1) °C，24h連續(xù)噴霧。480小時后，采用權利要求5所述的鍍液本實施例所制得的膜層的保護評級為9級， 表明耐蝕性能優(yōu)異(依據(jù)標準為GBT 6461-2002金屬基體上金屬和其他無機覆蓋層經腐蝕試驗后的試樣和試件的評級)。 上述實施例的使用場合特點在鋁合金表面采用電刷鍍制備了稀土 -納米Ti02 復合膜層，所用工藝過程操作簡單方便，處理所需的時間短，而且可以進行現(xiàn)場大面積電刷鍍。
權利要求
1.一種鋁合金防腐處理工藝，包括表面前處理和電刷鍍步驟，其特征在于在鋁合金表面電刷鍍稀土納米氧化鈦復合膜層，電刷鍍鍍液中加入了納米顆粒，且不含強氧化劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁合金防腐處理工藝，其特征在于所述電刷鍍鍍液由以下成分組成硝酸鈰20-60 g/L、氟化鈉0. 1-0. 3 g/L、納米氧化鈦2_8 g/L。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種鋁合金防腐處理工藝，其特征在于所述電刷鍍鍍液由以下成分組成硝酸鈰20g/L、氟化鈉0. lg/L、納米氧化鈦2g/L。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種鋁合金防腐處理工藝，其特征在于所述電刷鍍鍍液由以下成分組成硝酸鈰40g/L、氟化鈉0. 2g/L、納米氧化鈦4g/L。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種鋁合金防腐處理工藝，其特征在于所述電刷鍍鍍液由以下成分組成硝酸鈰60g/L、氟化鈉0. 3g/L、納米氧化鈦8g/L。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁合金防腐處理工藝，其特征在于所述工藝的工藝參數(shù)如下電壓為5V飛V，鍍筆作陽極，工件作陰極，電刷鍍時間為3 min，鍍筆相對工件速度為9 12 m/min，溫度為常溫。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面工程技術領域，特別是指一種鋁合金防腐處理工藝，包括表面前處理和電刷鍍步驟，其特征在于在鋁合金表面電刷鍍稀土納米氧化鈦復合膜層，電刷鍍鍍液中加入了納米顆粒，且不含強氧化劑。本工藝首次開發(fā)制備了稀土-納米TiO2復合膜層，納米顆粒的加入提高了膜層的物理性能，且提高了復合膜層的耐蝕性能；本工藝開發(fā)出的稀土溶液環(huán)保實用，無毒無污染；且溶液中不含有強氧化劑，在施鍍的過程中，鍍液可以循環(huán)利用；本工藝獲得的膜層無明顯缺陷，完整均勻，美觀，親水性較好，具有較好的附著力；鋁合金表面電刷鍍稀土復合鍍層后具有優(yōu)異的耐蝕性能，提高了鋁合金的耐氯離子腐蝕性能，且該工藝的防腐成本低廉。
文檔編號C25D5/06GK102358949SQ20111029503
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權日2011年9月28日
發(fā)明者付大海, 左禹, 王軍, 裘達夫, 鞠鵬飛, 韓忠智 申請人:中國人民解放軍91872部隊上海研究室