專利名稱：：一種鋁合金表面化學處理方法
技術領域：
：本發明涉及一種鋁合金表面化學處理方法，通過化學處理在鋁合金表面形成層片狀致密的納米金黃色氧化物薄膜，增強鋁合金的耐腐蝕能力，是一種新型、高性能、綠色環保的鋁合金耐蝕表面處理工藝與技術，屬精細化工領域。技術背景鋁是世界上產量和用量都僅次于鋼鐵的有色金屬。隨著現代科學技術日新月異不斷向前發展以及新工業領域的不斷涌現，鋁的用途也越來越廣泛，需求量與日俱增，在國民經濟中發揮著越來越重要的作用。在我國現有124個產業中，有113個部門使用鋁產品，占91%。其中在101個物資生產部門中，有96個部門消耗鋁冶煉產品或壓延產品，占95%。鋁合金具有質量輕、比強度高、熱導率高、散熱性佳等特點。鋁合金作為輕型結構材料，質量輕、強度大，海、陸、空各種運載工具，特別是飛機、導彈、火箭、人造地球衛星等，均使用大量的鋁，一架超音速飛機的用鋁量占其自身重量的70%，一枚導彈用鋁量占其總重量的10%以上；用鋁和鋁合金制造的各種車輛，可以減少能耗，其所節省的能量遠遠超過煉鋁時所消耗的能量。鋁的性價比對制造熱交換器、蒸發器、加熱電器、炊事用具，以及汽車的缸蓋與散熱器都很有利。鋁的毒性非常微小，通常用于制造盛食品和飲料的容器。近年來，鋁箔在香煙、藥品、食品的包裝方面應用越來越廣泛，已成為包裝業的重要材料。由于鋁材料使用的暴露性，一般在使用之前，鋁合金都須經過表面處理。因為鋁是一種很活潑的金屬，容易被環境中的腐蝕物質侵蝕，特別是鋁合金更易造成電化學腐蝕。目前鋁合金表面普遍采用的處理工藝主要有陽極氧化法和鉻酸鹽轉化處理(見王成《鋁合金鉬酸鹽轉化膜研究》，《電鍍與精飾》2001，23(1):8)。但陽極氧化需要恰當的掛具，還需要電源設備，處理較為繁瑣。傳統的鉻酸鹽處理雖然簡單，膜的耐蝕性能較好，但由于處理液中含有對人體具有致癌作用的六價鉻離子，而且六價鉻離子處理不當會對環境造成嚴重的污染。鉻是在美國環境保護局(EPA)最危險材料表中排名第17位的劇毒材料，一直被要求從工作中取消。動物試驗研究表明，吸入的六價鉻可導致動物腫瘤病發生。因此，美國環境保護局對使用六價鉻有嚴格的空氣排放要求和固體廢棄物處置規定。美國職業健康安全委員會(0SHA)對工人所能暴露接觸六價鉻極限從50ug/m3減到liig/nr'。歐盟車輛報廢指令已經對2002年7月1日后進入歐洲的每輛車作出最多只能使用2g六價鉻的規定。另外，歐盟于2003年1月23日公布的《關于在電子電氣設備中禁止使用某些有害物質指令》(ROHS)于2006年7月1日正式實施。根據該指令要求，2006年7月1日以后投放歐盟市場的電子和電氣產品不得含有六價鉻等有害物質(見郭瑞光《鋁合金表面鈦酸鹽化學轉化膜研究》，《電鍍與涂飾》2006，25(1);46-48)。隨著國內外法律法規對六價鉻使用的限制和人們環保意識的增強，開展代鉻處理技術已成為當今研究的熱點之一。如西安建筑科技大學環境與市政工程學院的郭瑞光(發明專利申請號200410026047，公開號1683590)提供了一種鋁合金無鉻化學轉化液及使用方法。該發明的無鉻化學轉化液成份為硅酸鹽、鈦鹽、過氧化物、氟化物、硫酸，雖然不含六價鉻離子和鐵氰化鉀，但由于含有大量的氟離子，仍然對環境存在污染。
發明內容發明目的本發明提供了一種鋁合金表面化學處理方法，其目的是解決現在對鋁合金表面處理時、處理后的產品和處理液中含有毒、致癌的六價鉻離子，對人體健康形成嚴重危害，對環境存在嚴重污染的問題。本發明提供了一種鋁合金表面化學處理方法包括打磨、化學除油、堿蝕、出光、化學處理、沸水封閉工藝步驟；各步處理之后都用去離子水漂洗；其特征在于，所述化學處理液的配方是每升溶液中含高錳酸鉀0.0110克、硫酸鈦0.015克和潤濕劑十二烷基苯磺酸鈉O.110克，其余為去離子水；用硝酸或硫酸調節pH值在14范圍內；將出光后的鋁合金試樣浸入該化學處理液，控制處理溫度409(TC與處理時間18分鐘，進行化學處理。具體的鋁合金表面化學處理方法包括打磨、化學除油、堿蝕、出光、化學處理、沸水封閉工藝步驟。(1)打磨。用耐水砂紙依次打磨至800#。(2)化學除油。首先配制化學除油劑，配方如下組份含量(g/L)氫氧化鈉1030磷酸鈉1030碳酸鈉10300P-10(乳化劑)13去離子水余量將上述去離子水以外的組份按配方比例分別溶于去離子水中，混合制得水溶液，裝入容器中備用。將待處理的鋁合金試樣浸泡于上述水溶液中，保持溶液溫度5565'C，浸泡處理510分鐘。(3)堿蝕。將上述經化學除油的鋁合金試樣浸入50g/L氫氧化鈉，保持溫度5565°C，處理時間510分鐘。(4)出光。將上述經化學除油的鋁合金試樣浸入200g/L硝酸，常溫下處理18分鐘。(5)化學處理。其化學處理液配方為:_組份_含量(g/L)高錳酸鉀0.0110硫酸鈦0.015十二烷基苯磺酸鈉(潤濕劑)0.110去離子水__將去離子水以外的組份按配方分別以去離子水溶解，用硝酸或硫酸調節pH值在14范圍內。將上述經出光的鋁合金試樣浸入化學處理液中，控制處理溫度409(TC與處理時間18分鐘，進行化學處理。(6)沸水封閉。將上述經化學處理后的鋁合金試樣浸入沸騰的去離子水中封閉2030分鐘，然后在空氣中自然干燥即可。以上(1)(6)各步處理之后都必須用去離子水漂洗。除了化學處理以外，其余步驟都是現有技術。本發明相對現有技術，其優點如下本發明處理液由于不含六價鉻(鉻酸鹽)及氟離子，不含劇毒的鐵氰化鉀，對環境沒有污染；且處理液成份簡單，易于控制，不含易分解成分，工藝穩定。本發明所生成的保護膜為金黃色，色澤均勻，具有優良的表面質量。本發明所制備的保護膜為層片狀、致密、納米氧化物薄膜，因而具有優越的耐蝕性能。本發明原料易得，成本低，適于工業化生產。圖1為實施例1制備的氧化物薄膜的20000倍掃描電鏡圖(在20kV下操作的日立S-4700型掃描電子顯微鏡)。圖2為實施例1制備的氧化物薄膜的80000倍掃描電鏡圖(在20kV下操作的日立S-4700型掃描電子顯微鏡)。圖3為實施例1制備的氧化物薄膜的X射線光電子能譜圖(采用ThermoElectron公司生產的ESCALAB-250X射線光電子能譜儀)。圖4是實施例1所使用的LY12鋁合金空白樣、納米Mn/Ti復合氧化物薄膜、鉻酸鹽化學轉化膜在3.5y。NaCl溶液中的極化曲線比較。其中(1)空白試樣，(2)鉻酸鹽化學轉化膜，(3)納米Mn/Ti復合氧化物薄膜。圖5是實施例2所使用的LY12鋁合金空白樣、納米Mn/Ti復合氧化物薄膜、鉻酸鹽化學轉化膜在3.5。/。NaCl溶液中的極化曲線比較。其中(1)空白試樣，(2)鉻酸鹽化學轉化膜，(3)納米Mn/Ti復合氧化物薄膜。圖6是實施例3所使用的LY12鋁合金空白樣、納米Mn/Ti復合氧化物薄膜、鉻酸鹽化學轉化膜在3.5呢NaCl溶液中的極化曲線比較。其中(1)空白試樣，(2)鉻酸鹽化學轉化膜，(3)納米Mn/Ti復合氧化物薄膜。具體實施方式作為對比實驗的傳統鉻酸鹽化學處理配方及工藝參數如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例1:取20X70X2鵬LY12鋁合金試樣待用。(1)打磨。用耐水砂紙依次打磨至800"。(2)化學除油。首先配制化學除油劑，配方如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>0P-10(乳化劑)2將上述去離子水以外的組份按配方比例分別溶于去離子水中，混合制得水溶液，裝入容器中備用。將待處理的鋁合金試樣浸泡于上述水溶液中，保持溶液溫度55'C，浸泡處理5分鐘。(3)堿蝕。將上述經化學除油的鋁合金試樣浸入50g/L氫氧化鈉，保持溫度55'C，處理時間6分鐘。(4)出光。將上述經化學除油的鋁合金試樣浸入200g/L硝酸，常溫下處理3分鐘。(5)化學處理。其化學處理液配方為:_組份_含量(g/L)高錳酸鉀5硫酸鈦1十二烷基苯磺酸鈉(潤濕劑)0.1去離子水余量將去離子水以外的組份按配方分別以去離子水溶解，用硝酸調節pH值為2.5。將上述經出光的鋁合金試樣浸入化學處理液中，控制處理溫度6(TC與處理時間3分鐘，進行化學處理。(6)沸水封閉。將上述經化學處理后的鋁合金試樣浸入沸騰的去離子水中封閉25分鐘，然后在空氣中自然干燥即可。以上(1)(6)各步處理之后都必須用去離子水漂洗。從圖1可看出該氧化物薄膜呈相互交叉的針狀結構，非常致密。從圖2可看出該氧化物薄膜為層片狀結構，片層的平均厚度為20nm左右。圖3所示X射線光電子能譜分析表明，氧化物薄膜的主要成分為氧、鋁、碳、錳、鈦。測得的極化曲線如圖4所示。可看出電化學方法得到的納米Mn/Ti復合氧化物薄膜比鉻酸鹽化學轉化膜和空白試樣的維鈍電流密度都要小，這就說明本發明得到的納米Mn/Ti復合氧化物薄膜耐蝕性更高。實施例2:取20X70X2mmLY12鋁合金試樣待用。(1)打磨。用耐水砂紙依次打磨至800#。(2)化學除油。首先配制化學除油劑，配方如下:組份含量(g/L)氫氧化鈉25磷酸鈉25碳酸鈉250P-10(乳化劑)2去離子水余量將上述去離子水以外的組份按配方比例分別溶于去離子水中，混合制得水溶液，裝入容器中備用。將待處理的鋁合金試樣浸泡于上述水溶液中，保持溶液溫度55。C，浸泡處理5分鐘。(3)堿蝕。將上述經化學除油的鋁合金試樣浸入50g/L氫氧化鈉，保持溫度55'C，處理時間6分鐘。(4)出光。將上述經化學除油的鋁合金試樣浸入200g/L硝酸，常溫下處理3分鐘。(5)化學處理。其化學處理液配方為:_組份_含量(g/L)高錳酸鉀10硫酸鈦0.01十二烷基苯磺酸鈉(潤濕劑)5去離子水余量將去離子水以外的組份按配方分別以去離子水溶解，用硫酸調節pH值為4。將上述經出光的鋁合金試樣浸入化學處理液，控制處理溫度4(TC與處理時間1分鐘，進行化學處理。(6)沸水封閉。將上述經化學處理后的鋁合金試樣浸入沸騰的去離子水中封閉20分鐘，然后在空氣中自然干燥即可。以上(1)(6)各步處理之后都必須用去離子水漂洗。測得的極化曲線如圖5所示。可看出電化學方法得到的納米Mn/Ti復合氧化物薄膜比鉻酸鹽化學轉化膜和空白試樣的維鈍電流密度都要小，這就說明本發明得到的納米Mn/Ti復合氧化物薄膜耐蝕性更高。實施例3:取20X70X2咖LY12鋁合金試樣待用。(1)打磨。用耐水砂紙依次打磨至80(T。(2)化學除油。首先配制化學除油劑，配方如下:組份含量(g/L)氫氧化鈉25磷酸鈉25碳酸鈉25OP-10(乳化劑)2去離子水余量將上述去離子水以外的組份按配方比例分別溶于去離子水中，混合制得水溶液，裝入容器中備用。將待處理的鋁合金試樣浸泡于上述水溶液中，保持溶液溫度55'C，浸泡處理5分鐘。(3)堿蝕。將上述經化學除油的鋁合金試樣浸入50g/L氫氧化鈉，保持溫度55'C，處理時間6分鐘。(4)出光。將上述經化學除油的鋁合金試樣浸入200g/L硝酸，常溫下處理3分鐘。(5)化學處理。其化學處理液配方為:_組份_含量(g/L)高錳酸鉀0.01硫酸鈦5十二垸基苯磺酸鈉(潤濕劑)10去離子水余量將去離子水以外的組份按配方分別以去離子水溶解，用硫酸調節pH值為1。將上述經出光的鋁合金試樣浸入化學處理液，控制處理溫度9(TC與處理時間8分鐘，進行化學處理。(6)沸水封閉。將上述經化學處理后的鋁合金試樣浸入沸騰的去離子水中封閉30分鐘，然后在空氣中自然干燥即可。以上(1)(6)各步處理之后都必須用去離子水漂洗。測得的極化曲線如圖6所示。可看出電化學方法得到的納米Mn/Ti復合氧化物薄膜比鉻酸鹽化學轉化膜和空白試樣的維鈍電流密度都要小，這就說明本發明得到的納米Mn/Ti復合氧化物薄膜耐蝕性更高。權利要求1、一種鋁合金表面化學處理方法，包括打磨、化學除油、堿蝕、出光、化學處理、沸水封閉工藝步驟；各步處理之后都用去離子水漂洗；其特征在于所述化學處理液的配方是每升溶液中含高錳酸鉀0.0110克、硫酸鈦0.015克和潤濕劑十二烷基苯磺酸鈉0.110克，其余為去離子水；用硝酸或硫酸調節pH值在14范圍內；將出光后的鋁合金試樣浸入該化學處理液，控制處理溫度4090'C與處理時間18分鐘，進行化學處理。全文摘要一種鋁合金表面化學處理方法屬精細化工領域。該處理方法是將鋁合金置于含高錳酸鉀0.01～10克/升，硫酸鈦0.01～5克/升，潤濕劑十二烷基苯磺酸鈉0.1～10克/升，pH值1～4，溫度40～90℃的槽液中處理1～8分鐘，再用沸水封閉20～30分鐘，即可在鋁合金表面上形成均勻致密、厚度一定的金黃色轉化膜。該轉化膜具有優越的耐蝕性能。本發明能夠很好地解決現在鉻酸鹽溶液對鋁合金表面處理時、處理后的產品或排放物含有六價鉻，嚴重污染環境和危害人體健康等方面存在的問題，且耐蝕性與鉻酸鹽溶液處理后的耐蝕性相當。文檔編號C23G1/22GK101122017SQ200710122088公開日2008年2月13日申請日期2007年9月21日優先權日2007年9月21日發明者呂勇武,禹左,熊金平申請人:北京化工大學