专利名称：铝合金表面磷化处理液及磷化方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金表面磷化处理液及磷化方法，属于金属表面化学转化膜处 理技术领域。
背景技术：
近年来，各国对新型铝材的研究取得了显著的成绩，各种高性能、高强度、轻质化 的挤压型材、管材、板材等成为工业生产中的理想材料，并有取代钢铁，成为基础材料的趋 势。铝合金种类繁多，根据其用途分为铸造用合金和压力加工用合金，前者用于生产各类铸 件，后者用于生产各类加工材(如板、带、管等)。铝材的应用日趋广泛，人们对铝材的要求也在不断提高，不但要求铝材有较高的 机械性能，还要求有良好的外观和耐蚀性能，铝合金在加入镁、锌、铜等元素后，抗拉强度提 高，而耐蚀性降低。为弥补这种不足，通常对铝材进行表面处理，最常用的方法之一就是采 用涂装工艺，涂装处理可以极大地改善铝材的外观和耐蚀性，但首要问题是铝材表面光滑， 尤其是铝材表面覆盖了一层氧化膜，造成涂膜附着力差，易起泡、开裂。为了更好地与涂料 配套，增强涂膜附着力和耐蚀性，在现有的铝材涂装前处理工艺中，可以使用磷化工艺。磷化处理技术在工业上应用很广泛，用作涂层基底是它的主要用途之一。磷化膜 具有多孔性，涂料可以渗入到这些孔隙中，因而能显著地提高涂层的结合力。此外，磷化膜 又能使金属表面由优良导体转变为不良导体，从而抑制了金属表面微电池的形成，有效地 抑制涂层的失效，可以成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性，所以磷化膜已被公认为涂层最 良好的基底。由于金属铝表面较光滑，且覆有一层氧化膜，所以在漆涂前要采取适当的表面 处理，以减少铝材的腐蚀，延长使用寿命，并满足其对环境的适应性。为此，铝材磷化处理已 成为漆前表面处理工艺中不可缺少的一个环节。通常铝材磷化处理液分为含铬磷化和无铬磷化。含铬磷化尽管具有优良的涂装性 能，但六价铬有毒，对环境有污染，是职业致癌物且废水处理成本很高，根据各国制定并实 施的工业废水排放标准，严格限制了铬在金属表面处理中的使用。因此，在满足世界各国日 益严格地环保条件下，无铬磷化不失为铝材涂装前处理工艺中较理想、环保的方法，它具有 与含铬磷化处理相当的漆膜配套附着力和耐盐雾性能而又不含铬。铝材在传统的钢铁用磷化液中成膜很差或者基本不成膜，因为铝在酸的作用下溶 解产生的铝离子蓄积到一定程度后，会使磷化液“中毒”，严重阻碍磷化的进行，在铝钢混材 同槽磷化时，还会遏制钢材磷化的进行。铝材涂装打底用磷化采用锌系磷化工艺，目前使用 的铝材磷化液“P比”低甚或无“P比”，膜疏松、膜重较大，造成磷化膜与阴极电泳配套后漆 膜附着力差，耐盐雾性差；磷化结晶尺寸较大，呈针状或块状，没有颗粒状结晶。在现有的文献报道中。如《电镀工艺手册》(机械工业出版社1997年8月第二版)； 又如中国专利 ZL92102593. 9、ZL200510013473. 6、ZL200610092988. 4，其中公开的主要为钢 铁表面磷化处理的磷化液，关于铝合金表面磷化处理的报道较少。因此，寻找一种对于铝合金磷化效果好、表面膜致密的磷化液及磷化处理方法，是具有重要意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供-处理方法。
4中耐蚀性高、附着力好的铝合金表面磷化处理液及磷化
步骤
本发明高性能铝合金表面磷化处理液及磷化方法，其特征在于具有以下的过程与
a.确定磷化液的配方，磷化液的组成成分及含量为
Zn'+4. 0 8. Og/L,
P0,15. 0 30. Og/L,
Γ1· 5 1. 8g/L,
Ni2+0· 7 0. 9g/L,
钼酸铵 1. 0 1. 2g/L， 硝酸胍 0. 4 0. 8g/L， 水杨酸 0. 2 0. 6g/L， 磷化处理液用去离子水配制。
磷化处理液的PH值用30wt. % NaOH溶液调节至3. 5 3. 7。 b.将铝合金片先用1 6号金相砂纸对铝材表面进行打磨，再将试片放入丙酮中 超声清洗，10秒后取出，并用去离子水冲净表面，然后采用0. lmol/L氢氧化钠溶液浸蚀，反 应除去铝材表面的氧化膜，碱蚀后立即用流水清洗；c.再将铝合金片浸入到5g/L的表面调整液中表面调整1 2min，表面调整液的 成分为多聚磷酸钛(IV)；d.将表面调整完毕的铝合金片放入上述配置好的磷化液中，控制磷化液温度在 40°C左右，磷化反应时间为5分钟；e.磷化反应完毕后，铝合金片用去离子水清洗20 30秒钟，然后用70 80°C的 热风吹干，磷化处理过程就完成了。通过上述技术方案，本发明的优点是(1)磷化工作温度低，磷化沉渣少；(2)磷化膜成膜速度快，且形成的磷化膜均勻致密；(3)形成的磷化膜具有良好的耐腐蚀性，且具有减摩、润滑等作用；(4)磷化液不含亚硝酸盐及其他重金属，磷化液便于管理控制，使用周期长；(5)磷化方法操作简单，磷化液的组成简单，原材料容易购买。
图1为经实施例2所描述的磷化液和磷化处理方法处理的铝合金表面磷化膜层的 扫描电子显微镜照片，照片放大倍数为5000倍。
具体实施例方式
现将本发明的实例具体叙述于后。
实施例1本实施例中，采用磷化液的配方为(每升含)Zn2+5· 0g, P043_20g，F_l. 5g， Ni2+O. 7g，钼酸铵1. 0g，硝酸胍0. 6g，水杨酸0. 4g ；磷化处理液用去离子水配制，磷化处理液 的PH值用30wt. % NaOH溶液调节至3. 5 3. 7。将铝合金片先用1 6号金相砂纸对铝材表面进行打磨，再将试片放入丙酮中超 声清洗10秒，并用去离子水冲净表面；然后采用0. lmol/L氢氧化钠溶液浸蚀，碱蚀后要及 时用流水清洗；再将铝合金片浸入到5g/L多聚磷酸钛(IV)的表面调整液中表面调整1 2min ；将表面调整完毕的铝合金片放入上述配置好的磷化液中，控制磷化液温度在40°C左 右，磷化反应时间为5分钟。磷化反应完毕后，铝合金片用去离子水清洗20 30秒，然后 用70 80°C的热风吹干，磷化过程即完成。该磷化膜呈灰黑色，膜层均勻致密，膜重为2. 78g/m2。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为 116秒；磷化膜附着力达到一级。实施例2本实施例中，采用磷化液的配方为(每升含)Zn2+5. 8g，P043_24g，F_l. 5g， Ni2+O. 8g，钼酸铵1. 2g，硝酸胍0. 6g，水杨酸0. 4g ；磷化处理液用去离子水配制，磷化处理液 的PH值用30wt. % NaOH溶液调节至3. 5 3. 7。铝合金片的预先处理过程及磷化处理过程与上述实施例1完全相同。该磷化膜呈灰黑色，膜层均勻致密，膜重为3. 56g/m2。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为 137秒；磷化膜附着力达到一级。实施例3本实施例中，采用磷化液的配方为(每升含)Zn2+6. 0g, P043_24g，F_ 1. 8g， Ni2+O. 9g，钼酸铵1. 2g，硝酸胍0. 6g，水杨酸0. 4g ；磷化处理液用去离子水配制，磷化处理液 的PH值用30wt. % NaOH溶液调节至3. 5 3. 7。铝合金片的预先处理过程及磷化处理过程与上述实施例1完全相同。该磷化膜呈灰黑色，膜层均勻致密，膜重为3. 77g/m2。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为 129秒；磷化膜附着力达到一级。实施例4本实施例中，采用磷化液的配方与实施例2完全相同。铝合金片的预先处理过程与实施例1略有不同，不同之处在于未将铝合金片浸入 到5g/L多聚磷酸钛(IV)的表面调整液中表面调整1 2min，其他预处理步骤与实施例相 同；磷化处理过程与上述实施例1完全相同。该磷化膜呈灰黑色，膜层均勻，膜重为2. 47g/m2。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为79 秒；磷化膜附着力达到一级。
权利要求
一种铝合金表面磷化处理液，其特征在于它的配方为Zn2+ 4.0～8.0g/L，PO43 15.0～30.0g/L，F 1.5～1.8g/L，Ni2+ 0.7～0.9g/L，钼酸铵1.0～1.2g/L，硝酸胍0.4～0.8g/L，水杨酸0.2～0.6g/L，磷化处理液用去离子水配制；磷化处理液的pH值用30wt.％NaOH溶液调节至3.5～3.7。
2. —种铝合金表面磷化方法，其特征在于它的操作顺序和步骤如下a.将铝合金片先用1 6号金相砂纸对铝材表面进行打磨，再将试片放入丙酮中超声 清洗，10秒后取出，并用去离子水冲净表面，然后采用0. lmol/L氢氧化钠溶液浸蚀，反应除去铝合金片表面的氧化膜，碱蚀后立即用流水清洗；b.再将铝合金片浸入到5g/L多聚磷酸钛(IV)的表面调整液中表面调整1 2min；c.将表面调整完毕的铝合金片放入按权利要求1配方配置好的磷化液中，控制磷化液 温度在40°C，磷化反应时间为5分钟；d.磷化反应完毕后，铝合金片用去离子水清洗20 30秒钟，然后用70 80°C的热风 吹干。
全文摘要
本发明涉及一种铝合金表面磷化处理液及磷化方法，属金属表面化学转化膜处理技术领域。本发明主要步骤如下(1)确定磷化液配方，其组成成分及其含量为Zn2+4.0～8.0g/L，PO43-15.0～30.0g/L，F-1.5～1.8g/L，Ni2+0.7～0.9g/L，钼酸铵1.0～1.2g/L，硝酸胍0.4～0.8g/L，水杨酸0.2～0.6g/L；磷化处理液用去离子水配制，磷化处理液的pH值用30wt.％NaOH溶液调节至3.5～3.7。(2)将铝合金片打磨抛光，用丙酮除油，再用0.1mol/L氢氧化钠溶液浸蚀，并浸入到5g/L的表面调整液中表面调整1～2min，随后放入上述的磷化液中。(3)控制磷化液温度在40℃左右，磷化反应时间为5分钟。(4)将铝合金片用去离子水清洗并用热风吹干。磷化处理后所形成的磷化膜具有较好的耐腐蚀性，形成的薄膜均匀致密。
文档编号C23C22/42GK101892479SQ201010227758
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者周琼宇, 林海, 王毅, 王超, 盛敏奇, 钟庆东, 陈懿 申请人:上海大学