一种铝单板无铬前处理工艺的制作方法

本发明涉及铝型材制造工艺，尤其涉及铝单板无铬钝化处理工艺。

背景技术：

铝合金在自然环境中使用时会出现老化、腐蚀等问题，进而严重的影响了其使用特性，因此需要进行防腐蚀的表面处理，如磷化处理、钝化处理、喷漆处理等。而铝表面附着力较差,直接喷涂油漆是很难和铝材表面有良好的附着力的。因此，铝单板在涂装前需要进行前处理，清洗铝单板表面并在其表面形成钝化层，增强油漆附着力及增加涂层抗腐蚀能力。钝化处理一般使用铬酸盐溶液，而铬为重金属，含铬污水为重度污染源，用于铬化处理的水槽，需要经过严格去铬处理才能排放，污水处理成本高，经处理后的含铬固化物，需要再进行回收处理，增加了处理成本。此外，经铬化的产品带有铬元素，当产品不再使用时，直接废弃会造成环境污染。

可见，现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种铝单板无铬前处理工艺，旨在解决现有技术中因钝化剂含铬使铝单板加工时产生重金属污染的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种铝单板无铬前处理工艺,包括以下步骤：

s001.第一道水洗：将铝单板置于不断溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s002.碱洗：将第一道水洗后的铝单板置于装有碱洗剂的碱洗槽内，常温浸渍3～8min；

s003.第二道水洗：将碱洗后的铝单板再次置于不断溢流的自来水槽中，常温空气搅拌1～2min；

s004.酸洗：将第二道水洗后的铝单板置于装有酸洗剂的脱脂槽内，常温浸渍5～15min；

s005.第三道水洗：将酸洗后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s006.出光：将第三道水洗后的铝单板置于装有出光剂的出光槽中，常温下浸渍2～5min；

s007.第四道水洗：将出光后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s008.第一道纯水洗：将第四道水洗后的铝单板置于溢流的纯水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s009.无铬转化：将第一道纯水洗后的铝单板置于装有钝化剂的钝化槽中，常温下浸渍1～2min；

s010.第五道水洗：将无铬转化后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s011.第二道纯水洗：将第五道水洗后的铝单板再次置于溢流的纯水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s012.烘干：将铝单板表面的水滴干，置于烘炉中100℃以下烘干，使材料表面无残留水份，得到无铬处理的铝单板。

所述铝单板无铬前处理工艺中，所述自来水、碱洗剂、酸洗剂、出光剂和钝化剂所含铁离子浓度均为10ppm以下。

所述铝单板无铬前处理工艺中，所述步骤s002的碱洗剂中游离碱含量为30～50g/l，铝离子含量为40g/l。

所述铝单板无铬前处理工艺中，所述出光剂的酸度点数为13～27点。

所述铝单板无铬前处理工艺中，所述的钝化剂ph值为3.0～3.6。

所述铝单板无铬前处理工艺中，所述钝化剂所含磷酸根的浓度为100ppm以下。

所述铝单板无铬前处理工艺中，所述步骤s008中纯水的电导率＜100μs/cm，步骤s011中纯水的电导率＜30μs/cm。

有益效果：

所述铝单板无铬前处理工艺步骤简单，改用不含重金属的无铬前处理，避免了产生含铬污水和含铬固化物等重度污染源，解决了污染物处理成本高的问题。所述采用五道水洗工序和两道纯水洗工序，以保持干净并避免了铝合金表面受到污染，同时，所述铝单板抗腐蚀性和油漆附着力达到了铬酸盐钝化处理的铝单板的水平。

附图说明

图1为所述铝单板无铬前处理工艺的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供一种铝单板无铬前处理工艺，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供一种铝单板无铬前处理工艺,包括以下步骤：

s001.第一道水洗：将铝单板置于不断溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s002.碱洗：将第一道水洗后的铝单板置于装有碱洗剂的碱洗槽内，常温浸渍3～8min；

s003.第二道水洗：将碱洗后的铝单板再次置于不断溢流的自来水槽中，常温空气搅拌1～2min；

s004.酸洗：将第二道水洗后的铝单板置于装有酸洗剂的脱脂槽内，常温浸渍5～15min；

s005.第三道水洗：将酸洗后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s006.出光：将第三道水洗后的铝单板置于装有出光剂的出光槽中，常温下浸渍2～5min；

s007.第四道水洗：将出光后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s008.第一道纯水洗：将第四道水洗后的铝单板置于溢流的纯水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s009.无铬转化：将第一道纯水洗后的铝单板置于装有钝化剂的钝化槽中，常温下浸渍1～2min；

s010.第五道水洗：将无铬转化后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s011.第二道纯水洗：将第五道水洗后的铝单板再次置于溢流的纯水槽中，常温下空气搅拌1～2min；

s012.烘干：将铝单板表面的水滴干，置于烘炉中100℃以下烘干，使材料表面无残留水份，得到无铬处理的铝单板。

所述工艺采用了五道水洗工序和两道纯水洗工序，且水洗时自来水以一定速率不断溢流,尽量铝合金表面以保持干净并避免了铝合金表面受到污染。所述碱洗剂浓度为3%～5%，即30～50kg/m³；所述酸洗剂浓度为3%～5%，即30～50kg/m³；所述出光剂浓度为4.5%～6%，即45～60kg/m³；所述钝化剂浓度为1.5%～2.0%，即15kg～20kg/m³。

步骤s001的目的是清理铝单板上的杂质、污垢和部分油脂；步骤s002目的是进一步去除表面的脏物和油脂，除铝单板表面的自然氧化膜，以显露出纯净的金属基体，若铝单板沾污严重或有不平整的油脂残质，须作预脱脂处理，才能获得平整的浸蚀表面；步骤s003的目的是洗去铝单板上残留的碱洗剂，避免残留的碱洗剂与酸洗剂混合、反应而降低酸洗剂浓度和酸值；步骤s004的目的是进一步清洗铝表面油脂的同时还可清除表面较轻的氧化薄膜，使表面可保持铝的原有光泽；浸渍时间根据酸洗剂使用时间决定，酸洗剂的使用时间越长，浸渍时间越长；步骤s005的目的是洗去铝单板上残留的酸洗剂，避免残留的酸洗剂与出光剂混合而降低酸洗剂浓度和提高其酸度；步骤s006的目的是除去铝单板表面因碱洗等造成的污斑；步骤s007的目的是洗去铝单板上残留的出光剂，避免出光剂残留；步骤s008可避免自来水中带有铁离子和其他离子对钝化膜生成造成影响；步骤s009采用无铬的钝化剂在铝单板表面生成化学惰性钝化膜表面，使铝单板具有耐腐蚀的性能，环境温度提高时，应适当减少浸渍时间；s010的目的是洗去铝单板上残留的钝化剂，避免钝化剂残留；步骤s011除去铝单板上的自来水中可能带有的离子和杂质，避免影响钝化膜性能；步骤s012中的烘干温度低于100℃，避免生成的钝化膜产生裂纹，影响钝化膜的防腐性能，根据季节环境温度情况，亦可选择自然晾干。

具体地，所述自来水、碱洗剂、酸洗剂、出光剂和钝化剂所含铁离子浓度均为10ppm以下，即溶液中铁离子低于10mg/l；即使是在低浓度下，铁离子也会与聚合物发生絮凝产生凝聚物，该凝聚物会沉降到工件上。因此，生产线上应排除一切铁离子的来源，铁离子最大浓度不超过10ppm，即生产线上的自来水、碱洗剂、酸洗剂、出光剂和钝化剂中铁离子均不超过10mg/l。

具体地，所述步骤s002的碱洗剂中游离碱含量为30～50g/l，铝离子含量为40g/l。当的铝离子含量偏高时，铝单板酸洗时，酸洗的浸渍时间过长容易出现流痕；游离碱浓度过低会降低对铝单板的碱洗效果；碱洗剂更换频率取决于产量及工件的油污量。在一个优选方案中，采用型号p3-almeco57碱洗剂的碱洗效果显著。

碱洗剂需要定期测定游离碱与铝离子含量，测定游离碱与铝离子含量具体方法为：取5ml碱洗槽中的碱洗剂，加入100ml的水稀释，再加入几滴酚酞指示剂，然后用0.5mol/l的盐酸滴定至颜色从红色变为无色。消耗的酸记为“a”ml，上面被中和后的试样立即加入约5g的固体naf，并用力摇动0.5～1min，这时溶液会变红。然后再用0.5mol/l的盐酸滴定至无色。再加入naf检查反应是否完全。当加入新的naf后1min内溶液不变红色，则滴定反应已完成。消耗的酸记为“b”ml。根据公式：游离碱(g/l)=1.83(3a-b)铝离子(g/l)=b，求得测定的游离碱与铝离子含量。

进一步地，酸洗剂的重量百分比浓度影响铝单板的酸洗效果，因此，需要控制在3%～8%的范围内，即30～50kg/m³，以保持良好的酸洗效果。当的铝离子含量偏高时，工件经碱洗后浸渍时间过长容易出现流痕，可缩短浸渍时间。酸洗剂更换频率具体取决于产量及工件的处理时间。在一个优选方案中，采用型号p3-almecoac酸洗剂的酸洗效果显著。

酸洗剂需要进行重量百分比浓度的测定，测定重量百分比浓度的具体方法为：移取10ml脱脂槽中的酸洗剂至锥形瓶中；加100ml蒸馏水；加2～3滴的溴酚蓝指示剂；用1.0mol/l的naoh滴定直至黄色变为蓝色。通过公式：酸洗剂重量百分比浓度w/v=所消耗的naoh毫升数×1.68，计算求得酸洗剂的重量百分比浓度。

具体地，所述出光剂的酸度点数为13～27点。防止铝单板上带有的水分过度稀释出光剂，降低出光效果；测定酸度点数的目的是防止步骤s004酸洗剂残留对铝单板的出光过程造成影响；出光剂更换频率具体取决于产量及工件的处理时间。在一个优选方案中，采用型号p3-almecod90出光剂的出光效果显著。

出光剂需要定期测定浓度和酸度点数，所述测定出光剂浓度的具体方法为：取5ml出光槽中的出光剂，用纯水稀释至100ml，加入一茶匙ki，20ml浓盐酸，用0.1mol/l硫代硫酸钠滴定至黄色。然后加几滴淀粉溶液,继续滴定至黑紫红色消失为终点。根据硫代硫酸钠耗用的毫升数，求得出光剂浓度。

所述测定出光剂酸度点数的具体方法为：取50ml出光槽中的出光剂，加蒸馏水至100ml，用1.0mol/lnaoh滴定，并用ph计测至ph为2.50,酸度点数为滴定naoh时滴管的点数。

具体地，所述钝化剂ph值为3.0～3.6。所述的钝化剂ph值为3.0～3.6，避免ph值影响钝化膜的生成，降低钝化效果。钝化剂的更换频率具体取决于产量及工件的处理时间。在一个优选方案中，采用型号alodine5200mu钝化剂的钝化效果显著。

钝化剂定期需要进行浓度和ph值测定，所述ph值的测定方法为：取出钝化剂，采用ph计直接测量。

所述钝化剂浓度的测定方法为：用移液管吸取10mll的0.04mol/l的高锰酸钾标准溶液到150ml的烧杯中，再加入50ml水，然后再加入5ml的50%的硫酸溶液。取出钝化槽中的钝化剂滴定至紫色褪为黄色时，记录滴定读数，即钝化剂消耗量，所述体积浓度可以按下面的表格来确定：

由表格可知，滴定读数越大浓度越低，夏天时应控制在25～30ml内。

具体地，所述钝化剂所含磷酸根的浓度为100ppm以下。磷酸盐会抑制转化膜生成，因此，当使用酸性清洗剂清洗钝化槽时，推荐使用不含磷酸根的清洗剂，磷酸根的最大浓度应控制为100mg/l以下，即不超过100ppm。另外，钝化剂中不含铬离子，而且，铬离子抑制转化膜的生成。

具体地，所述步骤s008中，所述纯水的电导率＜100μs/cm，步骤s011中纯水的电导率＜30μs/cm。电导率＜100μs/cm的纯水可减少自来水中的铁离子和其他离子，避免铁离子和其他离子对钝化膜生成造成影响，最后电导率＜30μs/cm的纯水冲刷可减少杂质污染铝单板表面。

所述无铬处理的铝单板的抗腐蚀性和油漆附着力达到了铬酸盐钝化处理的铝单板的水平。对无铬处理的铝单板表面进行氟碳喷涂，干燥后，进行干式附着力、湿式附着力、沸水煮、耐硝酸、耐盐酸、耐盐雾和耐老化测试。在干式附着力、湿式附着力、耐盐雾和沸水煮测试中均无漆膜脱落，无起泡；耐硝酸性能测试中色差△e≤5；耐盐酸测试中在试样上滴加盐酸，盖上玻璃盖保持15min后，用自来水冲洗掉酸液，漆膜不起泡，无可见变化；耐老化测试中将试样置于老化机4000h，色差值△e≤3，光泽度保持率≥70%。

所述干式附着力测试的具体步骤为：用划格器在试样上画出11条间距为1mm的线，再以90°角划出11条相同的间距的线，粘上胶带，室温18～27℃中，紧以除去间隙和气泡，以垂直于基材表面的角度快速拉起胶带，观察划格区内外有无漆膜脱落。

所述湿式附着力测试的具体步骤为：按干式附着力画好格，把试样放在38℃±5℃蒸馏水中侵泡24h，擦干试样，在5min内粘上胶带，室温18～27℃中，压紧以除去间隙和气泡，以垂直于基材表面的角度快速拉起胶带，观察划格区内外有无漆膜脱落。

所述沸水煮测试的具体步骤为：压力锅中煮沸20min，擦拭干后，5min内按照干式附着力测试步骤进行测试。

所述耐盐雾测试的具体步骤为：用小刀将漆膜划至露底，将其放入盐雾试验仪中，4000h后取出，并擦干，将胶带分别粘贴在划格区及无损区，压紧以除去间隙和气泡，垂直于试样表面的角度快速拉起胶带观察漆膜脱落。

所述耐硝酸测试的具体步骤为：将试样涂层朝下盖在广口瓶口，保持30min后，冲洗干净、擦干并放置1h后立即观察颜色变化，对比酸暴露和未酸暴露表面颜色变化，用色差仪测量。

为进一步的阐述本发明提供的一种铝单板无铬前处理工艺，提供如下实施例。

实施例1

一种铝单板无铬前处理工艺，包括以下步骤：

第一道水洗：将铝单板置于不断溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1min；

碱洗：将第一道水洗后铝单板置于装有浓度为4%碱洗剂的碱洗槽内，常温浸渍6min；

第二道水洗：将碱洗后的铝单板再次置于不断溢流的自来水槽中，常温空气搅拌2min；

酸洗：将第二道水洗后的铝单板置于装有浓度为3%酸洗剂的脱脂槽内，常温浸渍10min；

第三道水洗：将酸洗后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌2min；

出光：将第三道水洗后的铝单板置于装有浓度为6%出光剂的出光槽中，常温下浸渍3min；

第四道水洗：将出光后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1min；

第一道纯水洗：将第四道水洗后的铝单板置于溢流的电导率为90μs/cm纯水槽中，常温下空气搅拌1min；

无铬转化：将第一道纯水洗后的铝单板置于装有浓度为1.5%钝化剂的钝化槽中，常温下浸渍1min；

第五道水洗：将无铬转化后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌2min；

第二道纯水洗：将第五道水洗后的铝单板再次置于溢流的电导率为25μs/cm纯水槽中，常温下空气搅拌2min；

烘干：将铝单板表面的水滴干，置于烘炉中100℃烘干，使材料表面无残留水份，得到无铬处理的铝单板。

所述钝化剂所含磷酸根的浓度为90ppm，所述无铬处理的铝单板氟碳喷涂后，在干式附着力、湿式附着力、耐盐雾和沸水煮测试中均无漆膜脱落，无起泡；耐硝酸性能测试中色差△e=5；耐盐酸测试中在试样上滴加盐酸，盖上玻璃盖保持15min后，用自来水冲洗掉酸液，漆膜不起泡，无可见变化；耐老化测试中将试样置于老化机4000h，色差值△e=3，光泽度保持率为75%。

实施例2

一种铝单板无铬前处理工艺,包括以下步骤：

第一道水洗：将铝单板置于不断溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌2min；

碱洗：将第一道水洗后铝单板置于装有浓度为5%碱洗剂的碱洗槽内，常温浸渍3min；

第二道水洗：将碱洗后的铝单板再次置于不断溢流的自来水槽中，常温空气搅拌1min；

酸洗：将第二道水洗后的铝单板置于装有浓度为5%酸洗剂的脱脂槽内，常温浸渍5min；

第三道水洗：将酸洗后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌2min；

出光：将第三道水洗后的铝单板置于装有浓度为4.5%出光剂的出光槽中，常温下浸渍2min；

第四道水洗：将出光后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌2min；

第一道纯水洗：将第四道水洗后的铝单板置于溢流的电导率为95μs/cm纯水槽中，常温下空气搅拌2min；

无铬转化：将第一道纯水洗后的铝单板置于装有浓度为2.0%钝化剂的钝化槽中，常温下浸渍1min；

第五道水洗：将无铬转化后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1min；

第二道纯水洗：将第五道水洗后的铝单板再次置于溢流的电导率为28μs/cm纯水槽中，常温下空气搅拌1min；

烘干：将铝单板表面的水滴干，置于烘炉中80℃烘干，使材料表面无残留水份，得到无铬处理的铝单板。

所述钝化剂所含磷酸根的浓度为95ppm，所述无铬处理的铝单板在氟碳喷涂后，在干式附着力、湿式附着力、耐盐雾和沸水煮测试中均无漆膜脱落，无起泡；耐硝酸性能测试中色差△e=3；耐盐酸测试中在试样上滴加盐酸，盖上玻璃盖保持15min后，用自来水冲洗掉酸液，漆膜不起泡，无可见变化；耐老化测试中将试样置于老化机4000h，色差值△e=2，光泽度保持率为80%。

实施例3

一种铝单板无铬前处理工艺,包括以下步骤：

第一道水洗：将铝单板置于不断溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1min；

碱洗：将第一道水洗后铝单板置于装有浓度为3%碱洗剂的碱洗槽内，常温浸渍8min；

第二道水洗：将碱洗后的铝单板再次置于不断溢流的自来水槽中，常温空气搅拌1min；

酸洗：将第二道水洗后的铝单板置于装有浓度为4%酸洗剂的脱脂槽内，常温浸渍15min；

第三道水洗：将酸洗后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌1min；

出光：将第三道水洗后的铝单板置于装有浓度为5%出光剂的出光槽中，常温下浸渍5min；

第四道水洗：将出光后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌2min；

第一道纯水洗：将第四道水洗后的铝单板置于溢流的电导率为98μs/cm纯水槽中，常温下空气搅拌2min；

无铬转化：将第一道纯水洗后的铝单板置于装有浓度为1.8%钝化剂的钝化槽中，常温下浸渍2min；

第五道水洗：将无铬转化后的铝单板再次置于溢流的自来水槽中，常温下空气搅拌2min；

第二道纯水洗：将第五道水洗后的铝单板再次置于溢流的电导率为28μs/cm纯水槽中，常温下空气搅拌1min；

烘干：将铝单板表面的水滴干，置于烘炉中90℃烘干，使材料表面无残留水份，得到无铬处理的铝单板。

所述钝化剂所含磷酸根的浓度为100ppm，所述无铬处理的铝单板氟碳喷涂后，在干式附着力、湿式附着力、耐盐雾和沸水煮测试中均无漆膜脱落，无起泡；耐硝酸性能测试中色差△e=4；耐盐酸测试中在试样上滴加盐酸，盖上玻璃盖保持15min后，用自来水冲洗掉酸液，漆膜不起泡，无可见变化；耐老化测试中将试样置于老化机4000h，色差值△e=1，光泽度保持率为82%。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。