本发明属于材料加工
技术领域：
，具体涉及一种铝合金材料表面磷化处理工艺。
背景技术：
：纯铝的机械强度低，为此常加入镁、锌、铜、硅和锰等元素对其改性，改性后的铝合金机械强度增加,但耐蚀性有所降低。为此需对铝合金进行表面处理。目前传统的阳极氧化法与铬酸盐技术已经较为成熟，但前者投资大、成本高；后者使用的六价铬是致癌物，各国和地区都实施了工业废水排放标准，严格限制铬在金属表面处理中的使用。无铬磷化处理技术是目前铝合金材料表面处理中较为常见的技术之一，其具有环境友好，处理工艺简单等优点，但同时也存在着处理时间较长、处理后所得磷化膜质量不高等问题，因此仍需进一步的优化。技术实现要素：本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种铝合金材料表面磷化处理工艺。本发明是通过以下技术方案实现的：一种铝合金材料表面磷化处理工艺，包括如下步骤：（1）表面预处理：a.用200目的砂纸对将待加工的铝合金材料表面进行打磨处理，完成后用清水冲去表面的碎屑后备用；b.将操作a处理后的铝合金材料浸入到除油液中进行除油脱脂处理，加热保持除油液的温度为35~40℃，浸泡处理40~45min后将铝合金材料取出后备用，所述的除油液中各物质及其重量份为：1~4份焦磷酸钠、2~5份烷基酚聚氧乙烯醚、10~14份丙酮、100~120份水；c.用清水对操作b处理后的铝合金材料表面进行冲洗处理后，再沥干表面水分后备用；（2）磷化处理液制备：a.将纳米二氧化钛与硅烷偶联剂按照质量比1：4~6的比例混合后放入反应釜中，然后加热保持反应釜内的温度为70~75℃，以800~1000转/分的转速搅拌处理20~25min后过滤，滤出纳米二氧化钛备用；b.将操作a所得的纳米二氧化钛与端羟基聚丁二烯丙烯腈按照重量比1：2~2.5进行混合后放入反应釜内，再加入其总质量5~7倍的甲苯，此时加热保持反应釜内的温度为62~67℃，并将反应釜内的压力增至2.4~2.8mpa，此时以400~500转/分的转速进行搅拌反应，40~50min后停止，然后对其进行抽滤，最后对抽滤所得的滤饼进行去离子水清洗、干燥后得改性纳米二氧化钛备用；c.按重量份称取下列物质：3~6份磷酸二氢钠、1~2份磷酸、0.2~0.5份柠檬酸、0.4~0.7份碳酸钠、0.1~0.4份三聚磷酸钠、1.5~3份硝酸锌、100~120份水，将上述物质共同混合后放入搅拌罐内，先用600~800转/分的转速搅拌处理10~15min，然后向搅拌罐内加入上述物质总质量4~8%的操作b制得的改性纳米二氧化钛，最后用超声波分散处理25~30min得磷化处理液备用；（3）磷化处理：a.将步骤（1）处理后的铝合金材料浸入到步骤（2）所得的磷化处理液中，加热保持磷化处理液的温度为33~37℃，浸泡处理4~6min后将铝合金材料取出备用；b.用去离子水对操作a处理后的铝合金材料进行冲洗后，再进行干燥即可。进一步的，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560中的任意一种。进一步的，步骤（2）操作c中所述的超声波分散处理时超声波的频率为25~33khz。进一步的，步骤（3）操作a中所述的铝合金材料与磷化处理液的体积比为1：10~14。进一步的，步骤（3）操作b中所述的干燥处理的干燥温度为73~78℃。铝合金表面磷化处理工艺的重点就是最终形成的磷化膜的质量，而磷化膜的质量与磷化膜的构成、厚度、致密度等息息相关，而上述质量的表现是通过具体的磷化工艺实现，本发明为了改善现有磷化处理方法中磷化膜成膜性、致密性差、防腐性能弱、对铝合金材料保护功能不强等问题，通过大量的实验对现有的制作工艺进行了针对性的改善，其中在磷化处理液制备时，有效搭配的磷酸二氢钠、磷酸、柠檬酸、碳酸钠、三聚磷酸钠和硝酸锌成分，很好的保证了对铝合金材料表面的刻蚀磷化，其整体的游离酸度保持在0.8~1.3合理的范围中，即保证了磷化膜成膜的均匀性，同时又保证了磷化腐蚀反应的速度，而在磷化处理液制备中又添加了纳米二氧化钛成分，添加的纳米颗粒有助于磷化时磷酸盐的成核，促进其生成更为复杂的放射性磷化膜，增强了磷化膜的致密性，而为了进一步提升其使用效果，又对纳米二氧化钛进行了特殊的改性处理，先用硅烷偶联剂对其表面进行硅烷化改性，再在其表面接枝端羟基聚丁二烯丙烯腈，端羟基聚丁二烯丙烯腈的分子支链上含有大量的羟基等基团，能与磷化膜中的氨基、铝合金表面的活性基团发生缩合，进一步提升了磷化膜与铝合金机体结合的紧密度，以及磷化膜本身内部的致密度，从而改善了磷化的质量。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明磷化处理工艺有效提升了对铝合金材料的表面处理质量，其磷化膜成膜的速度、厚度、均匀性、致密性等均有很好提升，铝合金材料的耐腐蚀特性得到加强，其与涂料的结合稳定性得到改善，具有很好的使用推广价值。具体实施方式实施例1一种铝合金材料表面磷化处理工艺，包括如下步骤：（1）表面预处理：a.用200目的砂纸对将待加工的铝合金材料表面进行打磨处理，完成后用清水冲去表面的碎屑后备用；b.将操作a处理后的铝合金材料浸入到除油液中进行除油脱脂处理，加热保持除油液的温度为35℃，浸泡处理40min后将铝合金材料取出后备用，所述的除油液中各物质及其重量份为：1份焦磷酸钠、2份烷基酚聚氧乙烯醚、10份丙酮、100份水；c.用清水对操作b处理后的铝合金材料表面进行冲洗处理后，再沥干表面水分后备用；（2）磷化处理液制备：a.将纳米二氧化钛与硅烷偶联剂按照质量比1：4的比例混合后放入反应釜中，然后加热保持反应釜内的温度为70℃，以800转/分的转速搅拌处理20min后过滤，滤出纳米二氧化钛备用；b.将操作a所得的纳米二氧化钛与端羟基聚丁二烯丙烯腈按照重量比1：2进行混合后放入反应釜内，再加入其总质量5倍的甲苯，此时加热保持反应釜内的温度为62℃，并将反应釜内的压力增至2.4mpa，此时以400转/分的转速进行搅拌反应，40min后停止，然后对其进行抽滤，最后对抽滤所得的滤饼进行去离子水清洗、干燥后得改性纳米二氧化钛备用；c.按重量份称取下列物质：3份磷酸二氢钠、1份磷酸、0.2份柠檬酸、0.4份碳酸钠、0.1份三聚磷酸钠、1.5份硝酸锌、100份水，将上述物质共同混合后放入搅拌罐内，先用600转/分的转速搅拌处理10min，然后向搅拌罐内加入上述物质总质量4%的操作b制得的改性纳米二氧化钛，最后用超声波分散处理25min得磷化处理液备用；（3）磷化处理：a.将步骤（1）处理后的铝合金材料浸入到步骤（2）所得的磷化处理液中，加热保持磷化处理液的温度为33℃，浸泡处理4min后将铝合金材料取出备用；b.用去离子水对操作a处理后的铝合金材料进行冲洗后，再进行干燥即可。进一步的，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550。进一步的，步骤（2）操作c中所述的超声波分散处理时超声波的频率为25~26khz。进一步的，步骤（3）操作a中所述的铝合金材料与磷化处理液的体积比为1：10。进一步的，步骤（3）操作b中所述的干燥处理的干燥温度为73~74℃。实施例2一种铝合金材料表面磷化处理工艺，包括如下步骤：（1）表面预处理：a.用200目的砂纸对将待加工的铝合金材料表面进行打磨处理，完成后用清水冲去表面的碎屑后备用；b.将操作a处理后的铝合金材料浸入到除油液中进行除油脱脂处理，加热保持除油液的温度为38℃，浸泡处理42min后将铝合金材料取出后备用，所述的除油液中各物质及其重量份为：2份焦磷酸钠、4份烷基酚聚氧乙烯醚、12份丙酮、110份水；c.用清水对操作b处理后的铝合金材料表面进行冲洗处理后，再沥干表面水分后备用；（2）磷化处理液制备：a.将纳米二氧化钛与硅烷偶联剂按照质量比1：5的比例混合后放入反应釜中，然后加热保持反应釜内的温度为73℃，以900转/分的转速搅拌处理22min后过滤，滤出纳米二氧化钛备用；b.将操作a所得的纳米二氧化钛与端羟基聚丁二烯丙烯腈按照重量比1：2.2进行混合后放入反应釜内，再加入其总质量6倍的甲苯，此时加热保持反应釜内的温度为65℃，并将反应釜内的压力增至2.6mpa，此时以450转/分的转速进行搅拌反应，45min后停止，然后对其进行抽滤，最后对抽滤所得的滤饼进行去离子水清洗、干燥后得改性纳米二氧化钛备用；c.按重量份称取下列物质：5份磷酸二氢钠、1.5份磷酸、0.4份柠檬酸、0.6份碳酸钠、0.3份三聚磷酸钠、2.5份硝酸锌、110份水，将上述物质共同混合后放入搅拌罐内，先用700转/分的转速搅拌处理13min，然后向搅拌罐内加入上述物质总质量6%的操作b制得的改性纳米二氧化钛，最后用超声波分散处理28min得磷化处理液备用；（3）磷化处理：a.将步骤（1）处理后的铝合金材料浸入到步骤（2）所得的磷化处理液中，加热保持磷化处理液的温度为36℃，浸泡处理5min后将铝合金材料取出备用；b.用去离子水对操作a处理后的铝合金材料进行冲洗后，再进行干燥即可。进一步的，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550。进一步的，步骤（2）操作c中所述的超声波分散处理时超声波的频率为27~28khz。进一步的，步骤（3）操作a中所述的铝合金材料与磷化处理液的体积比为1：12。进一步的，步骤（3）操作b中所述的干燥处理的干燥温度为75~76℃。实施例3一种铝合金材料表面磷化处理工艺，包括如下步骤：（1）表面预处理：a.用200目的砂纸对将待加工的铝合金材料表面进行打磨处理，完成后用清水冲去表面的碎屑后备用；b.将操作a处理后的铝合金材料浸入到除油液中进行除油脱脂处理，加热保持除油液的温度为40℃，浸泡处理45min后将铝合金材料取出后备用，所述的除油液中各物质及其重量份为：4份焦磷酸钠、5份烷基酚聚氧乙烯醚、14份丙酮、120份水；c.用清水对操作b处理后的铝合金材料表面进行冲洗处理后，再沥干表面水分后备用；（2）磷化处理液制备：a.将纳米二氧化钛与硅烷偶联剂按照质量比1：6的比例混合后放入反应釜中，然后加热保持反应釜内的温度为75℃，以1000转/分的转速搅拌处理25min后过滤，滤出纳米二氧化钛备用；b.将操作a所得的纳米二氧化钛与端羟基聚丁二烯丙烯腈按照重量比1：2.5进行混合后放入反应釜内，再加入其总质量7倍的甲苯，此时加热保持反应釜内的温度为67℃，并将反应釜内的压力增至2.8mpa，此时以500转/分的转速进行搅拌反应，50min后停止，然后对其进行抽滤，最后对抽滤所得的滤饼进行去离子水清洗、干燥后得改性纳米二氧化钛备用；c.按重量份称取下列物质：6份磷酸二氢钠、2份磷酸、0.5份柠檬酸、0.7份碳酸钠、0.4份三聚磷酸钠、3份硝酸锌、120份水，将上述物质共同混合后放入搅拌罐内，先用800转/分的转速搅拌处理15min，然后向搅拌罐内加入上述物质总质量8%的操作b制得的改性纳米二氧化钛，最后用超声波分散处理30min得磷化处理液备用；（3）磷化处理：a.将步骤（1）处理后的铝合金材料浸入到步骤（2）所得的磷化处理液中，加热保持磷化处理液的温度为37℃，浸泡处理6min后将铝合金材料取出备用；b.用去离子水对操作a处理后的铝合金材料进行冲洗后，再进行干燥即可。进一步的，步骤（2）中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh560。进一步的，步骤（2）操作c中所述的超声波分散处理时超声波的频率为31~33khz。进一步的，步骤（3）操作a中所述的铝合金材料与磷化处理液的体积比为1：14。进一步的，步骤（3）操作b中所述的干燥处理的干燥温度为77~78℃。对比实施例1本对比实施例1与实施例2相比，在步骤（2）磷化处理液制备操作b中不对纳米二氧化钛进行端羟基聚丁二烯丙烯腈接枝处理，即省去此操作，除此外的方法步骤均相同。对比实施例2本对比实施例2与实施例2相比，使用等质量份的普通市售纳米二氧化钛取代改性纳米二氧化钛，除此外的方法步骤均相同。对比实施例3本对比实施例3与实施例2相比，在步骤（2）磷化处理液制备中不添加改性纳米二氧化钛成分，除此外的方法步骤均相同。对照组现有的铝合金材料表面磷化处理工艺。为了对比本发明效果，选用同一批次制成的铝合金材料作为实验对象，其中铝合金材料中的化学成分为：0.4~0.8%si，0.70%fe，0.15~0.35%cu，0.15%mn，0.8~1.2%mg，0.05~0.30%cr，0.25%zn，0.15%ti，余量为al，上述百分数为重量百分数，然后将铝合金材料制成规格为50mm×15mm×3mm的试样，之后选用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对照组的方法对试样进行表面处理，之后再对处理后的试样进行品质实验检测，具体对比数据如下表1所示：表1自腐蚀电位ecorr（v）自腐蚀电流密度icorr（a/cm2）实施例2-1.1060.028对比实施例1-1.2430.186对比实施例2-1.3610.344对比实施例3-1.4290.556对照组-1.4580.581注：上表1中所述的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度是通过电化学测试而得，具体方式是将对应处理后的铝合金作为工作电极，以铂电极作为辅助电极，以氧化汞电极和饱和甘汞电极作为参比电极，电解溶液为质量分数3.5%的nacl溶液，测量不同铝合金电极试样的塔菲尔曲线，控制测试电位的扫面范围是开路电位±1.5v，扫描频率设置为0.5mv/s，由此得出自腐蚀电位和自腐蚀电流密度。由上表1可以看出，本发明处理后的铝合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度均有较大程度的下降，而自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的降低表现出其抗腐蚀性的提升，也即本发明处理后的铝合金的防腐性能得到有效增强，表面磷化处理效果较好，使用性能较高。当前第1页12