本发明涉及铝合金表面处理领域，具体领域为一种铝合金表面处理用锌系磷化液及磷化方法。
背景技术：
铝合金广泛应用于机械工业、家电及交通运输业。由于其活性较高，在空气中易形成一层薄而多孔的氧化膜，使其机械强度降低，耐蚀性能变差。为提高其耐蚀性能，常采用电化学或化学方法使其表面形成一层具有保护作用的转化膜，增强基体抗腐蚀性能，延长使用寿命。化学方法在成本及效率上更具有优势，因此被广泛应用于铝合金表面处理。化学方法生成的转化膜有铬酸盐膜、磷酸盐膜、磷酸盐—铬酸盐膜等，由于含铬转化膜中六价铬的毒性高且易致癌，因此其应用受到了限制。磷化膜的耐蚀性能良好，能使铝合金由优良导体转变为不良导体，从而抑制铝合金表面微电池的形成，显著提高基体与涂层的结合力。因此寻找一种铝合金无铬磷化工艺具有重要的现实意义。目前使用的铝材磷化液，膜疏松、膜重较大，造成磷化膜与漆膜附着力差，耐腐蚀性能差；磷化结晶尺寸较大，呈针状或块状，没有颗粒状结晶。
中国发明专利申请cn103451639a中公开了铝合金用品的磷化方法，该专利只提到磷化液主成分及浓度为zno5～10g/l，h3po410～20g/l，没有公开促进剂的种类与含量，制备的磷化膜膜层覆盖不均匀，耐蚀性较差。中国专利cn101307440a公开了一种铝合金和黑色金属磷化液，其配方是：磷酸155-165g/l，硝酸锌163～167g/l，高锰酸钾0.1～0.2g/l，烷基苯磺酸钠2.2～2.4g/l，氧化锌42～48g/l，氢氟酸5～6g/l，该配方中含有高锰酸钾，导致磷化液的稳定性不高，且该专利没有公开磷化液的工艺参数，不便使用。中国发明专利申请cn104357824a中公开了一种铝制品表面处理磷化液，其包含60～65％的磷酸、草酸、丙烯酸、氢氟酸、磷酸二氢锌、钼酸铵、硫酸铬、硝酸镍、环烷酸钴、四盐基铬酸锌、消泡剂、分散剂、蒸馏水，组成成分复杂，使用温度较高，还含有铬元素，不适于工业化推广。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种铝合金用磷化液及磷化方法，该磷化液不含有毒铬，磷化膜中也不含铬，避免铝及铝合金涂装过程中铬对环境及人体的毒害。同时该磷化液工作时的沉渣少；磷化膜成膜速度快；磷化处理后形成的薄膜均匀致密，具有良好的耐腐蚀性，且具有减摩、润滑等作用，增加了涂层与铝合金基体的结合强度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铝合金表面处理用磷化液，其组分含量为磷酸二氢锌17～23g/l，硝酸锌45～60g/l，85％磷酸2.5～3.5g/l，硝酸镍6～10g/l，氟化钠2.0～2.5g/l，氯酸钠1.5～2.1g/l，亚硝酸钠2.0～4.0g/l，硝酸胍1.0～1.5g/l，硫酸羟胺2.5～3.5g/l，植酸1.0～1.5g/l，余量为去离子水。
优选的，其组分含量为磷酸二氢锌18～22g/l，硝酸锌50～55g/l，85％磷酸2.8～3.2g/l，硝酸镍8～10g/l，氟化钠2.0～2.2g/l，氯酸钠1.8～2.0g/l，亚硝酸钠2.5～3.6g/l，硝酸胍1.2～1.4g/l，硫酸羟胺2.8～3.0g/l，植酸1.2～1.5g/l，余量为去离子水。
其中，磷化液的ph值用1mol/l的氢氧化钠溶液调到3.5～3.7。
采用上述任一所述磷化液对铝合金进行磷化的方法，包括以下步骤：
a.铝合金预处理，将铝合金片依次用240号、360号、600号、1200号水磨砂纸打磨抛光，用丙酮除油，去离子水清洗；
b.将步骤a中处理后的铝合金试片浸在浓度为1.0mol/l，温度为60～70℃的氢氧化钠溶液中碱洗30～60秒，以去除天然氧化膜，取出后立刻浸在1.0mol/l硝酸溶液中中和15～30秒，用去离子水冲洗，吹干；
c.将步骤b中铝合金试片放入磷化液进行磷化，控制温度为40～50℃，磷化反应时间为10～20分钟。
d.取出磷化试片，先用流动自来水冲洗2分钟，再用去离子水冲洗1分钟；然后用65～75℃的热风吹干，得到磷化铝合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)工艺简单，操作方便，处理成本低；
(2)在低温下磷化，节省能源；
(3)磷化液中不使用铬，避免了铬对环境和人体的毒害问题；工作时的沉渣少；
(4)磷化形成的薄膜均匀致密，膜层与铝合金基体的粘接性强，具有良好的耐腐蚀性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中采用磷化液的配方为：磷酸二氢锌18g，硝酸锌55g，85％磷酸3.2g，硝酸镍9g，氟化钠2.0g，氯酸钠2.0g，亚硝酸钠2.5g，硝酸胍1.4g，硫酸羟胺2.8g，植酸1.2g。将上述化合物溶于去离子水中，配制成1升磷化液，并用1mol/l的氢氧化钠溶液调到ph值3.5～3.7。
磷化方法：将铝合金片依次用240号、360号、600号、1200号水磨砂纸打磨抛光，用丙酮除油，去离子水清洗；然后将铝合金试片浸在浓度为1.0mol/l，温度为65℃的氢氧化钠溶液中碱洗50秒以去除天然氧化膜，取出后立刻浸在1.0mol/l硝酸溶液中中和20秒，用去离子水冲洗，吹干；接着将铝合金试片放入磷化液进行磷化，控制温度为40℃，磷化反应时间为20分钟。取出磷化试片，先用流动自来水冲洗2min，再用去离子水冲洗1min。然后用65～75℃的热风吹干，得到磷化铝合金。
对磷化铝合金表层的磷化膜进行检测，外观呈灰黑色，均匀致密，膜薄，膜重为4.5g/m2；硫酸铜点滴时间为103s；磷化膜层附着力达到1级。
实施例2
本实施例中采用磷化液的配方为：磷酸二氢锌20g，硝酸锌50g，85％磷酸3.0g，硝酸镍8g，氟化钠2.2g，氯酸钠1.8g，亚硝酸钠3.0g，硝酸胍1.2g，硫酸羟胺3.0g，植酸1.5g。将上述化合物溶于去离子水中，配制成1升磷化液，并用1mol/l的氢氧化钠溶液调到ph值3.5～3.7。
磷化方法：铝合金的前处理和后处理过程与上述实施例1完全相同。不同的是：磷化过程控制反应温度为50℃，磷化反应时间控制为10分钟。
对磷化铝合金表层的磷化膜进行检测，外观呈灰黑色，均匀致密，膜薄，膜重为3.5g/m2；硫酸铜点滴时间为98s；磷化膜层附着力达到1级。
实施例3
本实施例中采用磷化液的配方为：磷酸二氢锌23g，硝酸锌60g，85％磷酸3.0g，硝酸镍6g，氟化钠2.5g，氯酸钠1.5g，亚硝酸钠2.8g，硝酸胍1.5g，硫酸羟胺3.2g，植酸1.0g。将上述化合物溶于去离子水中，配制成1升磷化液，并用1mol/l的氢氧化钠溶液调到ph值3.5～3.7。
磷化方法：铝合金的前处理和后处理过程与上述实施例1完全相同。不同的是磷化过程控制反应温度为45℃，磷化反应时间控制为15分钟。
对磷化铝合金表层的磷化膜进行检测，外观呈灰黑色，均匀致密，膜薄，膜重为3.7g/m2；硫酸铜点滴时间为93s；磷化膜层附着力达到1级。
实施例4
本发明磷化液与现有技术中铝合金用磷化液的成膜耐蚀性比较实验。
为了比较本发明的磷化液与现有磷化液的成膜耐蚀性，选用上表中列出的两种磷化液进行平行实验，测定采用两种磷化液生成的磷化膜的点滴时间。从表中的数据结果可知，使用本发明的磷化液能够获得耐蚀性较高的磷化膜，本发明的磷化液制得的磷化膜点滴时间远大于现有技术中铝合金用磷化液所得磷化膜的点滴时间。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。