一种在铝合金表面制备转化膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金的表面处理工艺领域，尤其涉及一种在铝合金表面制备转化膜 的方法。
【背景技术】
[0002] 铝合金由于其活性较大，容易腐蚀，需要对表面进行防腐蚀处理。常用的方法是在 铝合金表面生成一层完整、致密、均匀的钝化层后再喷涂的方法。传统的铬酸盐钝化技术因 所获转化膜耐蚀性能优良和操作方便而得到了广泛的应用。但六价铬毒性高，易致癌，严重 危害环境。欧盟颁布ROHS、ELV和WEEE法规禁止含六价铬的电子及电器设备投放市场，铬 酸盐钝化技术已受到严格的限制，开发一种无毒、环保、高耐蚀性能的绿色钝化技术已成共 识。铬酸盐转化处理的替代技术研宄开始受到广泛关注，许多无铬化技术相继出现，目前研 宄较多的有机类如硅烷、硅溶胶、植酸、单宁酸等，无机盐类如钼酸盐、硅酸盐、稀土盐、基于 钛锆与氟的络合物处理工艺（CARBD0B0ND)、Envirox系列处理技术等。这些处理技术都存 在一些缺点，主要表现为：1)钛锆钝化膜绝大多数为无色，肉眼难以区分，不利于生产的在 线判断；2)处理工艺复杂，处理工艺繁复，实现工业化的难度较大；3)成膜时间较长，降低 了生产效率；4)处理过程中，产生的含氟和含氨的废水较多，给环保带来很大压力，不利于 可持续发展。
[0003] 因此需要一种在铝合金表面制备转化膜的无毒环保的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的目的是提供一种可以解决以上任何 一个问题的一种在铝合金表面制备氧化膜的方法。
[0005] -种在铝合金表面制备转化膜的方法，包括以下步骤：
[0006] (1)用预处理液对铝合金进行预处理，以对铝合金表面进行活化处理；
[0007] (2)用前处理液对铝合金进行处理，以在铝合金表面生成转化膜；
[0008] 其中，预处理液包括酸、缓冲剂、表面刻蚀剂、表面活性剂和表面预植剂，前处理液 包括一种或多种铈的化合物、一种或多种钛的化合物、一种或多种锆的化合物、媒染剂、多 羟基化合物及表面活性剂。
[0009] 其中，预处理液中各组分的含量为：
[0010]
[0011] 前处理液中各组分的含量为：
[0012]
[0013] 其中，预处理液的各组分中，酸为氟苯甲酸、氟苯乙酸、硫酸、硝酸或盐酸中的一种 或多种；
[0014] 缓冲剂为盐酸、硫酸或硝酸中的一种或多种；
[0015] 表面刻蚀剂为氟化钠、氟化钾、氟苯甲酸、氟苯乙酸、氟化氢、氟硅酸、氟硼酸、氟化 氢钾或氟化氢铵中的一种或多种；
[0016] 表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子型表面活性剂；
[0017] 表面预植剂为硝酸铈、硫酸铈、氯化铈或醋酸铈中的一种或多种。
[0018] 其中，前处理液的各组分中，铈的化合物是硝酸铈、硫酸铈、氯化铈、醋酸铈或纳米 氧化铈；
[0019] 钛的化合物是氟钛酸、氟钛酸钾、醋酸钛、硫酸钛、硫酸钛铵、乙酰丙酮钛、钛酸四 丁脂、有机钛交联剂或纳米氧化钛；
[0020] 锆的化合物是氟锆酸、氟锆酸钾、醋酸锆、硝酸锆、异丙醇锆、硫酸锆、硫酸锆铵、有 机锆交联剂或纳米氧化锆；
[0021] 媒染剂是钒酸铵、单宁酸、多钒酸铵、偏钒酸钾、纳米氧化钒、硫酸钴、硝酸钴、醋酸 钴、有机酸钴盐和硬脂酸钴中的一种或多种；
[0022] 多羟基化合物是壳聚糖、葡萄糖、柠檬酸、酒石酸、没食子酸、植酸、果糖和抗坏血 酸中的一种或多种；
[0023] 表面活性剂是非离子表面活性剂或阳离子表面活性剂。
[0024] 其中，步骤⑴包括：
[0025] (11)将铝合金表面进行机械打磨并水洗；
[0026] (12)将铝合金在预处理液中喷淋或浸泡1~5分钟；
[0027] (13)用去离子水清洗经预处理液处理过的铝合金1~3分钟。
[0028] 其中，步骤（11)包括：
[0029] 将铝合金表面进行机械打磨至1000目，并用去离子水清洗。
[0030] 其中，步骤⑴还包括：
[0031] (14)在步骤（13)后重复步骤（12)和（13) -次或两次。
[0032] 其中，步骤⑵包括：
[0033] (21)将铝合金在前处理液中喷淋或浸泡1~5分钟；
[0034] (22)用去离子水清洗经前处理液处理过的铝合金1~3分钟。
[0035] 其中，步骤⑵还包括：
[0036] (23)在步骤（22)后重复步骤（21)和（22) -次或两次。
[0037] 其中，其中在步骤（2)后还包括以下步骤：
[0038] (3)将铝合金干燥后进行热处理。
[0039] 其中，步骤（3)包括：
[0040] (31)将前处理液处理后的铝合金在空气中自然干燥10~15分钟；
[0041] (32)将干燥后的铝合金在50~100°C时，进行热空气处理7~10分钟。
[0042] 本发明中使用的预处理液中各组分的作用为：
[0043] 酸的作用是对铝合金进行酸洗除去油脂；缓冲剂用于保证前处理液的pH值；表 面活性剂是促进除油除脂；表面刻蚀剂用于除去表面的铝暴露在铝合金表面的第二相如 Mg2Si、β -AlFeSi 和 FeAl3等。
[0044] 表面预植剂铈盐的作用是在局部pH升高时，在铝合金表面生成新的阴极点，便于 无铬转化膜的生成，在此过程中的反应化学式为：
[0045] Ce3++30!T- Ce (OH) 3 I
[0046] Ce4++40!T- Ce (OH) 4 I
[0047] 本发明有效地将预处理和前处理结合起来，在预处理除油除脂的过程中就在铝合 金表面预植了铈为后续的转化膜的生成提供骨架，提高有机涂层与基体的结合力。
[0048] 前处理液中的多羟基化合物可以在铝合金表面和形成的膜层之间形成化学键，同 时可以提高涂料、油漆在处理过的铝合金表面的结合力；尤其是前处理液中的有机物质和 金属离子形成金属螯合物，可以显著提高铝合金表面的抗腐蚀性能。
[0049] 并且前处理液中掺杂的纳米物质可以延长水、氯离子等腐蚀性介质扩散到达金 属基体表面的路径，还能够加强铈钛锆有机复合转化膜的机械性能，从而增加铈钛锆有机 复合转化膜的防护能力；吸附在铝合金表面的媒染剂可以和金属离子相互作用，在表面显 色，生成有色的铈钛锆有机复合转化膜。
[0050] 利用本发明提及的铈钛锆有机复合转化膜采用浸渍或者喷淋的方式对经过清洗 等工序处理的铝合金基体进行表面处理后，可在其表面形成一层厚度在0. 1~10微米间， 致密、连续、附着力强的膜层，使铝合金具很强的防腐效果。
[0051] 本发明提供的一种在铝合金表面制备转化膜的方法，具备以下优点和有益效果：
[0052] (1)本发明所提供的方法，工艺简单，成本低，可常温处理，且处理速度快，通过采 用预处理的方式，使成膜效率高，能够满足工业化生产的要求。
[0053] (2)本发明所提供的方法通过将前处理液设置为有机成分和无机成分共存，可在 铝合金表面形成较强的铈钛锆有机复合转化膜，有效地避免了单纯有机或无机处理剂的缺 点。
[0054] (3)本发明所提供的方法，通过在前处理液中加入多羟基化合物和表面活性剂，提 供了涂料或油漆与铝合金的结合力，使经过处理后的铝合金表面适用于各种粉体和油漆。
[0055] (4)本发明所提供的方法，因前处理液中金属离子和有机物质的存在，可以使铝合 金表面的转化膜带有颜色、致密均匀，且具备优异的耐腐蚀性能。
[0056] (5)与传统的处理方法相比，本发明中加入了预处理技术，可降低处理过程中铝的 损耗。
[0057] 参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将 变得清晰。
【附图说明】
[0058] 并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与 描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
[0059] 图1是实施例1的制备方法1的预处理后的铝合金表面的SEM图；
[0060] 图2是实施例1的制备方法1的预处理后的铝合金表面的预植铈元素面扫描图；
[0061] 图3是实施例1的制备方法2的预处理后的铝合金表面的SEM图；
[0062] 图4是实施例1的制备方法2的预处理后的铝合金表面的预植铈元素面扫描图；
[0063] 图5是实施例1的制备方法1的铝合金表面的划痕实验结果图；
[0064] 图6是实施例1的制备方法1的铝合金表面的冲击实验结果图；
[0065] 图7是实施例1的制备方法1的铝合金表面的弯曲实验结果图；
[0066] 图8是实施例1的