一种长寿命铝及其合金除油活化溶液及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种长寿命铝及其合金除油活化溶 液及应用。
【背景技术】
[0002] 铝合金零件在进行表面的电化学氧化前，要除油活化，其目的：1)去除铝合金零件 表面的油污、加工过程残留的水基切削液、表面形成的自然氧化膜，活化金属表面以利于具 有防护功能的电化学氧化膜的生成;2)碱对铝合金有很强的腐蚀性，因此碱液的除油活化 工序也可以不同程度的减少或消除铝件加工过程中留下的模具痕迹或加工刀痕，获得平整 光洁的表面;3)要在铝合金零件上获得良好的电化学氧化膜层和均匀的色泽，首先应获得 均匀的氧化膜阻挡层，只有除油活化后的表面均匀平整了，才能获得均匀的阻挡层，特别是 对于氧化后要进行着色的铝合金零件，良好的除油活化效果是色泽均匀一致的前提条件。
[0003] 然而以前的除油活化溶液是由25~45g/L工业级氢氧化钠与自来水配置而成，存 在以下缺点：1)由于槽液成分单一，不具备整平能力。对零件表面的加工刀痕、磕碰伤不能 起到修复作用，经除油活化后不能减轻或淡化这些缺陷。2)当槽液中腐蚀产物ΑΓ 3含量累计 达到30g/L时，溶液中即形成白色沉淀A1(0H)3沉淀，沉淀一旦形成，将在零件表面结垢，槽 液迅速失效、报废。除油活化在正常(8h/日）生产情况下槽液每半个月就要更换一次。槽液 更换需要停产24h以上。更换时，沉淀物顽固的附着在槽壁和加热管上，清理十分困难，也影 响热效率。3)更换一次槽液，更换时槽液要全部排放，排放过程中还要消耗大量的酸来中 和，才能使排放的除油活化槽液符合环保要求，增加成本。
【发明内容】
[0004] 本发明为减少和消除铝合金零件表面的各种划痕、刀痕、模具痕迹，修正和美化铝 合金表面的完整性，需要通过添加具有整平效果的含硫化合物，来改善零件表面光洁、整平 效果。为了不影响生产进度，减少槽液更换和清理沉淀次数，以提高生产效率。为控制沉淀 的形成需添加对ΑΓ 3具有络合作用的物质，延长槽液使用寿命。
[0005] 本发明提出一种长寿命铝及其合金除油活化溶液，其各组分及各组分浓度为:氢 氧化钠25~70g/L，添加剂5~8g/L，余量为水;所述溶液中氢氧化钠的积累量为140g/L;达 到动态平衡；
[0006] 所述添加剂中各组分及其浓度为：
[0007] 1，2,5,6已四醇（山梨糖醇）：250~282g/L或葡萄糖酸钠 280~320g/L;
[0008] 乙二胺四乙酸二钠(EDTA) 3.5 ~4.5g/L;
[0009] 硫代硫酸钠 4~15g/L;
[0010] 六偏磷酸钠 3.5~5.5g/L;
[0011] 焦磷酸钠 1.5~3g/L;
[0012] 壬基酚聚氧乙烯醚（0P-10乳化剂） 1.5~3g/L
[0013] 脂肪醇聚氧乙烯醚0~20 (平平加20) 1.5~3g/L;
[0014] 顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠（渗透剂T) 1.5~3g/L;
[0015] 2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐（分散剂NNO) 0.5~1.5g/L，
[0016] 氢氧化钠 25g/L。
[0017] 一种长寿命铝及其合金除油活化溶液的应用，按照以下步骤进行:在原有氢氧化 钠溶液中，添加本发明所涉及的添加剂5~8g/L，工作温度为15~60°C，铝合金零件在其中 活化时间1~5分钟；出槽后，零件要在热水中漂洗1~2min;再在流动的冷水中清洗;之后可 按正常工艺进行后续的阳极氧化或其他的涂覆加工。
[0018] 本发明添加剂中各种成分的主要作用如下：
[0019] 1)1，2,5,6已四醇(0山梨糖醇或山梨醇），或葡萄糖酸钠:为铝离子的主络合剂:其 化学式为C6H14〇6,工业上均称之为山梨醇，为了避免槽液中因铝离子富集而生成难容的A1 (〇H)3沉淀，延长槽液的使用寿命，提高生产效率。在除油活化槽添加剂的山梨醇或葡萄糖 酸钠，因具有多羟基结构，对铝离子具有极强络合能力，具有抑垢的作用。可以有效络合槽 液中生产的铝离子，形成络合物，溶解在除油活化溶液中。槽液中铝元素含量从〇g/L可以一 直富集到140g/L以下，溶液都不产生沉淀，也不在零件表面附着结垢。只是溶液的粘度有所 增加。由于除油清洗过程中零件出槽会有溶液的带出，当铝元素含量富集到（100~120)g/L 时，铝合金零件在除油活化过程中溶解在槽中的ΑΓ3和出槽时带出溶液中铝离子的量相当， 这时槽液中ΑΓ 3有效总量不再增加，长期处于一种动态平衡状态，这样可以一直维持槽液不 产生ai(oh)3白色沉淀。
[0020] 2)乙二胺四乙酸二钠(EDTA):它的主要作用是络合活化槽液中，来自水和铝件溶 解下来的重金属离子，EDTA能将大多数重金属离子络合形成可容的络合物，避免在碱性溶 液中形成重金属难溶盐沉淀物，影响槽液清理。
[0021] 3)硫代硫酸钠:添加光亮调节剂，整平和控制零件亮度。硫代硫酸钠分子结构中具 有活性的S原子，因其最外层有3个孤电子对，附近的电子云密度较大，因此在水溶液中，含 有这种结构的硫化物会吸附在零件表面凹坑、刀痕处，阻止了碱溶液对基体的进一步腐蚀， 而凸点则因没有硫化物的电化学吸附保护而继续被腐蚀，从而起到整平零件表面的作用。 表面越整平，入射光就不会乱反射，因此零件表面就会更加光亮。有目的实现光亮程度的过 度与控制。"亚光"铝合金零件的表面，阳极氧化后的颜色光泽与不锈钢类似。因此工业上也 称为"仿不锈钢"色。通常情况下，硫代硫酸钠的含量越低，铝合金活化后表面越亮，但是整 平效果一般;除油活化时间越短，表面越光亮。而除油活化处理时间长，则可以达到亚光效 果。当硫代硫酸钠的含量达到或超过8g/L后，铝合金除油活化后表面失去光泽，出现亚光状 态，同时挤压或车加工的痕迹也几乎消失。同时根据客户对零件外观光亮程度要求调整光 亮度。
[0022] 4)六偏磷酸钠:作为软水剂起到软化水质，降低自来水硬度的作用。能除砷、重金 属等净化水质。
[0023] 工业上还用于制造水处理剂，缓蚀剂，金属表面处理剂。
[0024] 5)焦磷酸钠：因能与铁形成络合物，避免富集的铁元素在活化液中沉淀。也具有软 水剂的功能。
[0025] 工业上也用作漂白剂、化工助剂、除锈剂。
[0026] 6)壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10乳化剂）：非离子的表面活性剂，其化学式为CsHu-C6H4-0-(CH 2CH20)1QH，在本添加剂中的作用是乳化和提高清洗效果。
[0027] 因其有优良的匀染、乳化、润湿、扩散，抗静电性等特性，工业也用于涂料，电镀，医 药，化工，金属清洗等行业，可乳化基础油。
[0028] 7)脂肪醇聚氧乙烯醚0~20(平平加20):非离子表面活性剂，其化学式为C12H 250 · (C2H4〇)n，或C58H118〇24，降低铝合金零件油污表面张力，提高清洗效果。
[0029] 工业上亦可广泛用于乳化、润湿、助染、扩散、金属洗涤和家用洗涤剂等。有优良的 生物降解性和低温性能。
[0030] 8)顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠(渗透剂T)称为琥珀酸二辛酯磺酸钠为阴离子型表 面活性剂，在本添加剂中其为消泡剂，因能降低液体表面张力，在碱性水溶液中具有较好的 润湿性。可有效消除部分表面活性剂引起的泡沫，利于清洗。以防止和避免槽液在生产过程 中因产生泡沫过多，影响生产清洗和对零件表面的观察控制效果。
[0031] 渗透剂T在硬水中稳定。工业上也被用作香波、清洁剂、牙膏等的乳化剂。在某些条 件下，它也具有优良的发泡性、润湿性和洗涤性。
[0032] 9) 2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐(分散剂ΝΝ0)分散作用，使除油活化液中富集的有害 成分能均匀地分散在溶液中，消除浓差，不沉淀、不结垢、补附着。
[0033] 工业上用于纺织印染、液态农药、造纸、电镀添加剂、水溶性涂料、颜料、水处理剂 等的分散剂等。
[0034] 10)氢氧化钠:主要是给予添加剂在配制、贮存、运输过程中，提供一种碱性环境， 抑制其分解和转化，确保各组份化学性质的稳定。
[0035]本发明碱除油活化作用机理如下：
[0036] 铝合金零件在进行表面处理时，要经过酸脱脂、水洗后进入除油活化碱槽。铝是活 泼金属，在空气中表面可被氧化生成氧化铝;铝也是两性金属，其金属及其氧化物既可以溶 于酸，也可以溶于碱。铝合金零件进入碱槽后，首先是铝合金表面疏松的自然氧化膜被碱溶 液溶解，发生如下反应：
[0037] Al2〇3+2NaOH=2Na A1 O2+H2O ①
[0038] 此反应很快在除油活化槽中完成，由于这一过程没有气体产生，所以，反应过程没 有明显的现象。自然氧化膜完全去除以后，反应开始变得剧烈，有大量起泡产生，现象明显。 裸露的金属基体A1与碱发生了如下的反应：
[0039] Al+2Na0H+H20 = Na A1 O2+H2T ②
[0040] 这一反应去除或减少了挤压、加工过程产生的疵点，起到了活化表面的作用。对加 工过程产生轻微瑕疵或表面光洁度较好的零件基体溶解的越少越好，一方面减少铝合金材 料的消耗，避免因产生过腐蚀而影响外观；另一方面，因反应属于放热过程，大量氢气的逸 出形成了碱雾，污染环境。这一反应原则尽量要短，因为当溶液中NaA10 2积累到一定程度时 就会产生水解，生产白色的氢氧化铝沉淀。发生的反应如下：
[0041 ] Na A1 〇2+2H20=Al(OH)3|+Na 0H ③
[0042]在没有添加剂的腐蚀活化槽中，当铝离子累计到30g/L，反应③很快发生，产生大 量的氢氧化铝白色沉淀。这些沉淀聚集在槽壁、槽底和加热管上，清理十分困难。从反应③ 中可以看出，应保证NaA102不水解。解决了原槽液成分单一，不具备整平能力的问题。
[0043]铝合金在进行阳极氧化或表面涂覆之前，原有工艺是在25~45g/L氢氧化钠水溶 液中进行除油，现在改用本发明所涉及的除油活化溶液。就是在原有氢氧化钠溶液中，添加 本发明所涉及的添加剂5~8g/L，工作温度为15~60°C，铝合金零件在其中活化时间1~5分 钟。出槽后，