建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液及其使用方法

2023-05-19 14:21:41

專利名稱：建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液及其使用方法
技術領域：
本發明涉及鋁合金表面化學轉化膜處理技術領域，特別涉及一種建築鋁型材 表面低鉻防腐化學轉化處理液及其使用方法。
背景技術：
建築用鋁合金型材由於要求耐蝕、耐候、耐磨、外觀裝飾好和使用壽命長等 較高的綜合性能，因此，鋁型材在採用靜電粉末噴塗和氟碳樹脂漆塗覆等工藝進 行表面防護裝飾之前，必需進行表面化學轉化處理，以提高塗層與基材的結合力 和滿足高耐蝕性要求，我國目前基本上還是採用鉻酸鹽轉化處理這種方法。歐美 部分國家為保護環境推出無鉻酸鹽體系，但由於耐蝕性較差，各項性能指標達不 到國家標準的要求，因此無鉻化學轉化處理在建築用鋁合金型材中還沒有得到廣 泛應用。鉻酸鹽轉化處理液雖然存在一定的環境汙染問題，但價格低廉，防腐性 能好，與塗料的附著力強，大部分國家仍採用含格體系，英國的航空部門將鉻酸 鹽轉化膜為塗料的底層，日本因其排汙處理設備完善也廣泛採用鉻酸鹽轉化膜。 國內近年來開始研究鉻酸鹽轉化處理技術，陸續開發了一些鉻酸鹽轉化處理液， 但目前普遍以鐵氰化鉀為促進劑，鐵氰化物會受紫外光的催化而分解成有毒的氰 化物，同時存在鉻酸鹽含量高，廢水處理費用高，鉻化液穩定性較差，溶液容易 變渾濁,沉渣較多，工件易表面掛灰，鉻化膜耐蝕性較差，抗鹽霧低於國家標準 的168h，膜層粗糙、疏鬆，附著力差等缺陷。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種不含鐵氰化鉀，鉻酸鹽含 量低，溶液穩定，沉渣少，使用周期長，環境汙染和廢水治理費用少，低能耗， 綜合成本低，膜層緻密均勻，色澤鮮豔，耐蝕性能優越的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液及其使用方法。
為實現上述目的，本發明提供的技術方案為
一種建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特徵在於該處理液含鉻
酸鹽0. 6 2. 0克/升、氟化合物0. 3 0. 9克/升、鋅鹽0. 1 0. 6克/升、硝酸鹽
0. 2 0. 8克/升、稀土金屬鹽0. 1 0. 5克/升、穩定劑0. 3 1. 0克/升、PH值
1.8 2. 2、處理液的溫度5 40°C。
所述的稀土金屬鹽採用鈰鹽、鑭鹽、鹽或釔的氧化物、鐠鹽中的至少一種。 所述的鉻酸鹽採用鉻酸酐、鉻酸鈉、重鉻酸鉀中的至少一種。 所述的氟化合物採用氫氟酸、氟化銨、氟化氫銨、氟化鈉、氟硼酸鉀中的至
少一種。
所述的鋅鹽採用氧化鋅、硝酸鋅、磷酸鋅中的至少一種。 所述的硝酸鹽採用硝酸、硝酸胺、硝酸鉀、硝酸鈉中的至少一種。 所述的穩定劑釆用檸檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸、葡萄糖酸中的至少一種。 所述的稀土金屬鹽採用氯化鈰、硫酸鑭、氧化釔、氯化鐠中的至少一種。 該建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化液的使用方法為，其工藝流程如下裝
掛一酸蝕脫脂一水洗一水洗一鉻酸鹽轉化處理一水洗一水洗一純水洗一瀝水一 烘乾一噴塗一固化，從而得到能在建築鋁型材表面上形成一層緻密均勻、膜厚
1 2um的金黃色至彩虹色的鉻酸鹽轉化膜，抗鹽霧試驗超過國家標準的168h, 其中，
(1) 酸蝕脫脂，採用5 10%硫酸，0. 3 0.8%氫氟酸，0.01 0.03%TX-10 (乳化劑)，室溫下處理3 5分鐘，清除鋁件表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰
塵等汙染物，使鋁合金基體裸露出來，形成均勻的活化表面；
(2) 鉻酸鹽轉化處理，採用建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，PH 值為1. 8 2. 2，溫度15 40°C,時間浸漬2 5分鐘或噴淋0. 5 1. 5分鐘，噴淋 壓力0. 08 0. 12MPa，攪拌方式為溶液循環或壓縮空氣攪拌；
(3) 純水洗，保持純水的導電率《100ti s/cm。(4)烘乾，採用熱風循環烘乾爐乾燥，時間10 30分鐘，溫度50 65。C， 烘乾溫度不應超過65°C，溫度過高會使轉化膜出現裂紋，容易粉化，降低塗層 與基體的附著力和抗蝕性。
本發明的目的和方案是通過如下措施來確定和實現的
(1) 篩選出稀土金屬鹽替代鐵氰化鉀為形成鉻化膜的促進劑 稀土金屬鹽對形成鉻化膜有促進作用，在酸性絡酸鹽介質中呈現出氧化性，
起到加速陰極去極化作用，提高了微電池的電流密度，從而加快成膜速度，降低 反應溫度，縮短成膜時間。此外，稀土金屬鹽還參與成膜反應，生成金黃色的鋁 稀土金屬鹽複合物在鉻酸鹽膜上沉積，彌補了鉻酸鹽膜的不緻密性，從而提高了 鉻酸鹽轉化膜的耐蝕性。稀土金屬鹽含量低，成膜速度慢，膜較薄，顏色淺；稀 土金屬鹽含量高，成膜速度快，顏色深，耐蝕性好，但成本增加。
(2) 優選出具有高穩定性能的穩定劑
優選出由含有羧基、羥基的有機酸調配組合而成的穩定劑，其主要作用是與 過量的Al3+形成穩定的螯合物，還能控制、降低成膜反應速度，掩蔽溶液中雜質的 幹擾，提高鉻化液的穩定性。同時，能通過物理和化學作用吸附在鋁基體表面，
兩者的協同效應使其具有較高的覆蓋度，從而提高緩蝕效果，有效地抑制Ar的
產生，減少沉渣的生成，避免了工件表面掛灰。穩定劑含量過低，螯合效果差， 起不到抑制沉渣的作用；穩定劑含量過高，會阻礙鉻化成膜反應的正常進行。
(3) 篩選活化成分，降低鉻酸鹽含量 篩選出合適的氟化物為鉻化液的活化成分，對成膜反應有催化作用，可有效
地降低鉻酸鹽含量。氟化物主要用於維持溶液一定的游離酸度，保持溶液穩定， 促使鋁的溶解，加快Ar的生成，使其表面呈現出有利於鉻酸鹽成膜的活性區。F 一和Cr03的含量存在一定的比例關係，F—/Cr03的最佳比值範圍是0.23 0.30，其 比值大小嚴重影響鉻酸鹽轉化膜的附著性和耐蝕性。F—含量過低時成膜反應時間 較長，膜層較薄，耐蝕性差，甚至不能成膜；F—含量過高時與鋁反應析氫劇烈， 降低鋁型材表面的光澤度，使膜層粗糙、疏鬆，附著力下降。鉻酸鹽是參與成膜的基本成分，在鉻化液中作氧化劑，其含量對鉻化膜的 形成速度和外觀質量都有著重要影響。鉻酸鹽含量過低時成膜速度較慢，膜薄不 完整，顏色偏淡，耐腐蝕性能下降；鉻酸鹽含量過高時反應速度太快，膜層結晶 粗糙，疏鬆不緻密，易粉化，色澤偏深，結合力差，且增加環境汙染和廢水治理 費用。低濃度鉻酸鹽轉化處理中鉻酸鹽含量控制在0.6 2.0g/L為宜，大大降低 了鉻酸鹽含量。
(4) 嚴格控制鉻化液的PH值，保證鉻酸鹽轉化膜質量
鉻化液的ra值對鉻化膜的形成和質量有顯著影響。若溶液的PH值較低，金屬
的溶解速度增加，成膜反應加快，膜層粗糙、疏鬆，附著力差；若溶液的PH值較 高，金屬的溶解速度降低，成膜反應減慢，膜層較薄，顏色淺，耐蝕性差。因此， 鉻化液的PH值應嚴格控制在l. 8 2. 2範圍內，可採用硝酸或氨水調整鉻化液的PH 值。
(5) 簡化配方組成，降低工藝成本，增強市場竟爭力。 本發明與現有的技術相比，具有如下優點
1、 本發明的轉化液不含鐵氰化鉀，鉻酸鹽含量低，溶液穩定，沉渣少，避 免工件表面掛灰，使用周期長，每槽可用l年以上，減少環境汙染和廢水治理費 用，廢液經處理後達到排放標準。
2、 本發明的轉化液所形成的轉化膜呈金黃色至彩虹色，色澤鮮豔美觀，裝 飾性能好，耐蝕性強，抗鹽霧試驗超過國家標準的168h,轉化膜質量符合國家 標準GB/T 17460-1998《化學轉化膜-鋁及鋁合金上漂洗和不漂洗鉻酸鹽轉化膜》 的要求。
3、 本發明的轉化液所形成的轉化膜膜層緻密均勻，單位面積膜重為0.2 1.3g/m2，膜厚1 2um，與有機塗層結合力好，附著力符合GB/T 9286-1988、 衝擊強度符合GB/T 1732-1993、柔韌性符合GB/T 1731-1993、杯突試驗符合GB/T 9753-1988、耐鹽霧腐蝕性符合GB/T 1771-1991、人工加速耐候性符合GB/T 1865-1997,各項性能指標均達到國家標準。4、本發明的轉化液工藝簡單，管理維護方便，常溫使用，節省能源，綜合 成本低；提高了產品的塗裝質量，使建築用噴塗鋁合金型材的使用壽命延長到 15 20年；經實踐證明該技術及產品節能減排效果顯著。
具體實施例方式
實施例1:
把經酸蝕脫脂處理後的建築鋁型材置於含鉻酸鹽1.0克/升、氟化合物0.5
克/升、鋅鹽0.4克/升、硝酸鹽0.8克/升、稀土金屬鹽0.2克/升、穩定劑0.3 克/升、PH值1.8 2.2、溫度5 40。C的槽液中處理，處理時間3 5分鐘(浸 漬)或0.5 1.5分鐘(噴淋)，即可在建築鋁型材表面上形成一層緻密均勻、單 位面積膜重為0. 2 1. 3g/m2、膜厚1 2 u m的金黃色至彩虹色的鉻酸鹽轉化膜， 抗鹽霧試驗超過國家標準的168h，耐腐蝕性強，與有機塗層結合力好，附著力、 衝擊強度、杯突試驗等各項性能指標均達到國家標準。 實施例2:
把經酸蝕脫脂處理後的建築鋁型材置於含鉻酸鹽2.0克/升、氟化合物0.3 克/升、鋅鹽O. l克/升、硝酸鹽0.4克/升、稀土金屬鹽0.5克/升、穩定劑0.8 克/升、PH值1.8 2.2、溫度5 40。C的槽液中處理，處理時間3 5分鐘(浸 漬)或0.5 1.5分鐘(噴淋)，即可在建築鋁型材表面上形成一層緻密均勻、單 位面積膜重為0. 2 1. 3g/m2、膜厚1 2 " m的金黃色至彩虹色的鉻酸鹽轉化膜， 抗鹽霧試驗超過國家標準的168h，耐腐蝕性強，與有機塗層結合力好，附著力、 衝擊強度、杯突試驗等各項性能指標均達到國家標準。
實施例3:
把經酸蝕脫脂處理後的建築鋁型材置於含鉻酸鹽0.6克/升、氟化合物0.9 克/升、鋅鹽0.3克/升、硝酸鹽0.2克/升、稀土金屬鹽0.3克/升、穩定劑0.5 克/升、PH值1.8 2.2、溫度5 4CTC的槽液中處理，處理時間3 5分鐘(浸 漬)或0.5 1.5分鐘(噴淋)，即可在建築鋁型材表面上形成一層緻密均勻、單 位面積膜重為0. 2 1. 3g/m2、膜厚1 2 y m的金黃色至彩虹色的鉻酸鹽轉化膜，抗鹽霧試驗超過國家標準的168h，耐腐蝕性強，與有機塗層結合力好，附著力、 衝擊強度、杯突試驗等各項性能指標均達到國家標準。 實施例4:
把經酸蝕脫脂處理後的建築鋁型材置於含鉻酸鹽1.5克/升、氟化合物0.7 克/升、鋅鹽0.6克/升、硝酸鹽0.5克/升、稀土金屬鹽O. l克/升、穩定劑l.O 克/升、PH值1.8 2.2、溫度5 40。C的槽液中處理，處理時間3 5分鐘(浸 漬)或0.5 1.5分鐘(噴淋)，即可在建築鋁型材表面上形成一層緻密均勻、單 位面積膜重為0. 2 1. 3g/m2、膜厚1 2 y m的金黃色至彩虹色的鉻酸鹽轉化膜， 抗鹽霧試驗超過國家標準的168h，耐腐蝕性強，與有機塗層結合力好，附著力、 衝擊強度、杯突試驗等各項性能指標均達到國家標準。
權利要求
1、一種建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特徵在於該處理液含鉻酸鹽0.6～2.0克/升、氟化合物0.3～0.9克/升、鋅鹽0.1～0.6克/升、硝酸鹽0.2～0.8克/升、稀土金屬鹽0.1～0.5克/升、穩定劑0.3～1.0克/升、PH值1.8～2.2、處理液的溫度5～40℃。
2、 根據權利要求1所述的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特 徵在於所述的稀土金屬鹽採用鈰鹽、鑭鹽、鹽或釔的氧化物、鐠鹽中的至少一 種。
3、 根據權利要求1所述的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特 徵在於所述的鉻酸鹽採用鉻酸酐、鉻酸鈉、重鉻酸鉀中的至少一種。
4、 根據權利要求1所述的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特徵在於所述的氟化合物採用氫氟酸、氟化銨、氟化氫銨、氟化鈉、氟硼酸鉀中的至少一種。
5、 根據權利要求1所述的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特徵在於所述的鋅鹽採用氧化鋅、硝酸鋅、磷酸鋅中的至少一種。
6、 根據權利要求1所述的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特 徵在於所述的硝酸鹽採用硝酸、硝酸胺、硝酸鉀、硝酸鈉中的至少一種。
7、 根據權利要求1所述的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特徵在於所述的穩定劑釆用擰檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸、葡萄糖酸中的至少 一種。
8、 根據權利要求2所述的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，其特 徵在於所述的稀土金屬鹽採用氯化鈰、硫酸鑭、氧化釔、氯化鐠中的至少一種。
9、 根據權利要求1所述的建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化液的使用方法， 其特徵在於工藝流程如下裝掛—酸蝕脫脂一水洗一水洗一鉻酸鹽轉化處理一水洗一水洗一純水洗一 瀝水一烘乾一噴塗一固化，從而得到能在建築鋁型材表面上形成一層緻密均勻、膜厚1 2ixm的金黃色至彩虹色的鉻酸鹽轉化膜，抗鹽霧試驗超過國家標準的 168h,其中，(1) 酸蝕脫脂，採用5 10%硫酸，0.3 0.8%氫氟酸，0.01 0.03%TX-10 乳化劑，室溫下處理3 5分鐘，清除鋁件表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰塵， 使鋁合金基體裸露出來，形成均勻的活化表面；(2) 鉻酸鹽轉化處理，採用建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液，PH 值為1. 8 2. 2，溫度15 40°C,時間浸漬2 5分鐘或噴淋0. 5 1. 5分鐘，噴淋 壓力0. 08 0. 12MPa，攪拌方式為溶液循環或壓縮空氣攪拌；(3) 純水洗，保持純水的導電率《100ns/cm。(4) 烘乾，採用熱風循環烘乾爐乾燥，時間10 30分鐘，溫度50 65°〇， 烘乾溫度不應超過65'C，溫度過高會使轉化膜出現裂紋，容易粉化，降低塗層與 基體的附著力和抗蝕性。
全文摘要
本發明公開了一種建築鋁型材表面低鉻防腐化學轉化處理液及其使用方法，該技術是將建築鋁型材置於含鉻酸鹽0.6～2.0克/升、氟化合物0.3～0.9克/升、鋅鹽0.1～0.6克/升、硝酸鹽0.2～0.8克/升、稀土金屬鹽0.1～0.5克/升、穩定劑0.3～1.0克/升、pH值1.8～2.2、溫度5～40℃的槽液中處理，處理時間3～5分鐘或0.5～1.5分鐘，即可在建築鋁型材表面上形成一層緻密均勻、膜厚1～2μm的金黃色至彩虹色的鉻酸鹽轉化膜。本發明具有工藝簡單，不含鐵氰化鉀，鉻酸鹽含量低，溶液穩定，沉渣少，使用周期長，環境汙染和廢水治理費用少，廢液經處理後達到排放標準，常溫使用，節省能源，綜合成本低等優點。
文檔編號C23C22/05GK101597758SQ20091004060
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者王運玖, 蒙文堅, 興 袁 申請人:興 袁