铝及铝合金无铬表面处理技术工艺概述及配方开发

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2、其中含有六价铬，其使用越来越受到严格限制。因此，环境友好的新型无铬表面处理技术越来越受到人们的关注。   1.1 锆钛类处理   锆钛处理体系从20世纪80年代开始发展，是目前为数不多的得到工业化应用的工艺之一。它最早用于易拉罐的表面处理，后来逐渐扩展到汽车、电子、航空、建筑型材等行业。这种工艺的处理液主要由含钛、锆、铪的金属盐，氟化物，硝酸盐和有机添加剂组成，通过浸渍、喷淋的方式形成转化膜。膜层主要是由锆钛盐、铝的氧化物、铝的氟化物及锆钛的配合物等组成的混合夹杂物。其优点在于工艺操作简单，所获得的膜层与有机聚

3、合物的结合力强。   日本Parker公司研制的一个典型配方是：磷酸盐0.04g/L，钛0.05g/L，氟离子0.4g/L，单宁酸0.2g/L，pH4.9。30～60℃下喷淋或浸渍5～6s即可获得转化膜。郭瑞光等的研究表明，钛酸盐化学转化膜拥有许多与铬酸盐化学转化膜相同的性质，如稳定、牢固、自愈性良好，能够有效防止铝合金的腐蚀等。钛酸盐转化膜能起到保护作用是基于它抑制了铝合金表面阳极反应的发生和提高了点蚀电位。   汉高公司从20世纪70年代起就已经开发了无铬转化处理技术，当时以氟锆酸、硝酸和硼酸为基础配方；8

4、0年代又开发了磷酸锆和磷酸钛配方，被广泛应用于易拉罐表面钝化。其无铬钝化产品Alodine(阿洛丁)5200的处理时间为5～120s，温度20～30℃，处理液pH为3.0～3.6，所获得的涂层由30%～40%的锆(钛)盐、25%～35%的铝的氧化物、5%～15%的铝的氟化物和2%～30%的有机聚合物组成。其特点是：无重金属，降低了污水处理的成本，减少了重金属对环境的污染，改善了操作工人的作业环境；基于锆盐和钛盐以及聚合物等，取代了重金属钝化膜；室温处理，节约能源；钝化时间短，提高了生产效率；既可用于喷淋也可用于

5、浸渍；为有机涂层提供了极好的基底。   锆钛体系目前在铝罐、室内散热器和铝轮毂等方面已获得了应用，但其耐蚀性能仍低于铬酸盐膜，而且经此工艺处理后的转化膜没有颜色，给工业生产带来了一定的困难，因而在高耐候性和高耐蚀性要求的产品上还很少应用。   1.2 硅烷处理   硅烷表面处理是近年来新发展起来的一项技术，国外已经有了很多专利，也被认为是一种很有希望代替铬酸盐的工艺。硅烷分子中同时存在亲有机和亲无机的两种官能团，通过硅烷偶联剂就可以把有机材料和无机材料这两种性质差异很大的材料牢固结合在一起。对于铝合金而言，硅烷

6、可与基底铝合金形成极强的Me─O─Si键，而硅烷的有机部分又可与表面涂层形成化学键结合。因此，硅烷处理可大大提高表面涂层与基体铝合金的结合力，从而提高铝合金的耐蚀性。   采用电化学技术在LY12铝合金表面制备了十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)膜，主要是通过DTMS硅烷试剂与铝合金基体发生化学键合作用，生成─SiOAl键而实现成膜。膜层的电化学阻抗谱(EIS)测试表明，与开路电位下相比，采用阴极电位沉积方法得到的硅烷膜，耐蚀性能有明显提高，且存在一个最佳“临界电位”，在此电位下沉积得到的硅烷膜具有最佳的耐蚀性。

7、   除硅烷外，目前还有使用倍半硅氧烷(SSO)在金属表面形成致密的保护膜。SSO是一类结构简式为(RSiO1.5)n的有机/无机杂化物，这类化合物是由有3个官能团的有机取代烷氧硅烷水解缩合而成，它不仅可以在金属表面形成致密的保护膜，而且可与金属面以Si─O─M化学键相结合，极大地增强了膜的附着能力和耐蚀性能。   1.3 稀土转化膜   稀土转化膜是一种开发比较早的无铬化处理工艺，在1994年的亚洲太平洋精饰会议上被众多专家认为是最具有希望代替铬和有良好发展前景的转化膜之一。它最初由Hinton等人提出，当时

8、采用的是最简单的浸泡法。经过多年发展，稀土转化膜的成膜方法除浸泡法之外，还有熔盐浸泡法、阴极电解沉积法等。下面介绍几种常用的稀土转化膜工艺。   1.3.1 浸泡工艺   将铝合金置于铈盐溶液中长期浸泡。将铝合金在含0.1%CeCl3的0.1mol/LNaCl溶液中浸泡168h后，在其表面形成铈氧化物膜。处理溶液的pH为6.5，处理温度25℃。这是早期使用的方法，因耗时过长而不适用于工