鋁合金的磷化預處理方法
【專利摘要】本發(fā)明一種鋁合金的磷化預處理方法，包括如下步驟：1)先將鋁合金件表面的油污去除；2)將清洗干凈的鋁合金件浸入膠體鈦鹽表調(diào)劑處理；3)膠體鈦鹽表調(diào)劑處理完后將鋁合金件取出，浸入鋅系磷化液處理，取出沖洗干凈晾干。所述的鋅系磷化液配方為：Zn2+15～18g/l，PO43-15～20g/l，Cu2+0.001～0.003g/l，F(xiàn)e2+1～2.5g/l，F(xiàn)-l～2.5g/l，Ni2+0.5～1.5g/l，用去離子水配制。磷化處理后所形成的磷化膜具有較好的耐腐蝕性，形成的薄膜均勻致密。
【專利說明】鋁合金的磷化預處理方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磷化預處理方法，尤其涉及一種適合于鋁合金表面噴涂合成涂層前的磷化預處理方法。

【背景技術】
[0002]鋁及鋁合金因其獨特的性能而被廣泛應用，但其化學性質(zhì)及其活潑，不穩(wěn)定，容易被腐蝕，需要很好地進行表面處理，改善和提高其表面性能，提高耐蝕性。合成涂層具有優(yōu)異的抗咬粘性、抗穴蝕和抗腐蝕性，表面性能優(yōu)異，在金屬表面運用越來越廣。在機械、金屬等領域特別需要合成涂層與鋁合金基體間牢固結合，否則合成涂層在運行過程中易出現(xiàn)剝落、氣泡現(xiàn)象，引起減摩層早期失效，嚴重時導致零件燒損。
[0003]通常在對金屬表面噴涂合成涂層前進行磷化預處理，用來提高合成涂層與鋁合金基體粘結強度。磷化處理技術在工業(yè)上應用很廣泛，用作涂層基底是它的主要用途之一。磷化膜具有多孔性，涂料可以滲入到這些孔隙中，因而能顯著地提高涂層的結合力。此外，磷化膜又能使金屬表面由優(yōu)良導體轉變?yōu)椴涣紝w，從而抑制了金屬表面微電池的形成，有效地抑制涂層的失效，可以成倍地提高涂層的耐蝕性和耐水性，所以磷化膜已被公認為涂層最良好的基底。
[0004]目前所使用的磷化劑為單一的鋼或鋁合金材料處理，鋁合金、鍍鋅件采用鉻磷化或鈍化，通用性差，并且，鉻磷化或鈍化對環(huán)境污染大，生產(chǎn)廢水不易處理，將逐漸淘汰。通常鋁材磷化處理液分為含鉻磷化和無鉻磷化。含鉻磷化盡管具有優(yōu)良的涂裝性能，但六價鉻有毒，對環(huán)境有污染，是職業(yè)致癌物且廢水處理成本很高，根據(jù)各國制定并實施的工業(yè)廢水排放標準，嚴格限制了鉻在金屬表面處理中的使用。因此，在滿足世界各國日益嚴格地環(huán)保條件下，無鉻磷化不失為鋁材涂裝前處理工藝中較理想、環(huán)保的方法，它具有與含鉻磷化處理相當?shù)钠崮づ涮赘街湍望}霧性能而又不含鉻。鋁材在傳統(tǒng)的鋼鐵用磷化液中成膜很差或者基本不成膜，因為鋁在酸的作用下溶解產(chǎn)生的鋁離子蓄積到一定程度后，會使磷化液“中毒”，嚴重阻礙磷化的進行，在鋁鋼混材同槽磷化時，還會遏制鋼材磷化的進行。鋁材涂裝打底用磷化采用鋅系磷化工藝，目前使用的鋁材磷化液，膜疏松、膜重較大，造成磷化膜與陰極電泳配套后漆膜附著力差，耐鹽霧性差；磷化結晶尺寸較大，呈針狀或塊狀，沒有顆粒狀結晶。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種耐蝕性高、附著力好的鋁合金表面磷化預處理方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種鋁合金的磷化預處理方法，包括如下步驟:
[0007]I)先將鋁合金件表面的油污去除；
[0008]2)將清洗干凈的鋁合金件浸入膠體鈦鹽表調(diào)劑處理；
[0009]3)膠體鈦鹽表調(diào)劑處理完后將鋁合金件取出，浸入鋅系磷化液處理，取出沖洗干凈瞭干。所述的鋅系磷化液配方為:Zn2+15?18g/l，P0廣15?20g/l，Cu2+0.001?0.003g/1，F(xiàn)e2+I ?2.5g/l，F(xiàn) I ?2.5g/l，Ni2+0.5 ?1.5g/l。
[0010]所述的Zn2+來源于氧化鋅，PO 來源于磷酸，Cu 2+來源于硝酸銅，F(xiàn)e 2+來源于氧化亞鐵，F(xiàn)_來源于氟化鈉或氟化鉀，Ni 2+來源于硝酸鎳。
[0011]所述的鋅系磷化液用去離子水配制。
[0012]所述磷化液的工作參數(shù)為:游離酸度0.5?1.5點，總酸度:25?35點，磷化溫度為35?45°C，處理時間5?8分鐘。
[0013]所述步驟I中去除鋁合金件表面的油污的方法為，包括如下步驟:
[0014]I)采用有機溶劑擦洗鋁合金件表面油污后晾干；
[0015]2)采用金屬除油粉水溶液浸泡擦洗鋁合金件；
[0016]3)用專用脫脂劑對鋁合金件脫脂，清洗干凈。
[0017]所述步驟2中膠體鈦鹽表調(diào)劑的配制配方為:去離子水:240份?255份；磷酸氫二鈉:80份?85份；三聚磷酸鈉:50份?53份；氟鈦酸鉀:5份?7份；氫氧化鈉:2份?3份；六偏磷酸鈉:150份?165份；正葡萄糖酸鈉:10份?12份；將配制好的溶液用電導率(50us/cm、PH = 6.5?7.5的去離子水稀釋至濃度0.2?0.3%，即可使用。膠體鈦鹽表調(diào)劑工作溫度為10?30°C，浸漬或噴淋設備為不銹鋼槽或PVC槽體或內(nèi)襯玻璃；鋁合金表調(diào)處理時間為:30?60秒。
[0018]所述鋁合金件為內(nèi)燃機鋁基軸瓦。
[0019]鋁合金磷化膜形成機理:鋁合金基體中的鋁在游離酸的作用下與磷酸反應，產(chǎn)生溶解，鋁合金基體表面生成磷化膜的成份以Zn3(PO4)2為主。鋁合金基體表面磷化成膜化學反應式如下:
[0020]2A1+6HF = 2A1F3+3H2 丨——(I)；
[0021]2A1+6H3P04= 2A1 (H 2Ρ04) 3+3Η2 ? ——(2)；
[0022]Al (H2PO4)3= AlPO 4+2Η3Ρ04——(3)；
[0023]3Ζη2++2Η2Ρ04>4Η20 = Zn3 (PO4) 2.4Η20+4Η.——(4)；
[0024]2Μη2++Ζη2++2Η2Ρ04>4Η20 = Mn2Zn (PO4) 2.4Η20+4Η+——(5)；
[0025]2Ni2++Zn2++2H2P04>4H20 = Ni2Zn (PO4) 2.4Η20+4Η.——(6)。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明預處理方法中使用的鋅系磷化液中不使用鉻，避免了鉻對環(huán)境和人體的毒害問題；磷化液的工作溫度低，為35?45°C，節(jié)省能源；預處理工作時的沉渣少；磷化膜成膜速度快，且形成的磷化膜均勻致密；形成的磷化膜具有良好的耐腐蝕性，且具有減摩、潤滑等作用，增加了合成涂層與鋁合金基體的結合強度；使用的磷化液組成簡單，原材料容易購買。本發(fā)明預處理方法中尤其適用于內(nèi)燃機鋁基軸瓦合金表面噴涂合成涂層前進行磷化預處理，形成的磷化膜極大地提高了合成涂層與鋁合金基體的粘結強度，使得軸瓦合成涂層在內(nèi)燃機運行過程中不易出現(xiàn)剝落、氣泡現(xiàn)象，有助于避免軸瓦減摩層早期失效并導致軸瓦抱軸燒損的情況。

【具體實施方式】
[0027]實施例1制備鋁合金表面膠體鈦鹽表調(diào)劑
[0028]鋁合金表面膠體鈦鹽表調(diào)劑合成配方:去離子水:240份?255份；磷酸氫二鈉:80份?85份；三聚磷酸鈉:50份?53份；氟鈦酸鉀:5份?7份；氫氧化鈉:2份?3份；六偏磷酸鈉:150份?165份；正葡萄糖酸鈉:10份?12份。
[0029]按照上述配方，按照如下步驟制備鋁合金表面膠體鈦鹽表調(diào)劑:
[0030]I)將去離子水加熱到60?70°C。
[0031]2)依次加入磷酸氫二鈉、三聚磷酸鈉及氫氧化鈉，不斷攪拌，升溫到95?100°C。
[0032]3)加入氟鈦酸鉀和正葡萄糖酸鈉(阻垢分散劑)，不斷攪拌，保持20?30min。
[0033]4)加入六偏磷酸鈉(穩(wěn)定劑)，攪拌。
[0034]5)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH到8.5?9.5之間，即得。
[0035]使用電導率< 50us/cm、PH = 6.5?7.5的去離子水將上述配方配制得到的膠體鈦鹽表調(diào)劑稀釋為濃度0.2?0.3%，該濃度吸附在鋁合金表面的帶電膠粒多，磷化膜生成的結晶核就多，磷化膜細密，耐蝕性提高。
[0036]膠體鈦鹽表調(diào)劑工作溫度為10?30°C，工作溫度過低影響膠體活性，也影響膠體的聚沉性。浸漬(噴淋)設備:采用不銹鋼、PVC槽體或內(nèi)襯玻璃。鋁合金表調(diào)處理時間:30?60秒ο
[0037]實施例2鋁基軸瓦鋁合金表面磷化預處理
[0038]一、試樣:取試驗內(nèi)燃機鋁基軸瓦I片，軸瓦內(nèi)表面鋁合金材料牌號為AlSn6Si4CuMnCr ;該牌號鋁合金材料化學成分范圍為:5?7.5% Sn ；3.25?4.75% Si ;
0.6 ?1.2% Cu ；0.15 ?0.25% Mn ；0.15 ?0.25% Cr ;余量％ Al。
[0039]二、軸瓦內(nèi)表面鋁合金表面噴涂合成涂層前磷化預處理步驟:
[0040]I)采用汽油等有機溶劑擦洗試驗軸瓦全表面油污后晾干。
[0041]2)采用專用金屬除油粉水溶液浸泡3分鐘后擦拭除油，流動自來水清洗。
[0042]3)將試驗軸瓦浸入鋁件專用脫脂劑脫脂5分鐘，流動自來水清洗。
[0043]4)將驗軸瓦浸入膠鈦表調(diào)劑中，對鋁合金表面表調(diào)處理，表調(diào)處理液工作條件為:
[0044]①、設備:小不銹鋼槽
[0045]②、配用水質(zhì):電導率=40us/cm、PH = 6.8的去離子水；
[0046]③、膠體鈦化合物濃度2% ;
[0047]④、PH值為 8.8;
[0048]⑤、表調(diào)溫度:18°C;
[0049]⑥、處理方式:浸漬處理；
[0050]⑦、表調(diào)處理時間:40秒。
[0051]三、進行磷化預處理:
[0052]將前述經(jīng)過膠鈦表調(diào)劑處理的試驗軸瓦浸入鋅系磷化液中磷化。
[0053]①、配制磷化液組分為:
[0054]Zn2+: 15.5g/l ;PO 廣:17g/l ；Cu 2+:0.001g/l ；
[0055]Fe2+:lg/1 ；F _:lg/l ;Ni 2+:0.5g/l。
[0056]所述Zn2+來源于氧化鋅，PO 來源于磷酸，Cu 2+來源于硝酸銅，F(xiàn)e 2+來源于氧化亞鐵，F(xiàn)—來源于氟化鈉，Ni 2+來源于硝酸鎳。
[0057]將氧化鋅加入少量去離子水中，調(diào)成糊狀，邊加邊攪拌以充分反應，再加入磷酸，磷酸稍過量，以保證有足夠的PO43-濃度，與金屬表面作用，形成磷酸鹽沉淀。然后加入硝酸銅、氧化亞鐵、氟化鈉和硝酸鎳，攪拌均勻后加入去離子水至規(guī)定濃度。最后用磷酸和燒堿調(diào)節(jié)磷化液的游離酸和總酸達到規(guī)定的點數(shù)，即制得磷化液。
[0058]②、磷化液經(jīng)分析化驗，測得工作條件為:
[0059]1、游離酸度:0.9點；
[0060]I1、總酸度:28 點。
[0061]③、磷化液使用條件為:
[0062]1、磷化溫度:35°C ;
[0063]I1、試驗軸瓦磷化處理時間:5min。
[0064]處理完畢后將試驗軸瓦從磷化液中取出，流動自來水清洗干凈后晾干。
[0065]四、AlSn6Si4CuMnCr材料銷合金表面磷化預處理效果驗證:
[0066]①、試驗軸瓦鋁合金表面外觀:形成一層致密的均勻的磷化膜，顏色為淺灰色。
[0067]②、膜重4.8g/m2，符合軸瓦鋁合金表面后續(xù)噴涂要求。
[0068]實施例3鋁基軸瓦鋁合金表面磷化預處理
[0069]—、試樣:取試驗鋁基軸瓦I片，軸瓦內(nèi)表面鋁合金材料牌號為AlSn2tlCu,該牌號鋁合金材料化學成分范圍為:17.5?22.5% Sn ；0.7?1.3% Cu ;余量％ Al。
[0070]二、軸瓦內(nèi)表面鋁合金表面噴涂合成涂層前磷化預處理步驟:
[0071]I)采用汽油等有機溶劑擦洗試驗軸瓦全表面油污后晾干。
[0072]2)采用專用金屬除油粉水溶液浸泡3分鐘后擦拭除油，流動自來水清洗。
[0073]3)將試驗軸瓦浸入鋁件專用脫脂劑脫脂5分鐘，流動自來水清洗。
[0074]4)將驗軸瓦浸入膠鈦表調(diào)劑中，對鋁合金表面表調(diào)處理，表調(diào)處理液工作條件為:
[0075]①、設備:小不銹鋼槽
[0076]②、配用水質(zhì):電導率=45us/cm、PH = 7.0的去離子水；
[0077]③、膠體鈦化合物濃度:0.25% ;
[0078]④、PH值為 9.0;
[0079]⑤、表調(diào)溫度:25°C ;
[0080]⑥、處理方式:浸漬處理。
[0081]⑦、表調(diào)處理時間:50秒。
[0082]三、進行磷化預處理:
[0083]將前述經(jīng)過膠鈦表調(diào)劑處理的試驗軸瓦浸入鋅系磷化液中磷化。
[0084]①、配制磷化液組分為:
[0085]Zn2+: 17g/l ；PO 廣:18.5g/l ；Cu 2+:0.002g/l ；
[0086]Fe2+: 1.5g/l ;F: 1.5g/l ;Ni 2+: 1.0g/1。
[0087]所述Zn2+來源于氧化鋅，PO 來源于磷酸，Cu 2+來源于硝酸銅，F(xiàn)e 2+來源于氧化亞鐵，F(xiàn)—來源于氟化鉀，Ni 2+來源于硝酸鎳。
[0088]②、磷化液經(jīng)分析化驗，測得工作條件為:
[0089]1、游離酸度:1.2點；
[0090]I1、總酸度:32.5 點。
[0091]③、磷化液使用條件為:
[0092]1、磷化溫度:38°C ;
[0093]I1、試驗軸瓦磷化處理時間:6min。
[0094]將試驗軸瓦從磷化液中取出，流動自來水清洗干凈后晾干。
[0095]四、AlSn2tlCu材料銷合金表面磷化預處理效果驗證:
[0096]①、試驗軸瓦鋁合金表面外觀:形成一層致密的均勻的磷化膜，顏色為淺灰色。
[0097]②、膜重5.4g/m2，符合軸瓦鋁合金表面后續(xù)噴涂要求。
[0098]實施例4鋁基軸瓦鋁合金表面磷化預處理
[0099]—、試樣:取試驗銷基軸瓦I片，軸瓦內(nèi)表面銷合金材料牌號為AlSn25CuMn，該牌號鋁合金材料化學成分范圍為:22.5?27.5% Sn ；0.7?1.3% Cu 0.7% Mn ;余量％AL.
[0100]二、軸瓦內(nèi)表面鋁合金表面噴涂合成涂層前磷化預處理步驟:
[0101]I)采用汽油等有機溶劑擦洗試驗軸瓦全表面油污后晾干。
[0102]2)采用專用金屬除油粉水溶液浸泡3分鐘后擦拭除油，流動自來水清洗。
[0103]3)將試驗軸瓦浸入鋁件專用脫脂劑脫脂5分鐘，流動自來水清洗。
[0104]4)將驗軸瓦浸入膠鈦表調(diào)劑中，對鋁合金表面表調(diào)處理，表調(diào)處理液工作條件為:
[0105]①、設備:小不銹鋼槽
[0106]②、配用水質(zhì):電導率=50us/cm、PH = 7.5的去離子水；
[0107]③、膠體鈦化合物濃度:0.3% ;
[0108]④、PH值為 9.2;
[0109]⑤、表調(diào)溫度:30°C;
[0110]⑥、處理方式:浸漬處理。
[0111]⑦、表調(diào)處理時間:60秒。
[0112]三、進行磷化預處理:
[0113]將前述經(jīng)過膠鈦表調(diào)劑處理的試驗軸瓦浸入鋅系磷化液中磷化。
[0114]①、配制磷化液組分為:
[0115]Zn2+:18g/l ;P0 廣:20g/l ；Cu 2+:0.003g/l ；
[0116]Fe2+:2g/l ；F_:2g/l ；Ni 2+:l.5g/lo
[0117]所述Zn2+來源于氧化鋅，P0 43_來源于磷酸，Cu 2+來源于硝酸銅，F(xiàn)e 2+來源于氧化亞鐵，F(xiàn)—來源于氟化鉀，Ni 2+來源于硝酸鎳。
[0118]②、磷化液經(jīng)分析化驗，測得工作條件為:
[0119]1、游離酸度:1.5點;
[0120]I1、總酸度:34.5 點。
[0121]③、磷化液使用條件為:
[0122]1、磷化溫度:45°〇；
[0123]I1、試驗軸瓦磷化處理時間:8min。
[0124]將試驗軸瓦從磷化液中取出，流動自來水清洗干凈后晾干。
[0125]四、AlSn25CuMn材料銷合金表面磷化預處理效果驗證:
[0126]①、試驗軸瓦鋁合金表面外觀:形成一層致密的均勻的磷化膜，顏色為淺灰色。
[0127]②、膜重5.8g/m2，符合軸瓦鋁合金表面后續(xù)噴涂要求。
【權利要求】
1.一種鋁合金的磷化預處理方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)先將鋁合金件表面的油污去除； 2)將清洗干凈的鋁合金件浸入膠體鈦鹽表調(diào)劑處理； 3)膠體鈦鹽表調(diào)劑處理完后將鋁合金件取出，浸入鋅系磷化液處理，取出沖洗干凈晾干；所述的鋅系磷化液配方為:Zn2+15?18g/l，PO43^l5?20g/l，Cu2+0.001?0.003g/l，F(xiàn)e2+I ?2.5g/l，F(xiàn) I ?2.5g/l，Ni2+0.5 ?1.5g/l。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金的磷化預處理方法，其特征在于，所述的Zn2+來源于氧化鋅，P043_來源于磷酸，Cu2+來源于硝酸銅，F(xiàn)e 2+來源于氧化亞鐵，F(xiàn) _來源于氟化鈉或氟化鉀，Ni2+來源于硝酸鎳。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金的磷化預處理方法，其特征在于，所述的鋅系磷化液用去離子水配制。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金的磷化預處理方法，其特征在于，所述磷化液的工作參數(shù)為:游離酸度0.5?1.5點，總酸度:25?35點，磷化溫度為35?45°C，處理時間5?8分鐘。
5.根據(jù)權利要求1至3任一所述的鋁合金的磷化預處理方法，其特征在于，所述步驟I中去除鋁合金件表面的油污的方法為，包括如下步驟: 1)采用有機溶劑擦洗鋁合金件表面油污后晾干； 2)采用金屬除油粉水溶液浸泡擦洗鋁合金件； 3)用專用脫脂劑對鋁合金件脫脂，清洗干凈。
6.根據(jù)權利要求1至3任一所述的鋁合金的磷化預處理方法，其特征在于，所述步驟2中膠體鈦鹽表調(diào)劑的配制配方為:去離子水:240份?255份；磷酸氫二鈉:80份?85份；三聚磷酸鈉:50份?53份；氟鈦酸鉀:5份?7份；氫氧化鈉:2份?3份；六偏磷酸鈉:150份?165份；正葡萄糖酸鈉:10份?12份；將配制好的溶液用電導率彡50us/cm、PH =6.5?7.5的去離子水稀釋至濃度0.2?0.3%，即可使用。
7.根據(jù)權利要求1至3任一所述的鋁合金的磷化預處理方法，其特征在于，所述步驟2中膠體鈦鹽表調(diào)劑工作溫度為10?30°C，浸漬或噴淋設備為不銹鋼槽或PVC槽體或內(nèi)襯玻璃；鋁合金表調(diào)處理時間為:30?60秒。
8.根據(jù)權利要求1至3任一所述的鋁合金的磷化預處理方法，其特征在于，所述鋁合金件為內(nèi)燃機鋁基軸瓦。
【文檔編號】C23C22/78GK104480458SQ201410765060
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權日:2014年12月12日
【發(fā)明者】冀慶康, 劉萍, 陳才科, 辛琦, 張文華, 劉安倫 申請人:重慶躍進機械廠有限公司