鋁合金的鋅系磷化液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種鋁合金的鋅系磷化液，組分包括：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。本發(fā)明的磷化液中不使用鉻，避免了鉻對環(huán)境和人體的毒害問題；工作溫度低，為35～45℃，節(jié)省能源；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；磷化液組成簡單，原材料容易購買。
【專利說明】鋁合金的鋅系磷化液

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磷化液，尤其涉及一種適合于鋁合金表面噴涂合成涂層前進行磷化預處理的鋅系磷化液。

【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處理鋅系磷化液。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:一種鋁合金的鋅系磷化液，組分包括:Zn2+15?18g/1，P0廣 15 ?20g/l，Cu2+0.001 ?0.003g/l，F(xiàn)e2+l ?2.5g/l，ri ?2.5g/l，Ni2+0.5 ?1.5g/L.
[0007]所述的鋁合金的鋅系磷化液用去離子水配制。
[0008]所述2,來源于氧化鋅，？043—來源于磷酸，01！2^來源于硝酸銅，來源于氧化亞鐵，廠來源于氟化鈉或氟化鉀，附V來源于硝酸鎳。
[0009]所述磷化液的工藝參數(shù)為:游離酸度0.5?1.5點，總酸度:25?35點，磷化溫度為35?451。
[0010]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為主。鋁合金基體表面磷化成膜化學反應式如下:
[0011]2六 1+6冊=2^1^+3? 丨-(1)；
[0012]2八 1十6??！3？04 = 2八 1 ￠^)3+3? |-(2)；
[0013](11^04) 3 =六 1？04十2??！3？04-(3)；
[0014]32112^2?。?？04?4！120 = (^0^) 2.4^0+4^-(4)；
[0015]21112^2112^2！12？04?4！120 = (^0^) 2.4^0+4^-(5)；
[0016]2附、2112、2只2？04—十4！120 =附2211 (^0^) 2.4^0+4^-(6)。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:(1)磷化液中不使用鉻，避免了鉻對環(huán)境和人體的毒害問題；(2)磷化液的工作溫度低，為35?451，節(jié)省能源；(3)磷化液工作時的沉渣少；(4)磷化液磷化膜成膜速度快，且形成的磷化膜均勻致密；(5)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；(6)磷化液組成簡單，原材料容易購買。本發(fā)明的鋅系磷化液尤其適用于內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】
[0018]實施例1制備鋁合金表面膠體鈦鹽表調劑
[0019]鋁合金表面膠體鈦鹽表調劑合成配方: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。
[0020]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劑:
[0021]1)將去離子水加熱到60?701。
[0022]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?1001。
[0023]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?
[0024]4)加入六偏磷酸鈉(穩(wěn)定劑)，攪拌。
[0025]5)用氫氧化鈉調節(jié)到8.5?9.5之間，即得。
[0026]使用電導率彡50118/0111, = 6.5?7.5的去離子水將上述配制得到的膠體鈦鹽表調劑稀釋為濃度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。
[0027]膠體鈦鹽表調劑工作溫度為10?301，工作溫度過低影響膠體活性，也影響膠體的聚沉性。浸潰(噴淋)設備:采用不銹鋼、槽體或內襯玻璃。鋁合金表調處理時間:30?60秒。
[0028]實施例2鋁基軸瓦鋁合金表面磷化預處理
[0029]—、試樣:取試驗內燃機招基軸瓦1片，軸瓦內表面招合金材料牌號為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% Μη ；0.15 ?0.25% Cr ;余量％ Al。
[0030]二、軸瓦內表面鋁合金表面噴涂合成涂層前磷化預處理步驟:
[0031]1)采用汽油等有機溶劑擦洗試驗軸瓦全表面油污后晾干。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]4)將驗軸瓦浸入膠鈦表調劑中，對鋁合金表面表調處理，表調處理液工作條件為:
[0035]①、設備:小不銹鋼槽
[0036]②、配用水質:電導率=40us/cm、PH = 6.8的去離子水；
[0037]③、膠體鈦化合物濃度:0.2% ;
[0038]④、PH值為 8.8;
[0039]⑤、表調溫度:18°C;
[0040]⑥、處理方式:浸潰處理；
[0041]⑦、表調處理時間:40秒。
[0042]三、進行磷化預處理:
[0043]將前述經(jīng)過膠鈦表調劑處理的試驗軸瓦浸入鋅系磷化液中磷化。
[0044]①、配制磷化液組分為:
[0045]Zn2+:15.5g/l ;P0廣:17g/l ；Cu2+:0.001g/l ；
[0046]Fe2+:lg/l:lg/l ；Ni2+:0.5g/l。
[0047]所述Zn2+來源于氧化鋅，P043_來源于磷酸，Cu2+來源于硝酸銅，F(xiàn)e2+來源于氧化亞鐵，F(xiàn)_來源于氟化鈉，Ni2+來源于硝酸鎳。
[0048]將氧化鋅加入少量去離子水中，調成糊狀,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P0/-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。
[0049]②、磷化液經(jīng)分析化驗，測得工作條件為:
[0050]1、游離酸度:0.9點；
[0051]I1、總酸度:28 點。
[0052]③、磷化液使用條件為:
[0053]1、磷化溫度:35°C ;
[0054]I1、試驗軸瓦磷化處理時間:5min。
[0055]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。
[0056]四、AlSn6Si4CuMnCr材料招合金表面磷化預處理效果驗證:
[0057]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。
[0058]②、膜重4.8g/m2，符合軸瓦鋁合金表面后續(xù)噴涂要求。
[0059]實施例3鋁基軸瓦鋁合金表面磷化預處理
[0060]—、試樣:取試驗招基軸瓦1片，軸瓦內表面招合金材料牌號為八該牌號招合金材料化學成分范圍為:17.5?22.5% 811 ；0^ 7?1.3% 011 ；余量％八1。
[0061]二、軸瓦內表面鋁合金表面噴涂合成涂層前磷化預處理步驟:
[0062]1)采用汽油等有機溶劑擦洗試驗軸瓦全表面油污后晾干。
[0063]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。
[0064]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。
[0065]4)將驗軸瓦浸入膠鈦表調劑中，對鋁合金表面表調處理，表調處理液工作條件為:
[0066]①、設備:小不銹鋼槽
[0067]③、配用水質:電導率=45118/0111, ？??！ = 7.0的去離子水；
[0068]③、膠體鈦化合物濃度:0.25% ；
[0069]④、？值為9.0；
[0070]⑤、表調溫度:25。〇；
[0071]⑥、處理方式:浸潰處理。
[0072]⑦、表調處理時間:50秒。
[0073]三、進行磷化預處理:
[0074]將前述經(jīng)過膠鈦表調劑處理的試驗軸瓦浸入鋅系磷化液中磷化。
[0075]①、配制磷化液組分為:
[0076]2112.:17^/1 ；？043—:18.5^/1 仙2.:0.002^/1 ；
[0077]1?2.:1.5^/1 ；？—: 1.5^/1 郵2.:1.0^/1。
[0078]所述2,來源于氧化鋅，？043—來源于磷酸，來源于硝酸銅，來源于氧化亞鐵，廠來源于氟化鉀，附V來源于硝酸鎳。
[0079]②、磷化液經(jīng)分析化驗，測得工作條件為:
[0080]1、游離酸度:1.2點；
[0081]I1、總酸度:32.5 點。
[0082]③、磷化液使用條件為:
[0083]1、磷化溫度:38。〇；
[0084]I1、試驗軸瓦磷化處理時間
[0085]將試驗軸瓦從磷化液中取出，流動自來水清洗干凈后晾干。
[0086]四、^181120011材料招合金表面磷化預處理效果驗證:
[0087]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。
[0088]②、膜重5.48?2，符合軸瓦鋁合金表面后續(xù)噴涂要求。
[0089]實施例4鋁基軸瓦鋁合金表面磷化預處理
[0090]一、試樣:取試驗招基軸瓦1片，軸瓦內表面招合金材料牌號為八該牌號鋁合金材料化學成分范圍為:22.5?27.5% 811辦7?1.3% 011 ；彡0.7%胞；余量％八1。
[0091]二、軸瓦內表面鋁合金表面噴涂合成涂層前磷化預處理步驟:
[0092]1)采用汽油等有機溶劑擦洗試驗軸瓦全表面油污后晾干。
[0093]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。
[0094]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。
[0095]4)將驗軸瓦浸入膠鈦表調劑中，對鋁合金表面表調處理，表調處理液工作條件為:
[0096]①、設備:小不銹鋼槽
[0097]②、配用水質:電導率=50us/cm、PH = 7.5的去離子水；
[0098]③、膠體鈦化合物濃度:0.3% ;
[0099]④、PH值為 9.2;
[0100]⑤、表調溫度:30°C ;
[0101]⑥、處理方式:浸潰處理。
[0102]⑦、表調處理時間:60秒。
[0103]三、進行磷化預處理:
[0104]將前述經(jīng)過膠鈦表調劑處理的試驗軸瓦浸入鋅系磷化液中磷化。
[0105]①、配制磷化液組分為:
[0106]Zn2+:18g/l ;P0廣:20g/l ；Cu2+:0.003g/l ；
[0107]Fe2+:2g/l:2g/l ；Ni2+:1.5g/l。
[0108]所述Zn2+來源于氧化鋅，P043_來源于磷酸，Cu2+來源于硝酸銅，F(xiàn)e2+來源于氧化亞鐵，F(xiàn)_來源于氟化鉀，Ni2+來源于硝酸鎳。
[0109]②、磷化液經(jīng)分析化驗，測得工作條件為:
[0110]1、游離酸度:1.5點;
[0111]I1、總酸度:34.5 點。
[0112]③、磷化液使用條件為:
[0113]1、磷化溫度:45°C ;
[0114]I1、試驗軸瓦磷化處理時間:8min。
[0115]4、2、6將試驗軸瓦從磷化液中取出，流動自來水清洗干凈后晾干。
[0116]四、AlSn25CuMn材料招合金表面磷化預處理效果驗證:
[0117]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。
[0118]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】
1.一種鋁合金的鋅系磷化液，其特征在于:組分包括:Zn2+15?18g/l，PO43^l5?20g/1，Cu2+0.001 ?0.003g/l, Fe2+I ?2.5g/l, Γ1 ?2.5g/l, Ni2+0.5 ?1.5g/l。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金的鋅系磷化液，其特征在于:所述的鋁合金的鋅系磷化液用去離子水配制。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金的鋅系磷化液，其特征在于:Zn2+來源于氧化鋅，PO43-來源于磷酸，Cu2+來源于硝酸銅，F(xiàn)e2+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。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的鋁合金的鋅系磷化液，其特征在于:磷化液的工藝參數(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。
【文檔編號】C23C22/36GK104404489SQ201410764452
【公開日】2015年3月11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, 馬彬, 劉安倫 申請人:重慶躍進機械廠有限公司