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一、技術(shù)研究摘要
為滿足工業(yè)鋁材（詞條“鋁材”由行業(yè)大百科提供）的不同要求和延長其使用壽命，鋁合金表面往往需要進(jìn)行裝飾保護(hù)性處理。迄今為止用于鋁材表面處理中最成功的技術(shù)一直是鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化(鈍化)傳統(tǒng)工藝，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于航天航空、電子、汽車、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域的多種金屬及其合金的保護(hù)。
可是，近年來的研究調(diào)查表明，由于鉻酸鹽是一種毒性極強(qiáng)的致癌物質(zhì)，鉻酸鹽處理技術(shù)在生產(chǎn)、廢水排放、產(chǎn)品使用及廢棄產(chǎn)品每個(gè)環(huán)節(jié)都對環(huán)境和人類產(chǎn)生強(qiáng)烈而致命的健康危害。
因此，取消擁有百年歷史的鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的傳統(tǒng)工藝、開發(fā)其替代技術(shù)已經(jīng)成為鋁合金無鉻鈍化技術(shù)研究的熱點(diǎn)。技術(shù)先進(jìn)、環(huán)保節(jié)能的鋁合金表面無鉻轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用和推廣對于節(jié)約能源、促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。
二、無鉻鈍化介紹
本文主要研究了鋁合金表面氟鋁酸鹽鈍化工藝,通過實(shí)驗(yàn)確定了雙氧水-氟鋁酸鹽鈍化的最佳工藝。研究表明,通過大量的物理性能檢測和化學(xué)性能的試驗(yàn),雙氧水-氟鋁酸鹽鈍化工藝的界面涂層附著力性能優(yōu)異,鋁合金的抗腐蝕能力有著顯著的提高,與鉻酸鹽鈍化工藝的耐蝕性相接近。
近年來，無鉻鈍化工藝已經(jīng)在應(yīng)用生產(chǎn)過程中取得了積極的進(jìn)展，無鉻鈍化工藝毫無疑問就是未來的發(fā)展方向。目前應(yīng)用的無鉻鈍化技術(shù)主要包括三種：三價(jià)鉻鹽、高錳酸鹽和鋯鈦鹽轉(zhuǎn)化膜技術(shù)。但是，這些技術(shù)存在著下述三個(gè)缺點(diǎn)而使它們的應(yīng)用受到影響或限制：第一，處理過程中轉(zhuǎn)化液需要加熱到40℃，耗費(fèi)能源;第二，只適用于一般鋁合金，對含有銅、鋅、硅量較高的其他鋁合金，如航天航空鋁合金、鑄造鋁合金該技術(shù)并不適用;第三，三價(jià)鉻鹽、高錳酸鹽和鋯鈦鹽的濃度變化對轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量影響非常大，因此，必須經(jīng)常對這些鹽的濃度進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)分析。
雖然無鉻鈍化處理技術(shù)存在著上述中的種種問題，但是無鉻鈍化工藝無疑是環(huán)保型鈍化處理技術(shù)發(fā)展的方向。本文就提出了雙氧水-氟鋁酸鹽鈍化工藝可以替代鉻酸鹽轉(zhuǎn)化而真正地成為綠色環(huán)保型的無鉻鈍化。
三、研究內(nèi)容簡介
本實(shí)驗(yàn)所選用的材料是廣東新合鋁業(yè)提供的6063鋁合金，試樣規(guī)格為19×7cm，一端鉆有小孔，便于懸掛進(jìn)行粉末噴涂或化學(xué)性能的測試。
工藝流程是：除油脫脂→兩道水洗→無鉻鈍化→自然晾干→進(jìn)爐烘烤
本工藝先通過單因素實(shí)驗(yàn)，找到各因素的最佳范圍，再綜合考慮成本，通過實(shí)驗(yàn)對雙氧水-氟鋁酸鹽鈍化工藝進(jìn)行優(yōu)化組合，最終確定出最佳的工藝方案。
每次的優(yōu)化組合試驗(yàn)經(jīng)烘烤后進(jìn)行粉末噴涂，涂層性能的測試嚴(yán)格依據(jù)國標(biāo)檢測方法進(jìn)行，然后篩選出符合檢測試驗(yàn)要求較好的工藝。
四、鈍化工藝探討
1、各組分的研究
分別取雙氧水的濃度為5ml/L、10ml/L、20ml/L、30ml/L、40ml/L、50ml/L，其它工藝條件不變，通過實(shí)驗(yàn)檢測分析，可以確定得出雙氧水的最佳工藝范圍為20～30ml/L。雙氧水是參與鈍化成膜的重要成分，在處理液中起著成膜氧化促進(jìn)劑的作用，其濃度對鈍化膜（詞條“鈍化膜”由行業(yè)大百科提供）的形成速度和表面質(zhì)量都有著重要的影響。當(dāng)雙氧水的濃度過低時(shí)，成膜反應(yīng)速度過慢，形成的鈍化膜或不完整或未能成膜，耐蝕性較差;當(dāng)雙氧水的濃度過高時(shí)，成膜反應(yīng)速度過快，生成的鈍化膜疏松不致密，結(jié)合力較差，甚至造成局部涂層脫落，附著力性能較差。所以，可以確定雙氧水的濃度在20～30ml/L范圍內(nèi)最好。
分別取氟鋁酸鹽的含量為1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L、6g/L，其它工藝條件保持不變，通過實(shí)驗(yàn)檢測分析，可以確定得出氟鋁酸鹽的最佳工藝范圍為2～3g/L。氟鋁酸鹽是參與形成鈍化膜的主鹽成分，起到加快成膜速度的作用，縮短成膜反應(yīng)的時(shí)間，并且使形成的鈍化膜更加致密牢固，提高了鈍化膜的耐蝕性，其含量對鈍化膜的形成速度和表面質(zhì)量都有著重要的影響。當(dāng)氟鋁酸鹽的含量過低時(shí)，起不到參與成膜的作用，成膜反應(yīng)速度過慢，鈍化膜較薄，耐蝕性較差;若氟鋁酸鹽的含量過高時(shí)，成膜反應(yīng)速度明顯加快，鈍化膜的致密均勻性較差，造成涂層的附著力下降，或甚至造成局部的涂層脫落，涂層界面的耐腐蝕性能下降。所以，確定氟鋁酸鹽的含量在2～3g/L范圍內(nèi)最佳。
分別取PH值為1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0，其它工藝條件保持不變，通過實(shí)驗(yàn)檢測分析，得知PH值的最佳工藝范圍為2.0～3.0。在大量的實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)鈍化成膜存在臨界的PH值，在PH值達(dá)到該臨界點(diǎn)時(shí)鈍化膜的形成速度最快，完整性最好，致密度最高，同時(shí)其涂層的附著性和耐蝕性也是最佳的。如果PH值高于臨界值，鈍化膜的成長速度減慢，耐蝕性下降;如果PH值低于臨界值時(shí)，鈍化膜的生長速度就更加緩慢，膜層表面質(zhì)量下降，附著性能較差。因此，可以確定PH值在2.0～3.0的范圍之間最好。
分別取處理時(shí)間為30sec、60sec、90sec、120sec、150sec、180sec，其它條件不變，通過實(shí)驗(yàn)檢測分析，得知反應(yīng)時(shí)間的最佳工藝范圍為60～120sec。根據(jù)鈍化成膜的原理得知，成膜的初始階段生長速度快，膜層不斷增厚，當(dāng)鈍化膜完全覆蓋整個(gè)鋁材基體時(shí)，鈍化膜的生長基本結(jié)束，此時(shí)，繼續(xù)處理反而難于進(jìn)行成膜反應(yīng)，反應(yīng)速度明顯緩慢。如果處理時(shí)間過短，鈍化膜的成長速度過快，形成的鈍化膜不完整，耐蝕性較差;如果處理時(shí)間過長，由于在酸性溶液環(huán)境下處理時(shí)間長而損傷鈍化膜，膜層表面質(zhì)量下降，附著性能較差。因此，在適當(dāng)?shù)奶幚頃r(shí)間條件下，才可形成性能較好的鈍化膜，對鋁材有較好的保護(hù)作用，確定反應(yīng)時(shí)間在60～120sec范圍之間最好。
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