一种处理液及用其制备具有自修复性能的铝合金表面水滑石转化膜的方法技术

本发明专利技术属于化工材料技术领域，涉及一种处理液及用该处理液制备具自修复性铝合金表面转化膜的方法。该方法包括如下步骤：首先配制包含锂盐，氢氧化锂，促进剂和添加剂的处理液，然后将表面预处理后的铝合金浸入处理液中处理5min～30min，然后经水洗、干燥、冷却即得。本发明专利技术的铝合金表面水滑石转化处理液制备工艺简单，不含六价铬、镍等重金属，环境友好；由本发明专利技术处理液制备的转化膜致密、耐蚀性好，且具有一定的自修复性能。这种转化膜处理技术可用于涂装前处理，也可以用于外层防腐蚀，可有效替代铝合金表面铬酸盐处理。

A Treatment Solution and a Method for Preparing Hydrotalcite Conversion Film on Aluminum Alloy Surface with Self-repairing Property

The invention belongs to the technical field of chemical materials, and relates to a treatment liquid and a method for preparing a self-repairing conversion film on the surface of aluminium alloy with the treatment liquid. The method includes the following steps: firstly, the treatment solution containing lithium salt, lithium hydroxide, accelerator and additive is prepared, then the surface pretreated aluminium alloy is immersed in the treatment solution for 5 to 30 minutes, and then washed, dried and cooled. The preparation process of the hydrotalcite transformation treatment solution for aluminium alloy surface of the invention is simple, does not contain heavy metals such as chromium and nickel, and is environmentally friendly; the conversion film prepared by the treatment solution of the invention is compact, corrosion resistant and has certain self-repairing performance. This conversion film treatment technology can be used for pre-coating treatment, as well as external corrosion protection, and can effectively replace the chromium treatment of aluminium alloy surface.

【技术实现步骤摘要】
一种处理液及用其制备具有自修复性能的铝合金表面水滑石转化膜的方法
本专利技术属于化工材料
，涉及一种处理液及用该处理液制备具自修复性铝合金表面锂铝水滑石转化膜的方法，该方法可作为铝表面铬酸盐处理工艺的替代。
技术介绍
传统的铝合金表面处理方法以传统的铬酸盐处理法为主，铬酸盐钝化膜耐腐蚀性能好，且有较好自修复作用，但是铬酸盐中六价铬对环境污染严重，对人体健康危害极大，而且转化膜中的六价铬还会使被处理的产品在使用及废弃时对环境造成二次污染，其应用现已受到限制，WEES和ROHS指令就严格限制了铬酸盐的使用。现有的无铬转化处理技术主要集中在钛锆转化处理技术、稀土转化处理技术和有机物转化处理技术等方面，然而这些转化处理技术均存在膜层耐腐蚀性较差等不足。在不断地探索过程中，具有纳米级结构的超分子组装材料水滑石类层状化合物(LayeredDoubleHydroxide，简称LDHs)以其独特的插层反应特性和优异的物理、化学特性吸引了包括我们在内的众多材料科学研究者的关注。水滑石类化合物由带负电荷的层间阴离子、可以形成氢键的层间水分子和带正电荷的层板金属阳离子(金属氢氧化物)有序组装而成。类水滑石的制备方法主要有共沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法、成核/晶化隔离法、焙烧复合氧化物复原法等。但以上方法均不可避免地存在处理温度较高、熟化老化烘烤时间较长等缺点。原位生长法是通过化学或物理方法将一种化合物或功能材料负载在另外一种材料基质的表面，直接生长出LDHs转化膜，使材料的力学性能、热稳定性、分散性等大大提高。这种智能型防腐蚀体系通过在水滑石膜制备过程中加入一些阴离子型缓蚀剂，相当于在水滑石层间构筑了一个分子级容器，缓蚀剂即贮存在水滑石层间。水滑石层间的可插层性以及层间离子可交换性使其成为构筑此类分子容器的良好材料。缓蚀性阴离子插层的水滑石在腐蚀性环境里，可以与腐蚀性离子Cl-、SO42-等发生离子交换，腐蚀性离子进入水滑石层间，阻挡或减少了腐蚀性离子与金属基体的接触；同时水滑石层间的缓蚀性阴离子与环境中的腐蚀性离子发生交换被置换出来，起到防腐蚀的功效。
技术实现思路
针对现有铝合金无铬转化处理技术存在的问题，如处理液颜色深、稳定性较差，铝合金表面转化膜耐蚀性能低，膜层不具有自修复性等，本专利技术提出一种处理液，及用该处理液制备具有自修复性的铝合金表面锂铝水滑石转化膜的方法。该方法可在铝及其合金表面形成均匀、连续的锂铝水滑石转化膜，转化液的配制方法简单且不含有毒的铬及磷酸盐，对环境友好，转化处理时间短，处理温度低，无需进行后处理。具有良好耐蚀性以及类似铬酸盐转化膜的自修复性能，可替代铝合金表面铬酸盐处理工艺。本专利技术的技术方案是：技术方案之一：一种用于制备具有自修复性能的铝合金表面锂铝类水滑石转化膜的处理液，该处理液为由锂盐、氢氧化锂、促进剂和添加剂组成的水溶液，其中每升水溶液中含有：所述锂盐为硝酸锂、碳酸锂和硫酸锂中的一种或几种；所述促进剂为硝酸钠，亚硝酸钠，氟化钠，偏铝酸钠和二甲基硅油中的一种或几种；所述添加剂为谷氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺中的一种或几种。上述处理液的制备方法为：先将锂盐、氢氧化锂用去离子水溶解，得组分a；另将促进剂和添加剂用去离子水溶解，得组分b；再将组分a和组分b混合均匀得处理液。上述处理液的使用方法为：将处理液稀释5～10倍后得pH值为9.0～11.0的工作液后再使用。技术方案之二：用上述处理液制备自修复性铝合金表面锂铝类水滑石转化膜的方法，包括如下步骤：a)铝合金表面的预处理；b)铝合金转化处理：将处理液稀释5～10倍后得pH值为9.0～11.0的工作液，然后将铝合金置于工作液中进行化学转化膜处理，处理时间为5min～30min，处理温度为30℃～60℃；c)将经转化处理的铝合金去离子水洗、烘干、冷却，即得。步骤a)所述预处理为：将铝合金酸性脱脂，水洗，碱性脱脂，再水洗、出光、最后水洗去除铝合金表面污物。步骤c)所述烘干是在60℃～110℃下烘烤5min～30min。以下是对本专利技术的进一步说明。本专利技术中，铝合金表面自修复性锂铝水滑石转化膜所用处理液的pH值为9.0～11.0，最佳值为9.5～10.5，因为本专利技术者的大量试验表明，当pH≥11.0时，成膜速度过快，转化膜对基体表面覆盖不均匀，膜层耐蚀性降低。而当pH≤9.0时，铝合金溶解过慢，Al3+源不足，防腐蚀性能差。本专利技术转化成膜处理时，处理液的温度最好控制在30℃～60℃，温度过高会使转化膜成膜速度加快，膜层比较疏松，耐腐蚀性能下降。本专利技术中，铝合金表面自修复性锂铝水滑石转化膜的处理时间为5～30min，最佳值在13～15min。成膜时间不足，铝合金表面转化膜不均匀；成膜时间过长，对膜层耐蚀性没有提高，反而影响膜层附着力。本专利技术对铝合金转化膜膜层的相关检测方法包括：1.电化学测试：采用上海辰华设备公司的电化学工作站CHI604D。分别测定不同转化膜的电化学曲线，以此判断其耐腐蚀性。2.采用日本PHILIPS公司XL-30型扫描电子显微镜(SEM)观察铝合金表面转化膜微观结构。本专利技术和现有技术相比，具有如下优势：(1)本专利技术制备的铝合金表面锂铝水滑石转化膜耐腐蚀性能和铬酸盐转化膜相近，且具有相似的自修复性能，在腐蚀环境中，破损处能够重新生长出转化膜，提高膜层的耐蚀性。(2)本专利技术转化液配方全部基于无机的硝酸盐及其他无毒化合物和部分有机酸，保证了处理液的稳定性和废水处理方便。(3)本专利技术实现了无铬转化膜处理工艺流程简单，成本低，可在较低温处理，转化膜有极好的耐腐蚀性，可替代铝合金表面的铬酸盐转化处理工艺。附图说明图1本专利技术实施例1制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜厚度的扫描电镜SEM图；图2本专利技术实施例1制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜的扫描电镜SEM图；图3本专利技术实施例1制得铝合金表面带有划痕的锂铝水滑石转化膜的扫描电镜SEM图；图4本专利技术对比例1制得铝合金表面带有划痕的锂铝水滑石转化膜实现自修复的扫描电镜SEM图；图5本专利技术实施例2制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜的扫描电镜SEM图；图6本专利技术实施例3制得铝合金表面锂铝类水滑石转化膜扫描电镜SEM图；图7本专利技术实施例1制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜在腐蚀环境中(pH＝7的3.5％NaCl水溶液)浸泡后的3.5％NaCl水溶液中电化学交流阻抗对比图；图8本专利技术实施例2制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜在腐蚀环境中(pH＝7的3.5％NaCl水溶液)浸泡后的3.5％NaCl水溶液中电化学交流阻抗对比图；图9本专利技术实施例3制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜在腐蚀环境中(pH＝7的3.5％NaCl水溶液)浸泡后的3.5％NaCl水溶液中电化学交流阻抗对比图；其中，图7～图9中，横坐标ZRe为电化学阻抗值的实部，纵坐标ZIm为电化学阻抗值的虚部，单位欧姆(Ω)。图10本专利技术实施例1制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜经过300h中性盐雾腐蚀试验后数码照片；图11本专利技术实施例2制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜经过280h中性盐雾腐蚀试验后数码照片；图12本专利技术实施例3制得铝合金表面锂铝水滑石转化膜经过547h中性盐雾腐蚀试验后数码照片。具体实施方式一种制备具有自修复性能的铝合金表面锂铝水滑石转化膜的方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备具有自修复性能的铝合金表面锂铝水滑石转化膜的处理液，该处理液为由锂盐、氢氧化锂、促进剂和添加剂组成的水溶液，其中每升水溶液中含有：

【技术特征摘要】
1.一种用于制备具有自修复性能的铝合金表面锂铝水滑石转化膜的处理液，该处理液为由锂盐、氢氧化锂、促进剂和添加剂组成的水溶液，其中每升水溶液中含有：所述锂盐为硝酸锂、碳酸锂和硫酸锂中的一种或几种；所述促进剂为硝酸钠，亚硝酸钠，氟化钠，偏铝酸钠和二甲基硅油中的一种或几种；所述添加剂为天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺中的一种或几种。2.根据权利要求1所述处理液，其特征在于，所述锂盐与氢氧化锂的质量比为1～6:1。3.根据权利要求2所述处理液，其特征在于，所述锂盐与氢氧化锂的质量比为3.6:1。4.根据权利要求1或2所述处理液，其特征在于，制备方法为：先将锂盐、氢氧化锂用去离子水溶解，得组分a；另将促进剂和添加剂用去离子水溶解，得组分b；再将组分a和组分b混合均匀得处理液。5.根据权利要求1或2所述处理液...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娅莉，张彩霞，罗小虎，潘心宇，袁松，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43