本发明专利技术属于金属表面处理领域，涉及一种铝及铝合金的锌系磷化液，主要应用于家电、汽车、五金、建材、铁路机车行业的铝及铝合金的锌系磷化处理。它由以下物质组成：ＰＯ４３－８～２５ｇ／ｌ，ＮＯ３－６～１６ｇ／ｌ，Ｚｎ２＋１．６～８．０ｇ／ｌ，Ｆ－０．１２～０．３８ｇ／ｌ，Ｆｅ２＋０．６～８．０ｇ／ｌ，Ｎｉ２＋０．０１～１．５ｇ／ｌ，促进剂０．０００２～０．０００６ｇ／ｌ，有机络和剂０．０１～１．２ｇ／ｌ，余量为水。使用本发明专利技术的磷化液处理铝及铝合金，所得的磷化膜与涂层有良好的配套性，漆膜的划格试验达到０级。本发明专利技术的磷化液不使用有毒的铬，磷化膜中也不含有铬，解决了使用铬处理铝及铝合金的环境污染和对人体的毒害问题，降低了处理成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属表面处理领域，尤其是涉及一种铝及铝合金的锌系磷化液，主要应用于家电、汽车、五金、建材、铁路机车行业的铝及铝合金涂装前的锌系磷化处理。
技术介绍
铝及铝合金因其独特的性能而被广泛应用，但其化学性质极其活泼，不稳定，容易 被腐蚀，需要很好地进行表面处理，改善和提高其表面性能，提高耐蚀性，增强涂层附着力， 进而扩大其应用领域。本专利技术以前，铝及铝合金的表面处理主要包括阳极氧化、铬酸盐转化、铬酸盐_磷 酸盐转化以及单宁酸盐转化等工艺。1.铝及铝合金的电化学氧化铝及铝合金的电化学氧化，是在电解液中，铝件作为阳极，在外加电流的作用下形 成氧化膜，因而通常称为阳极氧化。阳极氧化按溶液性质及膜层性质可分为硫酸、草酸、硬质及瓷质阳极氧化，氧化膜 具有很好的吸附能力，易于染成各种颜色，加强装饰作用；与涂料的结合力强，适合于涂装 打底用。铝及铝合金的阳极氧化实质上就是水的电解电解液通电后在电流的作用下发生水解，在阴极放出氢气2H++2e = H2(1)带负电荷的阴离子向阳极移动，在阳极释放电子40r-4e = 2H20+02(2)一部分新生(原子)氧与阳极铝反应，生成无水氧化铝膜2Al+3 = Al2O3(3)现有的阳极氧化工艺大都采用酸性电解液。当然，采用不同种类的电解液，可以得 到阻挡型氧化膜和多孔型氧化膜，如在硫酸、铬酸、磷酸及草酸的电解液中，可以得到多孔 型氧化膜；在硼酸-硼酸钠溶液、酒石酸铵、柠檬酸、马来酸及乙二醇的电解液中，可以得到 阻挡型的氧化膜。2.铝及铝合金的化学转化2.1铬酸盐转化膜该处理方法于1950年起源于美国，包括两种方法，即碱性铬酸盐膜及酸性铬酸盐膜。2. 1.1碱性铬酸盐膜工艺流程如下脱脂_水洗_水洗_碱蚀_水洗_水洗_出光-水洗-水洗-转 化-水洗-封闭碱性铬酸盐膜处理液的主要成分是2 3%碳酸钠和0.5%重铬酸钾溶液。在 82 87°C时，浸渍时间10 20分钟，形成由铝氧化物和分散的铬酸盐-氧化物组成的灰色多孔薄膜，其厚度约1. O 2. 5 μ m。这是一种很古老的成膜工艺，一种组分与基体反应至某一极点，而另一种组分在 反应的机体上形成氧化物膜。在5%热的重铬酸钾溶液中封闭能达到最大的耐蚀性。所得的膜性能取决于处理 液中碳酸盐与铬酸盐的正确比值。随着技术的不断进步，此种方法因能耗大而逐步被酸性铬酸盐法取代。至今碱性 铬酸盐法已很少使用。2. 1.2酸性铬酸盐膜(李杨，材料保护，2003，36 (4)，72)采用该方法处理的铝及铝合金转化膜，呈黄色至彩虹色。影响转化膜颜色的主要 是Cr6+，其在膜中的含量越高，膜的颜色越深。工艺流程如下脱脂_水洗_水洗_碱蚀_水洗-水洗-出光-水洗-水洗-转 化-水洗-纯水洗-封闭将表面洁净的铝及铝合金浸入到铬酐8-10g/L，氟化钠0. 5g/L，PH = 1. 5-2. 0的 溶液中处理60-90秒或铬酐4g/L，氟化钠0. 5g/L，亚铁氰化钾0. 5g/L，缓蚀剂0. 5g/L的溶 液中处理5-10分钟，即可得到酸性铬酸盐转化膜。简要成膜机理如下在含氟的铬酸盐溶液中，工件表面发生局部电化学反应阳极2Al_6e= 2A13+(4)阴极6H++6e = 6H(5)氟离子促进铝表面腐蚀，加速Al3+的生成。在金属溶液两相界面上，由于PH升高促使Cr2072_转化成Cr042_，并在阴极上发生 Cr6+被氢原子还原生成Cr (OH) 3 6H+H2Cr207 = 2Cr (OH) 3+H20(6)含有C6+及C3+的化合物2Cr (OH) 3+Cr042>2H+ = Cr (OH) 3Cr (OH) Cr03+H20 (7)铝在成膜中的化学成分3Α13++60Γ = A1203+H20(8)其膜的主要成分是Al2O3Cr (OH) 3Cr (OH) Cr03。刚形成的新鲜膜成胶态，易碰伤，老 化处理后膜坚固，与基材附着良好。该膜具有憎水性，其外观为黄色至彩虹色，当膜受到外 力作用遭到破坏时，表面上由于Cr6+的渗出会使其再钝化。而以Cr6+、F及亚铁氰化钾为主 要成分的促进型处理液形成膜的成分为CrFe (CN) 66Cr (OH) 3H2Cr044Al2038H20。虽然铝及铝合金的铬酸盐转化膜具有极高的耐蚀性，同时由于膜外观美丽而直接 用于装饰，但其弱点是含有有毒的六价铬，其对人体及环境的危害已经促使人们积极开展 有效替代技术的研究。铬在美国环保局(EPA)最危险材料表中排名第17位的剧毒材料，一 直被要求从工作场所中取消。动物试验研究表明，吸入的六价铬可导致动物肿瘤病的发生。 因此EPA对使用六价铬有严格的空气排放要求和固体废弃物处置规定。美国职业健康安全 委员会(OSHA)对工人所能暴露接触六价铬的量作出了规定，并建议六价铬允许暴露极限 从50 μ g/m3减少到1 μ g/m3。欧盟车辆报废指令已经对2002年7月1日后进入欧洲的每 辆车作出了最多只能使用2克六价铬的规定。另外，欧盟《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质的指令》(ROHS)要求，投放于欧盟市场的电气和电子产品单机的六价铬含量不得高于lOOOPPm。2. 2铬酸盐-磷酸盐膜该处理方法于1945年起源于美国，被称为Alodine技术，即在中国被称为阿洛丁 技术。工艺流程如下脱脂_水洗_水洗_碱蚀_水洗-水洗-出光-水洗-水洗-转 化-水洗-水洗。采用该方法处理的铝及铝合金转化膜，呈无色-彩虹色_绿色。彩虹色是由于处 理时间短，在膜中含有六价铬的缘故。所形成的转化膜重0. l_0.5g/m2，膜的最终颜色为翡 翠绿色，所以也称为绿膜铬酸盐处理法。这种膜的硬度较铬酸盐转化膜高，而且更厚，附着 力良好。由于处理液对金属基体有较强的腐蚀能力，因而膜具有更高的孔隙率。其耐蚀性 比一般铬酸盐转化膜低，很少作为单独防护和装饰目的使用，但由于它有较高的硬度和与 基体较好的结合力，所以广泛用于涂装打底。将表面洁净的铝及铝合金与含有磷酸30_40ml/L，氟化钠4_8g/L，铬酐10_14g/L， 硝酸镍4-8g/L，PHI. 5-2. 0的混合液室温下接触8_12分钟，即可得到绿色转化膜。铬酸盐-磷酸盐转化膜的形成机理比较复杂，在这里作粗略地解释当工件与溶 液接触时，首先是去除氧化铝<formula>formula see original document page 5</formula>(9)露出金属铝后，有<formula>formula see original document page 5</formula>(10)<formula>formula see original document page 5</formula>(11)<formula>formula see original document page 5</formula>(12)同时一部分被氧化，有<formula>formula see original document page 5</formula>(13)与铬酸盐转化膜形成的反应相比，此处F—含量更高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝及铝合金的锌系磷化液，其特征在于它由下列物质组成：ＰＯ↓［４］↑［３－］８～２５ｇ／ｌ，ＮＯ↓［３］↑［－６］～１６ｇ／ｌ，Ｚｎ↑［２＋］１．６～８．０ｇ／ｌ，Ｆ－０．１２～０．３８ｇ／ｌ，Ｆｅ↑［２＋］０．６～８．０ｇ／ｌ，Ｎｉ↑［２＋］０．０１～１．５ｇ／ｌ，促进剂０．０００２～０．０００６ｇ／ｌ，有机络和剂０．０ｌ～１．２ｇ／ｌ，余量为水。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王恩生，杨波，
申请(专利权)人：中化化工科学技术研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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