铝及铝合金前处理原理

铝及铝合金前处理原理:1、铝的特点：铝是一种具有银白色光泽的比较活泼的轻金属，其耐蚀性具有以下两个特点：纯度越高，耐蚀性越好，主要是因为纯铝在空气中与氧发生作用，在铝表面生 成一层很薄的致密的自然氧化膜，其厚度0.01卩m.0.015卩m比其他金属氧化膜生成得更快而且厚得多，进而阻止空气中有害气体和水分的进一步腐蚀，起到保 护作用。纯铝在通常情况下，对于水分，各种有机酸，硫化物和浓的硝酸是耐腐蚀的，但对碱性 溶液和无机酸是不耐蚀的。2、铝合金的特点：铝合金的机械强度高，但耐蚀性低。纯铝的耐蚀性能好，但机械强度 差，这在一定程度上制约了铝的应用。为此，人们在铝中加入了适量的金属、铜、锌等其它金属， 制成各类铝合金，使铝的机械强度大大提高，应用范围扩大，但耐蚀性比铝差。3、铝件前处理的种类和特点 根据铝及铝合金的特性，目前铝件处理选用药品分为：锌磷化剂、铬化剂、铬磷化剂三种；脱脂剂常用的分为酸性脱脂，碱性脱脂，中性脱脂三种。下面将详述铬磷化剂及脱脂剂的原理组成及 操作。二、铬磷化及铬磷化液的工艺条件。铬磷化也称为绿膜铬酸盐处理，美国称为Alodine或Bondernate法，日本称为Alochrom法。这种方法于1945年起源于美国。铬磷化液主要成分为磷酸、铬酸或铬酸盐和氟化物，PH值 约1.5、3.0，所产生的磷化膜外观随膜重(0.1g/m2、0.5g/m2)呈无色、光亮彩虹色至翡翠绿色变化。而铬化色泽变化则由无色 淡兰色 金黄色 棕色。1、成膜机理：铬磷化中CrO3在水中溶解，存在形式：CrO2-和CrO2-。三级电离有三种阴离子：HPO-, HP-和PQ3-。有研究者认为，铝在含有HPQ、CrQ、HF的溶液中钝化和磷化兼而有之，且成膜 机理大致分为三个过程： 铝溶解；氧化膜生成；磷酸盐或铬酸盐的成长。三个过程不是截然分开的，而是相互衔 接的。当铝件浸到含有HPQ、CrQ、HF的铬磷化液中时由于有游离F的存在，一方面它与反应生 成的Al3+和Cr3+形成铬离子，进而延续了铝的溶解，另一方面，在槽液与铝的界面由于原电池反 应，PH值升高，酸性下降，因而减缓铝的溶解；且在被溶解的铝表面，金属晶格裸露在含有CrO2- 和CrQ2-的槽液中，是很容易钝化的，表面很快生成一层很薄的、致密的氧化膜，它把铝表面溶液 隔开，进而阻止铝的溶解。这时磷酸盐开始在氧化膜上沉积。铝腐蚀反应：6HF+2AI 2AIF3+3H阳极：Al-3e Al3+阴极：3rf+3e 3/2H2这些极化区分布在铝件表面成为活化中心，铬磷化的基本反应便发生：AI3+PQ3-=AIPQJ Cr 3+P(Q3-=CrP(AA2Cr3+3HPQ-=Cr2(HPQ)3J由于槽液中的F是一种很强的活离子，易在带正电荷的膜上吸附，因而中和了膜表面上的正电 荷，这样加速了磷酸膜的成长。有研究表明：当部分铝转变为AlFa时，也会形成络化物的盐，如AlFe3-，这ae 种盐类或多或少地溶于槽液中AIF +3F (AlF ) 3- 3eCrF4 Cr y3+3F ,- H+ +AI T33+F +A-I AIF3+33Cf .cr d 3H (AIF e)- +PQ3 TCrP043+. 6de -T4+C2Q T Cr2(C2C7)3以上反应，可用下列简图表示:由于铬磷化槽液逐步被AI3+和Cr3+污染并逐步抑制对铝的浸蚀，结果降低了磷化槽液的质 量。这就必须要在配制磷化液时，比例一定要合理。要得到抗蚀性能好的磷化膜，须控制铬磷化膜的CrQ/HsPQ比值在02范围。磷化膜的组成 成分和厚度随CrQ/H 3PQ比值的变化而变化：2、膜的组成及特点：铬磷化膜的主要成分为带有水合铬氧化物（CrQXH2Q）的水合磷酸铬，以及富集在铝件基体与磷化膜之间界面上的铬盐和氧化物组成。基本分子式为： AI2Q.2CrPQ4.8H2O 或CrPQ4H2Q,膜重一般为01、5 g/m2。铬磷化膜具有以下特点： 非结晶膜。铝及其合金的铬磷化膜属于非结晶性膜层，能溶于稀硝酸中，但经过加热干燥 后，膜层就不溶于硝酸了。 膜层薄，一般1 g/m2以下。 膜层无毒，由于铬磷化膜本身不含 Cr6+。3、工艺流程：通常经典流程是从铝的阳极氧化演变而来。浸液法典型流程：脱脂水洗、碱蚀、水洗 活化、水洗、铬磷化、水洗、水洗、去离子水洗、烘干。药剂选择应注意以下几点： 、脱脂选用中性脱脂，PHv85。如本公司ZYT-130具有良好的润湿洗涤能力，对铝件的 腐蚀性小，反絮凝结能力强，分散性好，对皮肤无刺激，抗硬水能力强，处理温度4050,C处理时间13分钟。 、碱蚀，碱蚀的目的是去除铝表面氧化层（AbQ）同时完成铝表面粗化，能使铝与涂层 结合力好，碱蚀液一般为50g/L80g/L的NaQH处理温度为5060 C,时间为23Min，也可用本 公司的产品ZYT-146,它可使碱蚀温度很低20 C左右完成，且粗化后不易产生因腐蚀不均而产生 “流痕”，后章对碱蚀和流痕专门详述。 、活化（出光），经过碱蚀后的铝表面往往残留不溶性的粉状物和合金中的硅镁等。须用 酸处理，去掉这些杂质，这道工序也有书中称为出光。 、铬磷化，不同的工艺及配方选用的铬磷化不同。药剂采用本公司ZYT-252, PH 1.4-2.0 （具体见说明书）20 C, 3- 5Min完整整膜覆盖，生成彩虹色或淡绿色皮 膜，抗蚀能力，漆层大于25卩m超过500小时盐雾。 、固化，通常铬化、铬磷化膜为非结晶膜层，经固化后膜层才变硬，抗蚀。 工艺一：见浸液法典型流程； 工艺二：中性脱脂水洗表调水洗铬化水洗纯水固化； 工艺三：三合一脱脂水洗水洗铬磷化水洗纯水固化； 注：此三种工艺中第二种适用于喷淋，也可浸泡，其它工艺以浸泡为佳，“三合一”中三合一脱脂是指脱脂、粗化、活化（表调），一次完成且温度较低。4、工艺条件及常见缺陷： 保持液面清洁，要防止油污及杂质二次污染工件; 铬磷化工作温度 20-30 C, 以防 F 挥发； 严格按工艺指标操作。铬磷化膜的性能指标序号测试条件1观平整、致密、均匀2 1附着力涂漆层后，按国标测试3耐丿屮击L涂漆层后，按国标测试正反冲(正面方面漆层都不脱落)4稳定5耐醇性F-HCI (1.19) 25ml, &CrQ 3g 蒸馏水 75 ml ；在 25C 浸在95汇醇中2h不变色6耐热性将试件放入马弗炉中加热到150C保温2h无龟裂常见缺陷及解决方法:序号原因原因解决方法点状尢膜脱脂不完全2膜不均清洗不足3膜疏松F过多4出现流痕 表调或碱蚀，过浓或时间过长。 与水洗时间间隔过长； 调整配方，主要是对F的调整和改进。 更新槽液，表调或碱蚀中，AI 3+或其它杂质 过多，此时可更换槽液，此周期通常为6个月到20个月5铬化与铬磷化对比铬 化 ： 1950 年美 国 出 现了 酸 性 铬酸 盐 处理 法，颜 色 从 亮黄 ， 彩虹 ，到深 棕 色也叫黄膜铬酸盐处理，美国称之为Alodine法，日本称之为Alochrom法。铝及其合金的铬酸铬 处理成膜反应为：2AI+6HL 2AIF +3H3HCi 0 +HOA 2CrO 2-+3H2 7 43H+HCQ- 2Cr(OH)3+OH2Cr(OH)+CrO +2HCr(OH).Cr(OH).CrO J+2HOCr(OH).HCrO J+2H0334242AL +6OFH2AI(OH) AbQ J +3H O32对以Cr6+、F-无机酸为主要成分的非促进剂型铬酸铬溶液处理所形成的膜的组成为：Cr(OH)2HCrQAI(OH)32HQ对于以Cr6+、F-、CN为主要成分的铬酸铬溶液处理所形成的膜的组 成为： CrFe(CN)6.Cr(OH) 3.H2CQ.4AI 2Q.8H2Q铝件和铝合金件铬化和铬磷化都能形成较好的膜层，铬化更薄，通常低于仆m膜重0.3-2g/m 2,具有非常低的接触电阻，非常利于点焊，铬化的不足之处 在于其烘干温度不能高于65度，烘干时间变长效率降低，同时Cr6+在污水处理过程不好控制，增加排污成本。本篇工艺描述过程都有纯水洗工序，此工序常被忽略，去离子水主要是为 了防止金属离子和CI-离子对涂膜的破坏，要求其电导率低于100s/cm。烘干温度，通常铬化不应高于65 C,铬磷化不应高于85 C 根据金相观测，在膜层中会产生 裂纹，随着烘干温度升高，裂纹数目会增多并变宽。注：生产及控制应严格遵守GB/T17460-1998化学转化膜，铝及铝合金上漂洗和不漂洗铬 酸盐转化膜。（主篇完，副篇“ 1、生产过程中“水痕发花”产生的原因 2、碱蚀及表调 的作用 参考文献：1英S维尔利克.R皮聂尔合著铝及其合金的化学与电解处理国防 工业出版社2 黄奇松铝的阳极氧化合染色香港万里书店出版3 杂志：材料保护、电镀与环保表面技术腐蚀与防护