鋁合金型材噴涂前的酸蝕脫脂工藝 船用鋁板

  噴涂鋁合金型材具有優(yōu)良的耐蝕性和耐候性，堅固耐用，外觀(guān)裝飾好，生產(chǎn)工藝比陽(yáng)極氧化簡(jiǎn)單，環(huán)保安全等特點(diǎn)，在建筑、裝潢、運輸等行業(yè)得到廣泛應用。鋁合金型材在噴涂前處理中必須進(jìn)行化學(xué)清洗和浸蝕，清除其表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰塵等污染物，使鋁合金基體裸露出來(lái)，形成均勻的活化表面，這是保證鉻酸鹽轉化膜質(zhì)量和噴涂質(zhì)量的關(guān)鍵。本文研究的酸蝕脫脂工藝將傳統工藝的脫脂、堿蝕、除污出光三道工序合為一道工序，降低成本和節省能源，經(jīng)處理后的鋁合金表面平滑光潔，保持鋁合金原有的光澤，鋁材溶解損耗量和槽液沉淀少，與鉻酸鹽轉化處理配套性能好，特別適用于鋁合金型材噴涂前的表面處理。

　　一、鋁合金型材噴涂前處理工藝

　　工藝流程：工件裝掛→酸蝕脫脂→水洗→水洗→鉻酸鹽轉化處理→水洗→純水洗→瀝水→烘干→噴涂→固化。

　　鋁型材噴涂前處理生產(chǎn)線(xiàn)分為全自動(dòng)噴淋立式線(xiàn)和間歇式全浸漬臥式線(xiàn)兩種。立式線(xiàn)適用于批量大、形狀簡(jiǎn)單的工件，生產(chǎn)效率高，處理質(zhì)量穩定，缺點(diǎn)是設備復雜、投資大；臥式線(xiàn)適宜處理形狀復雜的工件，投資少，應用廣，缺點(diǎn)是處理速度較慢、生產(chǎn)效率低。

  　酸蝕脫脂工藝配方和參數：硫酸（97％），30g/L-50 g/L; 氟化氫銨，3 g/L-8 g/L；檸檬酸，2 g/L-4 g/L；硝酸鈉，1 g/L-3 g/L；硫酸鐵，0.5 g/L-1.5 g/L；二丙二醇，1 g/L-2 g/L；脫脂劑，0.1 g/L-0.5 g/L；溫度，5℃-40℃；時(shí)間，3min-5min浸漬，1min-3min噴淋；噴淋壓力，0.1MPa-0.2MPa。

　　二、成分和工藝參數的影響

　　1．硫酸

　　稀硫酸是一種非氧化性的無(wú)機酸，對鋁合金型材有輕微的化學(xué)浸蝕作用，使用成本較低，酸霧揮發(fā)性少。硫酸能溶解、剝離鋁及鋁合金表面形成的自然氧化膜；裸露的鋁合金基體與硫酸發(fā)生反應，起到活化鋁表面的作用。當槽液中硫酸濃度低于30％時(shí)，鋁的化學(xué)溶解速度隨硫酸濃度的增加而緩慢地增加，鋁材溶解損耗量少；當槽液中硫酸濃度超過(guò)30％以后，鋁的腐蝕速度迅速加快，易產(chǎn)生過(guò)腐蝕，光亮度下降。一般來(lái)說(shuō)，槽液中硫酸濃度不宜超過(guò)15％。

　　2．氟化氫銨

　　氟離子在酸蝕脫脂液中作脫除氧化膜的加速劑，能加速溶解鋁表面的氧化膜，消除或減少擠壓模痕和其他缺陷，使鋁型材表面平整光潔、均勻一致。氟是一種體積小、電負性較強的鹵族元素，對鋁能起強烈的氧化作用，與雜質(zhì)有一定的絡(luò )合能力，能溶解鋁合金表面的錳、銅、硅等合金元素和雜質(zhì)，抑制和除去鋁材上的黑色掛灰，獲得較光亮的金屬表面。氟化氫銨的化學(xué)穩定性強于氫氟酸的，對人體皮膚的傷害作用小于氫氟酸的，因此，采用氟化氫銨取代氫氟酸為溶液提供氟離子，在生產(chǎn)中使用比較安全，還可以減輕氟離子對不銹鋼設備的腐蝕。脫除氧化膜的腐蝕速度隨氟化氫銨濃度的增加而增長(cháng)，氟化氫銨含量不宜過(guò)高，否則反應劇烈易造成過(guò)腐蝕，降低鋁表面光澤，不利于后續的鉻酸鹽轉化處理。

　　3．檸檬酸

　　檸檬酸在酸蝕脫脂液中主要起緩蝕作用，能有效地抑制鋁在酸性介質(zhì)中的腐蝕。檸檬酸是三元有機酸，能在鋁基體表面進(jìn)行物理和化學(xué)吸附，改變金屬/溶液界面的雙電層結構，增加金屬離子化過(guò)程的活化能，從而使腐蝕速度減慢，降低鋁材的損耗量，避免發(fā)生過(guò)腐蝕。檸檬酸是金屬離子的絡(luò )合劑，能與從酸蝕液中溶解下來(lái)的鋁、鎂、鐵等離子形成穩定的絡(luò )合物，減少槽液中鋁離子的含量，掩蔽槽液中雜質(zhì)的干擾，使溶液穩定，減少沉淀，從而延長(cháng)酸蝕脫脂液的使用壽命。檸檬酸的加入，對減少鋁損耗、降低化工材料消耗、減少槽液沉渣、改善操作條件均有一定的作用。

       4．硝酸鈉

　　硝酸鈉是酸蝕脫脂液中的氧化劑，對鋁合金具有良好的光亮和整平效果。硝酸鈉的作用是使鋁材表面發(fā)生氧化反應，形成的氧化鋁鈍化膜遏制了鋁表面凹陷處的酸性擇優(yōu)浸蝕，使鋁型材的腐蝕面平整、光潔。

　　5．硫酸鐵

　　三價(jià)鐵離子能加速對鋁型材表面進(jìn)行腐蝕和脫除氧化膜，Fe3+可以在鋁材表面發(fā)生置換反應，形成微電池，使鋁表面產(chǎn)生微量氫氣，將油污帶出鋁表面，反應過(guò)程AL+ Fe3++2H+→AL3++Fe2++H2↑。槽液中的氧化劑能將上述反應產(chǎn)生的Fe2+重新氧化成Fe3+，減少Fe2+的積累，使槽液穩定，因此Fe3+在反應過(guò)程中自身不消耗，主要起促進(jìn)作用，可提高鋁材的除污速度和光潔度。

　　6．二丙二醇

　　在酸蝕脫脂液中加入二丙二醇等易溶于水、微毒類(lèi)的有機低分子增溶劑，能大大降低溶液的表面張力，顯著(zhù)改善酸蝕脫脂液的清洗能力和溶液穩定性。油脂的分子結構中有較長(cháng)的烴基，與有機溶劑的結構相似，可以互相溶解，因此，利用有機溶劑對油脂具有很強的溶解能力的特點(diǎn)，可以提高酸蝕脫脂液的脫脂效果。

　　7．脫脂劑

　　鋁材表面上的油脂通�？煞譃榈V物油脂和動(dòng)植物油脂兩大類(lèi)型，表面活性劑對上述油脂有良好的潤濕、乳化能力，在酸蝕脫脂過(guò)程中，表面活性劑吸附在油與溶液的界面上，其親水基因指向溶液，親油基因指向油污，定向地排列，使油和溶液的界面張力大大降低，油脂在金屬表面的附著(zhù)力減弱，在酸腐蝕金屬產(chǎn)生氫氣的機械剝離作用下，油污松動(dòng)，容易分散成極小的油珠脫離金屬表面懸浮于溶液中，表面活性劑的增溶作用可防止脫下來(lái)的油污再粘附到鋁材表面。常溫下提高除油效率的關(guān)鍵是表面活性劑的選擇和配比優(yōu)化，應根據表面活性劑的表面張力、濁點(diǎn)、臨界膠束濃度以及親憎平衡值（HLB值），選擇多種對油污吸附性、潤濕性和分散性好，滲透力和乳化力特別強，泡沫少，生物降解性好，在酸性溶液中性能穩定的陰離子型和非離子型表面活性劑進(jìn)行復配，復配時(shí)要將HLB值調整至12-16，以適合溶液清洗的范圍。復配后兩者的協(xié)同效應可以達到互相補償及增效之目的，使溶液的表面張力和臨界膠束濃度下降，濁點(diǎn)升高，表面活性增加，潤濕性能和凈洗作用都得到明顯的改善。在采用噴淋方式進(jìn)行酸蝕脫脂時(shí)，由于機械力的作用會(huì )產(chǎn)生大量泡沫，使溶液以泡沫的形式大量從槽中溢出，因此，應加入適量的消泡劑抑制泡沫的產(chǎn)生。試驗表明，選擇磺酸鹽類(lèi)陰離子型表面活性劑和烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚類(lèi)非離子型表面活性劑進(jìn)行復配，可以獲得良好的除油效果。

　　8．溫度

　　試驗結果表明，除油脫除氧化膜的速度隨溫度升高而加快，溫度的升高可以降低油污黏度和界面張力，提高酸液對鋁材的浸蝕能力，增強表面活性劑與油污的乳化作用。溫度低于5℃時(shí)，除油脫除氧化膜的速度減慢，影響生產(chǎn)進(jìn)度；溫度高于40℃時(shí)，酸蝕脫脂液組分易揮發(fā)，產(chǎn)生酸霧，酸液損耗增大，能耗增加，鋁材易產(chǎn)生過(guò)腐蝕和黑色掛灰。因此，酸蝕脫脂液的使用溫度應控制在5℃-40℃范圍內。

　　9．時(shí)間

　　處理時(shí)間過(guò)短，工件表面的油污、自然氧化膜沒(méi)有完全除凈，會(huì )阻礙鉻酸鹽轉化成膜反應的正常進(jìn)行；處理時(shí)間過(guò)長(cháng)，會(huì )使鋁的損耗量增加，工件表面粗糙，光澤度下降，生產(chǎn)效率降低。處理時(shí)間與鋁材成分、表面油污的多少、自然氧化膜的厚度、處理溫度和方式等密切相關(guān)，一般取1min-5min，以油污、自然氧化膜完全清除干凈為原則來(lái)確定該工件的較佳酸蝕脫脂時(shí)間。

　　三、酸蝕脫脂工藝的應用

　　1．槽液配制

　　先在槽中加入1/2體積的自來(lái)水，在攪拌下緩慢加入計算量的濃硫酸，冷卻至40℃左右；再依次加入計算量的氟化氫銨、檸檬酸等其他化學(xué)藥品，攪拌至完全溶解；然后加水至規定體積，攪拌均勻，測定酸度后即可投入使用。

       2．槽液管理

　　隨著(zhù)鋁合金型材處理量的不斷增加，酸蝕脫脂液在使用過(guò)程中不斷被消耗、帶出，酸度和脫脂效果降低，各種有效成分逐漸下降，因此，應定時(shí)定期分析槽液，及時(shí)補加硫酸、氟化氫銨和其他化學(xué)藥品，使槽液各工藝參數保持在規定范圍內。工件表面的油污被置換、分散、凝集后懸浮于酸蝕脫脂液表面，需經(jīng)常把液面上的油污溢流掉，以防止工件出槽時(shí)二次沾上油污。長(cháng)期使用后，當槽液中鋁離子積累過(guò)高時(shí)，應部分或全部更換槽液。

　　3．質(zhì)量檢驗

　　目視檢查，經(jīng)酸蝕脫脂液處理后鋁合金型材表面露出金屬本色，平整光亮，油污和自然氧化膜全部除凈，水洗后水膜連續、完整，表面完全潤濕，不掛水珠，無(wú)黑色掛灰和過(guò)腐蝕現象。

　　四、結論

　　1．酸蝕脫脂工藝將脫脂、堿蝕、除污出光等工序一次性完成，與分槽處理工藝相比，簡(jiǎn)化工序，減少占地面積和設備投資，節約化工原料和清洗用水。

　　2．常溫使用，槽液不需要加熱，節省能源，無(wú)酸霧揮發(fā)，不污染工作環(huán)境，能抑制酸性物質(zhì)對不銹鋼設備和廠(chǎng)房的侵蝕，延長(cháng)清洗設備和廠(chǎng)房的使用壽命。

　　3．清除油污能力強，脫除氧化膜速度快，緩蝕效率高，鋁材溶解損耗量少，無(wú)過(guò)腐蝕和黑色掛灰現象。工件處理后呈銀白色，光潔發(fā)亮，表面質(zhì)量好。

　　4．溶液性能穩定，沉淀物少，管理維護方便，槽液可連續循環(huán)使用期長(cháng)，每槽可用1年以上。

5083船用鋁板作船板優(yōu)勢
5083鋁合金是高鎂合金,在不可熱處理合金中強度良好，耐蝕性、可切削性良好。陽(yáng)極化處理后表面美觀(guān)。電弧焊性能良好。5083合金中的主要合金元素為鎂，具有良好的抗蝕性與可焊接性能，以及中等強度。優(yōu)良的抗腐蝕性能使5083合金廣泛用于海事用途如船舶，以及汽車(chē)、飛機焊接件、地鐵輕軌。
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5083鋁合金是高鎂合金,在不可熱處理合金中強度良好，耐蝕性、可切削性良好。陽(yáng)極化處理后表面美觀(guān)。電弧焊性能良好。5083合金中的主要合金元素為鎂，具有良好的抗蝕性與可焊接性能，以及中等強度。優(yōu)良的抗腐蝕性能使5083合金廣泛用于海事用途如船舶，以及汽車(chē)、飛機焊接件、地鐵輕軌。