鋁合金型材噴涂前酸蝕脫脂工藝?

    噴涂鋁合金型材具有優良的耐蝕性和耐候性，堅固耐用，外觀裝飾好，生產工藝比陽極氧化簡單，環保安全等特點，在建筑、裝潢、運輸等行業得到廣泛應用。鋁合金型材在噴涂前處理中必須進行化學清洗和浸蝕，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，形成均勻的活化表面，這是保證鉻酸鹽轉化膜質量和噴涂質量的關鍵。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線分為全自動噴淋立式線和間歇式全浸漬臥式線兩種。立式線適用于批量大、形狀簡單的工件，生產效率高，處理質量穩定，缺點是設備復雜、投資大；臥式線適宜處理形狀復雜的工件，投資少，應用廣，缺點是處理速度較慢、生產效率低。


　　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機酸，對鋁合金型材有輕微的化學浸蝕作用，使用成本較低，酸霧揮發性少。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，鋁的化學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30％以后，鋁的腐蝕速度迅速加快，易產生過腐蝕，光亮度下降。一般來說，槽液中硫酸濃度不宜超過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，與雜質有一定的絡合能力，能溶解鋁合金表面的錳、銅、硅等合金元素和雜質，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，氟化氫銨含量不宜過高，否則反應劇烈易造成過腐蝕，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中的腐蝕。檸檬酸是三元有機酸，能在鋁基體表面進行物理和化學吸附，改變金屬/溶液界面的雙電層結構，增加金屬離子化過程的活化能，從而使腐蝕速度減慢，降低鋁材的損耗量，避免發生過腐蝕。檸檬酸是金屬離子的絡合劑，能與從酸蝕液中溶解下來的鋁、鎂、鐵等離子形成穩定的絡合物，減少槽液中鋁離子的含量，掩蔽槽液中雜質的干擾，使溶液穩定，減少沉淀，從而延長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浸蝕，使鋁型材的腐蝕面平整、光潔。


　　5．硫酸鐵


　　三價鐵離子能加速對鋁型材表面進行腐蝕和脫除氧化膜，Fe3+可以在鋁材表面發生置換反應，形成微電池，使鋁表面產生微量氫氣，將油污帶出鋁表面，反應過程AL+ Fe3++2H+→AL3++Fe2++H2↑。槽液中的氧化劑能將上述反應產生的Fe2+重新氧化成Fe3+，減少Fe2+的積累，使槽液穩定，因此Fe3+在反應過程中自身不消耗，主要起促進作用，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、微毒類的有機低分子增溶劑，能大大降低溶液的表面張力，顯著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，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常可分為礦物油脂和動植物油脂兩大類型，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力減弱，在酸腐蝕金屬產生氫氣的機械剝離作用下，油污松動，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的油污再粘附到鋁材表面。常溫下提高除油效率的關鍵是表面活性劑的選擇和配比優化，應根據表面活性劑的表面張力、濁點、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行復配，復配時要將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。在采用噴淋方式進行酸蝕脫脂時，由于機械力的作用會產生大量泡沫，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生。試驗表明，選擇磺酸鹽類陰離子型表面活性劑和烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚類非離子型表面活性劑進行復配，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，除油脫除氧化膜的速度減慢，影響生產進度；溫度高于40℃時，酸蝕脫脂液組分易揮發，產生酸霧，酸液損耗增大，能耗增加，鋁材易產生過腐蝕和黑色掛灰。因此，酸蝕脫脂液的使用溫度應控制在5℃-40℃范圍內。


　　9．時間


　　處理時間過短，工件表面的油污、自然氧化膜沒有完全除凈，會阻礙鉻酸鹽轉化成膜反應的正常進行；處理時間過長，會使鋁的損耗量增加，工件表面粗糙，光澤度下降，生產效率降低。處理時間與鋁材成分、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，一般取1min-5min，以油污、自然氧化膜完全清除干凈為原則來確定該工件的最佳酸蝕脫脂時間。


　　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


　　隨著鋁合金型材處理量的不斷增加，酸蝕脫脂液在使用過程中不斷被消耗、帶出，酸度和脫脂效果降低，各種有效成分逐漸下降，因此，應定時定期分析槽液，及時補加硫酸、氟化氫銨和其他化學藥品，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，需經常把液面上的油污溢流掉，以防止工件出槽時二次沾上油污。長期使用后，當槽液中鋁離子積累過高時，應部分或全部更換槽液。


　　3．質量檢驗


　　目視檢查，經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，無黑色掛灰和過腐蝕現象。


　　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，無酸霧揮發，不污染工作環境，能抑制酸性物質對不銹鋼設備和廠房的侵蝕，延長清洗設備和廠房的使用壽命。

　　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，無過腐蝕和黑色掛灰現象。工件處理后呈銀白色，光潔發亮，表面質量好。

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