鋁合金型材噴涂前的酸蝕脫脂工藝 

      噴涂鋁合金型材具有優(yōu)良的耐蝕性和耐候性，堅(jiān)固耐用，外觀裝飾好，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(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)得到廣泛應(yīng)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(zhuǎn)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(tǒng)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(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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)線分為全自動(dòng)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(jiǎn)單的工件，生產(chǎn)效率高，處理質(zhì)量穩(wěn)定，缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜、投資大;臥式線適宜處理形狀復(fù)雜的工件，投資少，應(yīng)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(shù)：硫酸(97%)，30g/L-50g/L;氟化氫銨，3g/L-8g/L;檸檬酸，2g/L-4g/L;硝酸鈉，1g/L-3g/L;硫酸鐵，0.5g/L-1.5g/L;二丙二醇，1g/L-2g/L;脫脂劑，0.1g/L-0.5g/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(shù)的影響

    1.硫酸

    稀硫酸是一種非氧化性的無(wú)機(jī)酸，對(duì)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(yīng)，起到活化鋁表面的作用。當(dāng)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(dāng)槽液中硫酸濃度超過30%以后，鋁的腐蝕速度迅速加快，易產(chǎn)生過腐蝕，光亮度下降。一般來(lái)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(fù)性較強(qiáng)的鹵族元素，對(duì)鋁能起強(qiáng)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(wěn)定性強(qiáng)于氫氟酸的，對(duì)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(duì)不銹鋼設(shè)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(zhǎng)，氟化氫銨含量不宜過高，否則反應(yīng)劇烈易造成過腐蝕，降低鋁表面光澤，不利于后續(xù)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)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(jī)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(jié)構(gòu)，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(fā)生過腐蝕。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(wěn)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(wěn)定，減少沉淀，從而延長(zhǎng)酸蝕脫脂液的使用壽命。檸檬酸的加入，對(duì)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(duì)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(yīng)，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(duì)鋁型材表面進(jìn)行腐蝕和脫除氧化膜，F(xiàn)e3+可以在鋁材表面發(fā)生置換反應(yīng)，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(yīng)過程AL+Fe3++2H+→AL3++Fe2++H2↑。槽液中的氧化劑能將上述反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+重新氧化成Fe3+，減少Fe2+的積累，使槽液穩(wěn)定，因此Fe3+在反應(yīng)過程中自身不消耗，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、微毒類的有機(jī)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(wěn)定性。油脂的分子結(jié)構(gòu)中有較長(zhǎng)的烴基，與有機(jī)溶劑的結(jié)構(gòu)相似，可以互相溶解，因此，利用有機(jī)溶劑對(duì)油脂具有很強(qiáng)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常可分為礦物油脂和動(dòng)植物油脂兩大類型，表面活性劑對(duì)上述油脂有良好的潤(rùn)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(chǎn)生氫氣的機(jī)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(yīng)根據(jù)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(duì)油污吸附性、潤(rùn)濕性和分散性好，滲透力和乳化力特別強(qiáng)，泡沫少，生物降解性好，在酸性溶液中性能穩(wěn)定的陰離子型和非離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，復(fù)配時(shí)要將HLB值調(diào)整至12-16，以適合溶液清洗的范圍。復(fù)配后兩者的協(xié)同效應(yīng)可以達(dá)到互相補(bǔ)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(rùn)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(jī)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(yīng)加入適量的消泡劑抑制泡沫的產(chǎn)生。試驗(yàn)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(jìn)行復(fù)配，可以獲得良好的除油效果。

    8.溫度

    試驗(yàn)結(jié)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(duì)鋁材的浸蝕能力，增強(qiáng)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)生過腐蝕和黑色掛灰。因此，酸蝕脫脂液的使用溫度應(yīng)控制在5℃-40℃范圍內(nèi)。
9.時(shí)間

    處理時(shí)間過短，工件表面的油污、自然氧化膜沒有完全除凈，會(huì)阻礙鉻酸鹽轉(zhuǎn)化成膜反應(yīng)的正常進(jìn)行;處理時(shí)間過長(zhǎng)，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)確定該工件的最佳酸蝕脫脂時(shí)間。

    三、酸蝕脫脂工藝的應(yīng)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(jì)算量的濃硫酸，冷卻至40℃左右;再依次加入計(jì)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(guī)定體積，攪拌均勻，測(cè)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(yīng)定時(shí)定期分析槽液，及時(shí)補(bǔ)加硫酸、氟化氫銨和其他化學(xué)藥品，使槽液各工藝參數(shù)保持在規(guī)定范圍內(nèi)。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(zhǎng)期使用后，當(dāng)槽液中鋁離子積累過高時(shí)，應(yīng)部分或全部更換槽液。

    3.質(zhì)量檢驗(yàn)

    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(xù)、完整，表面完全潤(rùn)濕，不掛水珠，無(wú)黑色掛灰和過腐蝕現(xiàn)象。

    四、結(jié)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(shè)備投資，節(jié)約化工原料和清洗用水。

    2.常溫使用，槽液不需要加熱，節(jié)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(duì)不銹鋼設(shè)備和廠房的侵蝕，延長(zhǎng)清洗設(shè)備和廠房的使用壽命。

    3.清除油污能力強(qiáng)，脫除氧化膜速度快，緩蝕效率高，鋁材溶解損耗量少，無(wú)過腐蝕和黑色掛灰現(xiàn)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(wěn)定，沉淀物少，管理維護(hù)方便，槽液可連續(xù)循環(huán)使用期長(zhǎng)，每槽可用1年以上。