CN102358949A

CN102358949A - 一种铝合金防腐处理工艺

Info

Publication number: CN102358949A
Application number: CN2011102950344A
Authority: CN
Inventors: 付大海; 王军; 左禹; 韩忠智; 裘达夫; 鞠鹏飞
Original assignee: NO 91872 SHANGHAI INSTITUTE OF PLA
Current assignee: NO 91872 SHANGHAI INSTITUTE OF PLA
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-02-22

Abstract

本发明属于表面工程技术领域，特别是指一种铝合金防腐处理工艺，包括表面前处理和电刷镀步骤，其特征在于：在铝合金表面电刷镀稀土纳米氧化钛复合膜层，电刷镀镀液中加入了纳米颗粒，且不含强氧化剂。本工艺首次开发制备了稀土-纳米TiO₂复合膜层，纳米颗粒的加入提高了膜层的物理性能，且提高了复合膜层的耐蚀性能；本工艺开发出的稀土溶液环保实用，无毒无污染；且溶液中不含有强氧化剂，在施镀的过程中，镀液可以循环利用；本工艺获得的膜层无明显缺陷，完整均匀，美观，亲水性较好，具有较好的附着力；铝合金表面电刷镀稀土复合镀层后具有优异的耐蚀性能，提高了铝合金的耐氯离子腐蚀性能，且该工艺的防腐成本低廉。

Description

一种铝合金防腐处理工艺

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别是指一种铝合金防腐处理工艺。

背景技术

铝合金具有密度小、导电导热能力强、力学性能优异和可加工性能好等一系列优点。铝合金不仅在国防工业具有举足轻重的作用，成为航空航天造船工业的重要材料，在现代工业和日常生活中，包括汽车制造业、机械制造、电子仪表、建筑业、发动机、散热器以及日用工业品等各行各业中均获得了广泛的应用。然而，铝合金在使用环境如海洋性环境、含工业气体、燃料气体、盐分和尘埃的大气中，特别是有Cl^-存在的情况下，极易发生点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等形式的破坏。为了提高铝合金的耐蚀性能，各国学者经过多年的研究，发明了许多铝合金表面处理方法。

目前铝合金通常采用的防护方法可大致分为三类：一类是进行阳极氧化处理，即在铝合金表面形成一层几十微米厚的阳极氧化膜，但由于阳极氧化工艺耗能大，而且电解质溶液污染严重，难以处理，使用其应用受到限制；第二类是化学转化膜，即将铝试件浸泡在一定组成的溶液中，在一定的温度下依靠化学反应形成一层化学转化膜，现在应用最广泛的是铬酸盐化学氧化，但铬酸盐是一种致癌的毒性物质，世界环境保护组织已提出限制使用铬酸盐和其它含铬酸盐化合物；第三类为有机涂层，即在铝合金表面涂覆一层有机涂层，以改善铝合金的外观和物理化学性能。

研制无铬、有效、价格低、环境友好的铬酸盐的替代品成为了研究的热点。随着阳极型缓蚀剂的研究进展，近年来国内外开展了替代传统铝合金防护处理新方法的研究，稀土转化膜已成为研究的热点之一，人们开始将稀土用在铝合金表面防腐技术上。

稀土转化膜成膜技术发展到今天，人们对各种成膜工艺进行了大量改进，膜的性能也得到了提高。目前稀土转化膜技术主要是浸泡处理，这种工艺操作简单、易于维护；但是它的弊端在于，长期浸泡工艺处理时间太长，所形成的膜层较薄且与基体的附着力较差。经过各国的学者长期的探索研究发现，浸泡溶液中加入强氧化剂，如H₂O₂、KMnO₄、(NH₄)₂S₂O₈等强氧化物，使成膜速率大大提高，处理时间大为缩短，同时处理溶液温度也不高，有的可在室温下应用。国内外对这类工艺的研究也最多，但由于强氧化剂的存在使得处理工艺的稳定性较差。

为了解决稀土转化膜处理工艺存在的问题，本发明创造性地采用电刷镀技术在铝合金表面制备稀土-纳米TiO₂复合膜层。这种处理工艺防腐成本低廉，经济效益显著，可以进行常温施镀，同时还能满足大型设备电刷镀防腐层需要。开发的铝合金表面稀土-纳米TiO₂复合膜处理工艺简单，溶液环保无污染，不含强氧化剂，制备的稀土复合膜层表面美观呈淡黄色、且均匀致密，具有优异的耐腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种铝合金表面处理工艺，此工艺采用电刷镀技术在铝合金表面制备稀土纳米氧化钛复合膜，此膜层具有优异的耐Cl-腐蚀性能，而且操作工艺简单方便，技术成本低廉，环保性能好。

本发明的目的实现由以下技术方案完成：

一种铝合金防腐处理工艺，包括表面前处理和电刷镀步骤，其特征在于：在铝合金表面电刷镀稀土纳米氧化钛复合膜层，电刷镀镀液中加入了纳米颗粒，且不含强氧化剂。

所述电刷镀镀液由以下成分组成：硝酸铈20~60 g/L、氟化钠0.1~0.3 g/L、纳米氧化钛2~8 g/L。

所述电刷镀镀液由以下成分组成：硝酸铈20g/L、氟化钠0.1g/L、纳米氧化钛2g/L。

所述电刷镀镀液由以下成分组成：硝酸铈40g/L、氟化钠0.2g/L、纳米氧化钛4g/L。

所述电刷镀镀液由以下成分组成：硝酸铈60g/L、氟化钠0.3g/L、纳米氧化钛8g/L。

所述工艺的工艺参数如下：电压为5V~6V，镀笔作阳极，工件作阴极，电刷镀时间为3 min，镀笔相对工件速度为9~12 m/min，温度为常温。

本发明的优点是：在铝合金表面采用电刷镀制备了稀土-纳米TiO2复合膜层，所用工艺过程操作简单方便，处理所需的时间短，而且可以进行现场大面积电刷镀；本工艺首次开发制备了稀土-纳米TiO2复合膜层，纳米颗粒的加入提高了膜层的物理性能，且提高了复合膜层的耐蚀性能；本工艺开发出的稀土溶液环保实用，无毒无污染；且溶液中不含有强氧化剂，在施镀的过程中，镀液可以循环利用；本工艺获得的膜层无明显缺陷，完整均匀，美观，亲水性较好，具有较好的附着力；铝合金表面电刷镀稀土复合镀层后具有优异的耐蚀性能，提高了铝合金的耐氯离子腐蚀性能，且该工艺的防腐成本低廉。

具体实施方式

以下通过实例对发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

本发明的原理是：电刷镀电源提供外加电流使铝合金在稀土处理溶液中其表面会发生复杂的电化学反应，稀土铈离子结合氢氧根离子生成氢氧化物和氧化物沉积到铝合金表面形成膜层，由于纳米颗粒的存在，在刷镀过程中纳米颗粒不停的对表面进行刮擦往复运动，能使膜层的晶粒细化，在沉积过程中纳米TiO2均匀夹杂在铈沉积层中，形成同时具有基质金属和固体微粒两类物质综合性能的复合镀层。

本发明使用电刷镀技术在铝合金表面制备稀土-纳米TiO2复合膜层，该工艺的重要部分是开发出了一种性能优异的稀土-纳米TiO2镀液及其电刷镀工艺。该工艺操作简单、易行，实用性强，可以进行大面积的施镀。稀土溶液无毒无污染，***格低廉，所开发的稀土-纳米TiO2溶液无强氧化剂，且在施镀过程中可以循环利用。该工艺获得的膜层完整一致，呈淡黄色，美观，具有很强的装饰性，并且膜层与基体间的结合力较好。最主要的是该复合膜层具有优异的耐氯离子腐蚀性能，完全可以用来代替铬酸盐处理膜层，其工业化应用前景非常好。

稀土复合膜层完全覆盖基体表面后，隔断了氧气的传输且阻碍了电子的传递与转移，从而全面抑制了阴极的还原反应。而在腐蚀过程中，阴极反应速率决定整个反应的速率，一旦它的反应速率受到抑制，合金的整体腐蚀速率就会降低。此外，阳极反应也受到了抑制，从而对铝合金表面起到良好的保护性能。

铝合金的一种新的防腐蚀处理工艺，依次包括铝合金表面预处理和电刷镀步骤，其表面预处理步骤特征在于：包括电净除油、活化两个步骤。

本实施例在具体实施时：实施例一：采用LY12铝合金作为基材：

（1）表面预处理处理：包括打磨掉粗糙表面的毛刺，电净除油，活化，去离子水冲洗。

电净液组成为：

Na2CO3：30g/L

NaOH：20g/L

Na3PO4：30g/L

NaCl：20g/L

工艺参数为：电压：8V，镀笔作阳极，工件作阴极，镀笔相对工件速度：8m/min，时间：30s，温度为常温。

活化液组成为：

HCl：15g/L

NaCl：100g/L

工艺参数为：电压：8V，镀笔作阴极，工件作阳极，镀笔相对工件速度：9m/min，时间：30s，温度为常温。

（2）随后立即进行电刷镀稀土复合膜层，采用权利要求3所述的镀液，即：

Ce(NO3)3·6H2O：20g/L

NaF：0.1g/L

纳米TiO2：2g/L

工艺参数为：电压：5V，镀笔相对工件速度：9m/min，时间：3min，温度为常温。

电刷镀制备的复合膜层均匀一致，与基体结合力良好，具有优异的耐腐蚀性。

制备的稀土-纳米TiO2复合膜层采用中性盐雾实验进行评价，实验溶液为质量分数5%的NaCl溶液，pH值在6.5~7.2，盐雾箱内温度为(35 ±1) ℃，24 h连续喷雾。480小时后，采用权利要求3所述的镀液本实施例所制得的膜层的保护评级为8级，表明耐蚀性良好（依据标准为：GBT 6461-2002 金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级）。

实施例二：采用LY12铝合金作为基材：

（1）表面预处理处理：包括打磨掉粗糙表面的毛刺，电净除油，酸洗活化，去离子水冲洗。

电净液组成为：

Na2CO3：40g/L

NaOH：25g/L

Na3PO4：40g/L

NaCl：25g/L

工艺参数为：电压：9V，镀笔作阳极，工件作阴极，镀笔相对工件速度：9 m/min，时间：30s，温度为常温。

活化液组成为：

HCl：22g/L

NaCl：140g/L

工艺参数为：电压：9V，镀笔作阴极，工件作阳极，镀笔相对工件速度：10m/min，时间：30s，温度为常温。

（2）随后立即进行电刷镀稀土复合膜层，采用权利要求4所述的镀液，即：

Ce(NO3)3·6H2O：40g/L

NaF：0.2g/L

纳米TiO2：4g/L

工艺参数为：电压：5.5V，镀笔相对工件速度：10 m/min，时间：3min，温度为常温。

制备得到的稀土-纳米TiO2复合膜层的耐蚀性采用中性盐雾实验进行评价，实验溶液为质量分数5%的NaCl溶液，pH值在6.5~7.2，盐雾箱内温度为(35±1) ℃，24h连续喷雾。480小时后，采用权利要求4所述的镀液的本实施例所制得的膜层的保护评级为10级，表明耐蚀性优异（依据标准为：GBT 6461-2002 金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级）。

实施例三：采用LY12铝合金作为基材：

电净液组成为：

Na2CO3：50g/L

NaOH：30g/L

Na3PO4：50g/L

NaCl：30g/L

工艺参数为：电压：10V，镀笔作阳极，工件作阴极，镀笔相对工件速度：10 m/min，时间：30s，温度为常温。

活化液组成为：

HCl：30g/L

NaCl：180g/L

工艺参数为：电压：10V，镀笔作阴极，工件作阳极，镀笔相对工件速度：12 m/min，时间：30s，温度为常温。

（2）随后立即进行电刷镀稀土复合膜层，采用权利要求5所述的镀液，即：

Ce(NO3)3·6H2O：60g/L

NaF：0.3g/L

纳米TiO2：8g/L

工艺参数为：电压：6V，镀笔相对工件速度：12m/min，时间：3min，温度为常温。

制备得到的稀土-纳米TiO2复合膜层的耐蚀性采用中性盐雾实验进行评价，实验溶液为质量分数5%的NaCl溶液，pH值在6.5~7.2，盐雾箱内温度为(35 ±1) ℃，24h连续喷雾。480小时后，采用权利要求5所述的镀液本实施例所制得的膜层的保护评级为9级，表明耐蚀性能优异（依据标准为：GBT 6461-2002 金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级）。

上述实施例的使用场合特点：在铝合金表面采用电刷镀制备了稀土-纳米TiO2复合膜层，所用工艺过程操作简单方便，处理所需的时间短，而且可以进行现场大面积电刷镀。

Claims

1.一种铝合金防腐处理工艺，包括表面前处理和电刷镀步骤，其特征在于：在铝合金表面电刷镀稀土纳米氧化钛复合膜层，电刷镀镀液中加入了纳米颗粒，且不含强氧化剂。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金防腐处理工艺，其特征在于：所述电刷镀镀液由以下成分组成：硝酸铈20-60 g/L、氟化钠0.1-0.3 g/L、纳米氧化钛2-8 g/L。

3.根据权利要求2所述的一种铝合金防腐处理工艺，其特征在于：所述电刷镀镀液由以下成分组成：硝酸铈20g/L、氟化钠0.1g/L、纳米氧化钛2g/L。

4.根据权利要求2所述的一种铝合金防腐处理工艺，其特征在于：所述电刷镀镀液由以下成分组成：硝酸铈40g/L、氟化钠0.2g/L、纳米氧化钛4g/L。

5.根据权利要求2所述的一种铝合金防腐处理工艺，其特征在于：所述电刷镀镀液由以下成分组成：硝酸铈60g/L、氟化钠0.3g/L、纳米氧化钛8g/L。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金防腐处理工艺，其特征在于：所述工艺的工艺参数如下：电压为5V~6V，镀笔作阳极，工件作阴极，电刷镀时间为3 min，镀笔相对工件速度为9~12 m/min，温度为常温。