CN109208056B - 一种无镍封闭剂及其制备方法及铝及铝合金封孔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无镍封闭剂，所述封闭剂为含有乙酸钴、硅酸盐、苯磺酸盐、聚氧化丙烯醚、表面活性剂和络合剂的水溶液。在本封闭剂中无需添加镍和氟即可达到良好的封孔效果，不会影响人体健康。本发明还涉及一种无镍封闭剂的制备方法以及铝及铝合金的封孔方法。

Description

一种无镍封闭剂及其制备方法及铝及铝合金封孔方法
技术领域
本发明涉及一种无镍封闭剂、制备方法及铝及铝合金的封孔方法，属于材料表面处理技术领域。
背景技术
铝合金具有质量轻、耐腐蚀性强、导热导电良好等优点，在航空、航天、汽车、机械制造、民用工业中广泛应用。铝合金的表面处理以阳极氧化为主，但氧化膜层多孔且具有较强的化学活性，如果不进行封孔处理或封孔质量差，环境中的污染物会被微孔吸附并使基材发生腐蚀，最终导致铝材期间使用寿命降低。而对阳极氧化后的铝合金进行封孔，能有效提高其耐腐蚀性。
封闭质量直接决定了铝合金的耐腐蚀性，国内外通常使用以 Ni2+及 F－为基本成分的 Ni-F 封闭剂。该种封闭剂中消耗的镍及氟较多，对人体健康有影响，往往很难通过ROSH测试。而现有的无镍封闭剂较难满足生产上的品质要求，无法大规模推广应用。因此，开发一种具有良好封口效果的无镍封闭剂是亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种无镍封闭剂，所述封闭剂为含有乙酸钴、硅酸盐、表面活性剂、苯磺酸盐和聚氧化丙烯醚的水溶液。本发明通过在封闭剂中添加苯磺酸盐可以防止在高温封闭中染料脱落的问题；通过加入聚氧化丙烯醚，可以使封闭膜层更加致密均匀。在两种材料的协同作用下，能维持铝合金表面色泽不变，提高耐腐蚀性能。同时，在本封闭剂中无需添加镍和氟即可达到良好的封孔效果，不会影响人体健康。
本发明还提供一种无镍封闭剂的制备方法，包括：将乙酸钴、硅酸盐、苯磺酸盐、聚氧化丙烯醚、表面活性剂和络合剂加入水中，搅拌至溶解即可。
本发明还提供一种铝及铝合金封孔方法，包括：将染色后的铝或铝合金材料浸入上述封闭剂中；封孔时间为15-30min，温度为80-95℃。
本发明提供的封闭剂配方简单，制备方便，在各组分的协同作用下具有良好的封孔效果和耐腐蚀能力。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明的技术方案涉及一种无镍封闭剂，所述封闭剂为含有乙酸钴、硅酸盐、苯磺酸盐、聚氧化丙烯醚、表面活性剂和络合剂的水溶液。本发明中的封闭剂通过加入苯磺酸盐和聚氧化丙烯醚，能够可以防止在高温封闭中染料脱落的问题，同时还能进一步使封闭膜层更加致密均匀。在两种材料的协同作用下，可以维持铝合金表面色泽不变，提高耐腐蚀性能。
根据本发明提供的无镍封闭剂，优选情况下，所述封闭剂的pH值为5-11。
根据本发明提供的无镍封闭剂，优选情况下，所述聚氧化丙烯醚的至少一个末端基团为羟基。具体可以为1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇、三羟基聚氧化丙烯醚、二羟基聚氧化丙烯醚中的一种或几种。进一步优选情况下，所述聚氧化丙烯醚的平均分子量为200-500。进一步优选情况下，所述聚氧化丙烯醚的含量为0.1-10g/L。
根据本发明提供的无镍封闭剂，优选情况下，所述苯磺酸盐的含量为0.01-5g/L；进一步优选情况下，所述苯磺酸盐为烷基苯磺酸钠、硝基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钾中的一种或几种。苯磺酸盐能有效防止高温封闭过程中染料掉色的问题。
根据本发明提供的无镍封闭剂，优选情况下，为提高封孔后铝和铝合金材料表面光泽度，所述苯磺酸盐和聚氧化丙烯醚的质量比为1：10-100。
根据本发明提供的无镍封闭剂，优选情况下，所述乙酸钴的含量为0.1-7g/L。乙酸钴能在高温下形成氢氧化物封闭铝合金的孔隙。
根据本发明提供的无镍封闭剂，硅酸盐可以被吸附到铝合金氧化层表面，起到缓蚀作用。所述硅酸盐为本领域内常用的硅酸盐产品，具体可以为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸镁、硅酸铝中的一种或几种。优选情况下，所述硅酸盐的含量为0.01-1g/L。
根据本发明提供的无镍封闭剂，表面活性剂能够配合其他组分降低封闭膜的孔隙率。所述表面活性剂为本领域内常用的表面活性剂，具体可以为烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、三乙醇胺及三乙醇胺盐中的一种或几种。优选情况下，所述表面活性剂的含量为0.001-0.01g/L。
根据本发明提供的无镍封闭剂，所述络合剂为本领域内常用的络合剂，具体可以为酒石酸、酒石酸钾钠、酒石酸钾、酒石酸钠、乙酸钠、柠檬酸、柠檬酸铵、柠檬酸钠、柠檬酸钾、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠、丁二酸、甘氨酸、羟基乙酸、醋酸中的一种或几种。优选情况下，所述络合剂含量为0.5-5g/L。
本发明还提供一种无镍封闭剂的制备方法，包括：将乙酸钴、硅酸盐、苯磺酸盐、聚氧化丙烯醚、表面活性剂和络合剂加入水中，搅拌至溶解即可。
根据本发明提供的一种无镍封闭剂的制备方法，优选情况下，先把乙酸钴、络合剂依次加入水中，搅拌溶解，再加入硅酸盐、苯磺酸盐、聚氧化丙烯醚、表面活性剂，搅拌至溶解即可。
根据本发明提供的一种无镍封闭剂的制备方法，优选情况下，所述乙酸钴的含量为0.1-7g/L，硅酸盐的含量为0.01-1g/L，苯磺酸盐的含量为0.01-5g/L，聚氧化丙烯醚的含量为0.1-10g/L，表面活性剂的含量为0.001-0.1，络合剂的含量为0.5-5g/L。
本发明还提供一种铝及铝合金封孔方法，包括，将染色后的铝或铝合金材料浸入上述封闭剂中。
根据本发明提供的铝合金封孔方法，优选情况下，所述铝合金封孔时间为15-30min，温度为80-95℃。
以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
本发明中所述实施例中的所有原料如非特指，均为市售产品。
实施例1
制备无镍封闭剂：将乙酸钴加入水中溶解，再加入络合剂搅拌溶解，最后加入硅酸钠、苯磺酸钠、1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇、烷基酚聚氧乙烯醚搅拌至溶解即可。其中，乙酸钴的含量为4g/L，酒石酸钾钠的含量为3g/L，硅酸钠的含量为0.05g/L，苯磺酸钠的含量为0.5g/L，1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇的含量为6g/L，烷基酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）的含量为0.005g/L。
实施例2
制备无镍封闭剂：将乙酸钴加入水中溶解，再加入络合剂搅拌溶解，最后加入硅酸钠、苯磺酸钠、1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇、烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）搅拌至溶解即可。其中，乙酸钴的含量为7g/L，酒石酸钾钠的含量为5g/L，硅酸钠的含量为1g/L，苯磺酸钠的含量为5g/L，1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇的含量为10g/L，烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）的含量为0.01g/L。
实施例3
制备无镍封闭剂：将乙酸钴加入水中溶解，再加入络合剂搅拌溶解，最后加入硅酸钠、苯磺酸钠、1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇、烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）搅拌至溶解即可。其中，乙酸钴的含量为0.1g/L，酒石酸钾钠的含量为0.5g/L，硅酸钠的含量为0.01g/L，苯磺酸钠的含量为0.01g/L，1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇的含量为0.1g/L，烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）的含量为0.01g/L。
实施例4
制备无镍封闭剂：将乙酸钴加入水中溶解，再加入络合剂搅拌溶解，最后加入硅酸钠、苯磺酸钠、1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇、烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）搅拌至溶解即可。其中，乙酸钴的含量为3g/L，乙酸钠的含量为1g/L，硅酸钠的含量为0.02g/L，苯磺酸钠的含量为0.1g/L，1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇的含量为5g/L，烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）的含量为0.003g/L。
对比例1
申请号为CN201510235716的专利中使用的实施例1封闭剂。
对比例2
商购含镍封闭剂：日本奥野DX-500。
对比例3
使用等量的苯磺酸钠替代1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇，其余组分和含量同实施例1。
性能测试：
1、测试样品制备
阳极氧化：将5cm*5cm的铝合金样片经过清洗前处理后，浸入阳极氧化液中进行氧化，电压15V，液温15℃，氧化时间30min；
染色：将阳极氧化后的铝合金样片浸入染色液中进行染色，染料为和韵YW310黄色，浓度2g/L，温度50℃，时间2min；
封孔处理：将上述染色后的铝合金样片清水冲洗后即浸入封闭剂，封孔时间25min，温度92℃。封孔结束后水洗吹干后进行测试。
2、外观：观察经封孔处理后的铝合金样片表面的色泽均匀度、有无脱色等现象。
3、盐雾测试：将封孔处理后的铝合金样片进行盐雾测试，采用（宏联科技有限公司、H-SST-90）盐雾箱， 使用（5±0.1）% NaCl溶液，pH值在6.5-7.2之间，盐雾沉降量：1～2ml／80cm2•h，温度：35℃±2℃进行盐雾测试；封孔处理后的铝合金样片置入盐雾箱中，观察样品表面出现腐蚀点或变色的时间，每隔12h记录一次。
测试结果见下表：
Figure 82775DEST_PATH_IMAGE001
。
通过上述测试结果可知，经过本发明提供的封闭剂处理后的铝合金样片色泽均匀，无脱色等问题；同时，封闭剂中不含有镍，不会对人体造成伤害。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种无镍封闭剂，其特征在于，所述封闭剂为含有乙酸钴、硅酸盐、苯磺酸盐、1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇、表面活性剂和络合剂的水溶液，所述乙酸钴的含量为0.1-7g/L，硅酸盐的含量为0.01-1g/L，苯磺酸盐的含量为0.01-5g/L，1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇的含量为0.1-10g/L，表面活性剂的含量为0.001-0.1g/L，络合剂的含量为0.5-5g/L。
2.根据权利要求1所述的无镍封闭剂，其特征在于，所述无镍封闭剂的pH值为5-11。
3.根据权利要求1所述的无镍封闭剂，其特征在于，所述苯磺酸盐和1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇的重量比为1：10-1000。
4.根据权利要求3所述的无镍封闭剂，其特征在于，所述苯磺酸盐为烷基苯磺酸钠、硝基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钾中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的无镍封闭剂，其特征在于，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三乙醇胺及三乙醇胺盐中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的无镍封闭剂，其特征在于，所述络合剂为酒石酸、酒石酸钾钠、酒石酸钾、酒石酸钠、乙酸钠、柠檬酸、柠檬酸铵、柠檬酸钠、柠檬酸钾、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠、丁二酸、甘氨酸、羟基乙酸、醋酸中的一种或几种。
7.一种无镍封闭剂的制备方法，其特征在于，包括：将乙酸钴、硅酸盐、苯磺酸盐、1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇、表面活性剂和络合剂加入水中，搅拌至溶解即可，其中，所述乙酸钴的含量为0.1-7g/L，硅酸盐的含量为0.01-1g/L，苯磺酸盐的含量为0.01-5g/L，1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇的含量为0.1-10g/L，表面活性剂的含量为0.001-0.1g/L，络合剂的含量为0.5-5g/L。
8.根据权利要求7所述的无镍封闭剂的制备方法，其特征在于，包括将乙酸钴、络合剂依次加入水中搅拌溶解，再加入硅酸盐、苯磺酸盐、1,1'-(2-(N-2-羟乙基-2-羟丙基氨基)乙基亚胺)二丙-2-醇、表面活性剂，搅拌至溶解即可。
9.一种铝及铝合金封孔方法，其特征在于，包括：将染色后的铝或铝合金材料浸入权利要求1-6任一项所述的无镍封闭剂中；封孔时间为15-30min，温度为80-95℃。
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