CN1970844A - 铝类基材的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

作为铝类基材涂布前处理中的化成处理，通常进行铬酸盐处理。然而，在该铬酸盐处理中使用的6价铬离子近年来被认为是有害的，期望不要在环境上使用，从而寻求铬酸盐处理的替代方法。作为该替代方法，提出了非铬酸盐处理，但无法获得与铬酸盐处理同样的与涂膜的密合性和耐腐蚀性。因此，通过提高铝类基材表面的清洁度，即使在非铬酸盐处理中，也可以获得与铬酸盐处理相同或在其之上的与涂膜的密合性和耐腐蚀性。该方法是在铝类基材上，在进行具有化成处理的工序的涂布前处理后进行涂布的铝类基材的表面处理方法，在对铝类基材进行上述涂布的前处理前，通过强碱性水溶液或电解水进行处理。

Description

铝类基材的表面处理方法
技术领域
本发明涉及铝类基材的表面处理方法。
背景技术
在铝基材的表面会附着氧化铝的被膜、污浊、油等，其对涂膜的密合性产生妨碍。因此，需要在涂布前通过涂布的前处理，除去上述的被膜或油等。
此外，铝基材由于耐腐蚀性不充分，因而存在如果在表面存在划伤，则会产生丝状腐蚀，在表面容易形成氧化膜的缺点，因此需要在铝基材的表面施加涂布前处理中的化成处理，从而提高耐腐蚀性。此外，通过该化成处理，可以提高铝基材与涂膜的密合性。
作为该化成处理，由于与涂膜的密合性和耐腐蚀性优异，因此通常进行铬酸盐处理。然而，在该铬酸盐处理中使用的6价铬离子近年来被认为是有害的，期望不要在环境上使用。
因此，作为代替上述铬酸盐处理的非铬酸盐处理，提出了例如专利文献1所述的涂布的前处理。在该涂布的前处理方法中，作为代替6价铬离子的金属，提出了由钴、锌、钛、二氧化硅、钒、铈、钼、钨、锆等构成的单金属盐或这些盐的组合。
专利文献1：特开2002-88492号公报
发明内容
虽然提出了使用上述金属等作为6价铬离子的替代品的非铬酸盐处理，但存在无法获得与6价铬离子一样的与涂膜的密合性和耐腐蚀性的问题。
此外，作为影响铝类基材和涂膜的密合性的要素，可认为如下。
在铸造铝类基材(例如铝轮)后，通常进行喷丸处理。该喷丸处理多数使用金属制(例如铁、不锈钢等)的喷丸进行，因此在喷丸处理后的铝类基材表面有时会残留上述喷丸中的铁。
如果该铁残留，则成为妨碍铝类基材表面与涂膜密合性的要素，大气中的水分等透过涂膜，该水分等与铁和作为基材的铝反应，成为耐腐蚀性降低的原因。
此外，在铝轮的表面形成氧化铝被膜，该氧化铝被膜对铝轮与涂膜的密合性产生影响。
因此，本发明的目的是提供一种通过提高铝类基材表面的清洁度，从而提高铝类基材表面与涂膜的密合性，即使在非铬酸盐处理中，铝类基材与涂膜的密合性和耐腐蚀性也和进行铬酸盐处理时相同或在其之上的铝类基材的表面处理方法。
为了解决上述课题，本申请提供了以下的发明。
(1)一种铝类基材的表面处理方法，其为在铝类基材上，在进行具有化成处理工序的涂布的前处理后，进行涂布的铝类基材的表面处理方法，其特征在于在对铝类基材进行上述涂布的前处理前，通过强碱性水溶液或碱电解水进行处理。
(2)如(1)所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述涂布的前处理包括脱脂或/和酸洗和化成处理的工序。
(3)如(1)或(2)所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于在通过使用强碱性水溶液或碱电解水处理铝类基材时，施加超声波。
(4)如(1)～(3)任一项所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于在通过上述强碱性水溶液或碱电解水进行的处理中，相对于上述铝类基材的蚀刻量为1000～20000mg/m2。
(5)如(1)～(4)任一项所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述强碱性水溶液的pH为12.0以上。
(6)如(1)～(5)任一项所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述强碱性水溶液是氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
(7)如(1)～(4)任一项所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述碱电解水的pH为10.5～11.7。
(8)如(1)～(4)、(7)任一项所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述碱电解水是电解碳酸钾水溶液生成的阴极溶液。
(9)如(1)～(8)任一项所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于使用强碱性水溶液或碱电解水处理铝类基材后，进行酸洗，然后进行上述涂布的前处理。
(10)如(9)所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述酸洗通过pH为2以下的酸性水溶液处理。
(11)如(10)所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述酸性水溶液是硝酸水溶液或硫酸水溶液。
(12)如(1)～(11)任一项所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述铝类基材是铝轮。
根据本发明，在涂布的前处理之前，通过使用强碱性水溶液或碱电解水进行处理，从而使铝类基材的表面更清洁化，与仅进行了通常的涂布的前处理(非铬酸盐处理)的基材相比，铝类基材与涂膜的密合性、耐腐蚀性得到提高。由此，铝类基材与涂膜的密合性和耐腐蚀性与进行铬酸盐处理的基材相同，或在其之上。
这认为是由于如下的要素引起的。
据认为是通过强碱性水溶液或碱电解水进行处理，可以基本除去铝类基材的表面上由于喷丸残留的铁等，可以排除妨碍铝类基材的表面与涂膜的密合性的一个要素，因此，可以防止大气中的水分等透过涂膜，以使该水分等与铁和基材的铝发生反应而导致耐腐蚀性的降低。
此外，认为通过使用强碱性水溶液或碱电解水对铝类基材的表面进行蚀刻，在铝类基材的表面露出共晶组织，在表面形成微细的凹凸面。通过在该凹凸面上形成涂膜，铝类基材的表面与涂膜的结合变强固，耐腐蚀性提高。
此外，认为通过使用强碱性水溶液或碱电解水处理铝类基材，与通常的涂布前处理(非铬酸盐处理)相比，更能除去在铝类基材的表面形成的氧化铝薄膜，使得铝类基材表面更清洁化。
根据(3)所述的发明，进一步在使用强碱性水溶液或碱电解水处理铝类基材时，通过施加超声波，与不进行通过超声波处理的方法相比，能促进强碱性水溶液或碱电解水与铝类基材的反应，使铝类基材的表面更清洁化。
根据(9)～(11)所述的发明，进一步通过酸洗，可以更确实地除去铁等，可以防止腐蚀性的降低。
具体实施方式
作为本发明中使用的铝类基材，没有特别的限制，可以列举例如铝基材、铝合金基材(例如AC-4C或AC-4CH)等。本发明铝类基材的表面处理方法可以适合用于铝轮。以下，以适用铝轮的实例说明本发明。
在铸造铝轮，施加热处理后，进行喷丸处理。该喷丸处理是为了除去铝轮铸造时的脱模剂等而进行的，使用铁制的喷丸颗粒进行。因此，在喷丸处理后的铝轮的表面上有时会残留上述喷丸颗粒(铁)。如果该铁残留，则成为妨碍铝轮的表面与涂膜密合性的要素，大气中的水分等透过涂膜，该水分等与上述喷丸颗粒的铁和作为基材的铝反应，成为耐腐蚀性降低的原因。
通过pH为12.0以上，优选pH为12.5以上的强碱性水溶液对进行了上述喷丸处理的铝轮进行处理。作为该强碱性水溶液，可以列举例如氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液。另外，除了强碱性水溶液以外，还可以使用pH为10.5～11.7的碱电解水。作为该碱电解水，可以列举例如在电解槽内电解碳酸钾水溶液，在上述电解槽的阴极侧生成的阴极液体。
通过该强碱性水溶液或碱电解水，对铝轮表面进行蚀刻，将铝轮表面残留的上述喷丸颗粒(铁)周围的铝溶解，在铝轮表面露出铁，将其除去。
该处理中相对于铝轮的蚀刻量为1000～20000mg/m2，优选为1000～5000mg/m2。
此外，通过强碱性水溶液或碱电解水，将附着在铝轮表面的氧化铝的被膜除去。用目前涂布前处理中的脱脂和酸洗，对该氧化铝被膜的除去是不充分的，但在本发明中，使用具有比涂布前处理中的脱脂更高pH的强碱性水溶液或碱电解水进行处理，由于相对于该铝轮的蚀刻量为1000～20000mg/m2这样高，因此可以充分除去铝膜。
此外，还可以除去铝轮表面附着的机械油、切削油等有机杂质，提高铝轮表面的清洁度。
另外，在通过该强碱性水溶液或碱电解水进行处理时，优选通过进行超声波处理，从而促进反应。这是由超声波产生的微小振动、搅拌、脱泡、气蚀等的效果所获得的。
在通过上述强碱性水溶液或碱电解水进行处理后，进行水洗处理。优选该水洗处理进行2次以上。由此，通过稀释强碱性水溶液或碱电解水使得反应停止。此外，通过该水洗处理，还具有使此后工序所夹带的上述工序的处理剂量减少的效果。
然后，通过pH为2.0以下，优选pH为1.5以下的酸性水溶液处理铝轮。作为酸性水溶液，可以列举例如硝酸和硫酸等。通过该酸性水溶液，中和铝轮表面残留的上述碱性处理剂。这是由于如果在铝轮表面残留碱性处理剂，则与涂膜的密合性会降低。此外，可以充分除去由于上述喷丸处理工序而在铝轮表面残留的铁。
在通过上述酸性水溶液进行处理后，进行水洗处理。优选该水洗处理进行2次以上。由此，通过稀释酸性水溶液而使得反应停止。此外，通过该水洗处理，还具有使此后工序所夹带的上述工序的处理剂量减少的效果。
接着，进行涂布的前处理。该涂布的前处理由脱脂处理、酸洗处理、化成处理、后处理构成。在各工序间进行水洗处理。另外，还可以不进行后处理。
上述涂布的前处理首先进行脱脂处理。作为该脱脂处理，没有特别的限定，可以按照碱脱脂洗涤等通常的铝轮处理中使用的方法进行。通过该脱脂处理，可以除去油脂性物质，或上升到表面。此外，在以后进行的酸洗处理中使用的酸性水溶液相对于铝轮的浸润性得到提高，可以更确实地进行酸洗。
在上述脱脂处理后进行水洗处理。优选该水洗处理进行2次以上。由此，通过稀释脱脂处理中使用的处理剂而使得反应停止。此外，通过该水洗处理，还具有减少此后工序所夹带的上述工序的处理剂量的效果。
然后，进行酸洗处理。作为该酸洗处理，可以按照在铝轮的具有非铬酸盐处理的涂布前处理中使用的方法进行。通过该酸洗，可以除去铝轮表面的污浊和氧化膜。此外，通过酸洗，能使铝轮表面活化，容易形成化成薄膜。
在上述酸洗处理后进行水洗处理。优选该水洗处理进行2次以上。由此，通过稀释在酸洗处理中使用的处理剂而使得反应停止。此外，通过该水洗处理，还具有使此后工序所夹带的上述工序的处理剂量减少的效果。
接着通过进行化成处理和根据需要的后处理，从而在铝轮表面形成化成薄膜。作为该化成处理和后处理，可以按照特开2003-313681号公报、特开2003-27253号公报记载等的铝轮涂布前处理中使用的非铬酸盐处理的方法进行。在非铬酸盐处理中，作为代替6价铬离子的金属，提出了使用由钴、锌、钛、二氧化硅、钒、铈、钼、钨、锆等构成的单金属盐或这些金属组合而成的复合金属盐，作为该盐，使用硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、氟酸盐、氯化盐、铝盐、醋酸盐等。
然后，进行水洗处理。优选该水洗处理进行2次以上。
然后，通过空气鼓吹等除去水分后，进行除水分干燥。
然后，在铝轮的表面进行涂布。作为该涂布方法，可以按照施加了具有非铬酸盐处理的表面处理的铝轮中使用的通常的涂布方法进行。
实施例
接下来，通过实施例对本发明进行具体的说明。
[实施例1]
使用铝合金来成型铝轮，从模具中取出铝轮，进行热处理后，进行喷丸处理，之后，依次进行以下的(1)～(18)的工序，得到铝轮的涂布物。
(1)强碱性水溶液处理
处理液：5％(w/v)氢氧化钠(pH13.1)
处理温度：40℃
处理时间：150秒
蚀刻量：2500mg/m2
(2)水洗×2次
(3)酸性水溶液处理
处理液：5～10％(w/v)硝酸(pH1.5以下)
处理温度：30℃
处理时间：30秒
(4)水洗×2次
(5)热水洗
(6)脱脂处理
处理液：3％(w/v)Surfcleaner C294(日本ペイント社制)
处理温度：50～60℃
处理时间：115秒
(7)水洗×2次
(8)酸洗处理
处理液：5％(w/v)Surfcleaner CP4325(日本ペイント社制)
       0.5％(w/v)Surfcleaner CH7275(日本ペイント社制)
处理温度：20～40℃
处理时间：72秒
(9)水洗×2次
(10)化成处理
处理液：0.5％(w/v)Alsurf CX4707(日本ペイント社制造)
处理温度：30～40℃
处理时间：61秒
(11)水洗×2次
(12)后处理
处理液：0.02％(w/v)Surfcoat CX4661(日本ペイント社制)
处理温度：50～60℃
处理时间：30秒
(13)水洗×2次
(14)除去水分
(15)干燥
(16)粉末涂布
涂布A400(日本ペイント社制)，使得干燥膜厚为100μm，在160℃下煅烧20分钟。
(17)色基(color base)涂布
(18)清洁涂布
[比较例1]
使用铝合金，使铝轮成型，从模具中取出铝轮，进行热处理后，进行喷丸处理，之后，不进行上述实施例1的(1)～(4)的工序，依次进行作为上述实施例1涂布的前处理工序(5)～(15)以及涂布工序(16)～(18)，得到铝轮的涂布物。
[实施例2]
通过使用铝合金，使铝轮成型，从模具中取出铝轮，进行热处理后，进行喷丸处理，之后，依次进行以下的(1)～(16)的工序，得到铝轮的涂布物。
(1)强碱性水溶液处理
处理液：5％(w/v)氢氧化钠(pH13.1)
处理温度：40℃
处理时间：150秒
蚀刻量：2500mg/m2
(2)水洗×2次
(3)酸性水溶液处理
处理液：5～10％(w/v)硝酸(pH1.5以下)
处理温度：30℃
处理时间：30秒
(4)水洗×2次
(5)热水洗
(6)脱脂处理
处理液：3％(w/v)フアインクリ-ナ-FC-359(パ-カ-社制)
处理温度：50～60℃
处理时间：115秒
(7)水洗×2次
(8)酸洗处理
处理液：5％(w/v)プロピレン PL-5552(パ-カ-社制)
处理温度：45～50℃
处理时间：72秒
(9)水洗×2次
(10)化成处理
处理液：2％(w/v)パルコ-トCT-4600(パ-カ-社制造)
处理温度：36～40℃
处理时间：61秒
(11)水洗×3次
(12)除去水分
(13)干燥
(14)粉末涂布
(15)色基涂布
(16)清洁涂布
[比较例2]
通过使用铝合金，使铝轮成型，从模具中取出铝轮，进行热处理后，进行喷丸处理，之后，不进行上述实施例2的(1)～(4)的工序，依次进行作为上述实施例2涂布的前处理工序的(5)～(13)和作为涂布工序(14)～(16)的工序，得到铝轮的涂布物。
对于上述实施例1、2、比较例1、2中得到的铝轮的涂布物，进行耐丝状腐蚀试验以及CASS试验。
所谓的耐丝状腐蚀试验，是在一定时间内交互重复盐水喷雾试验(JIS Z2371)和湿润，研究在基体材料、涂膜间发生丝状腐蚀的试验方法，试验时间为1680小时。
所谓的CASS试验，是根据JISH8502的试验方法，是在将氯化铜(II)二水合物添加到醋酸酸性的氯化钠溶液中形成的溶液喷雾而成的氛围中，研究镀层的耐腐蚀性的试验方法，试验时间是240小时。
对于耐丝状腐蚀试验，在铝轮的轮辐纵壁2个地方、轮圈纵壁2个地方进行，对于CASS试验，在铝轮的轮辐纵壁2个地方、内部边缘2个地方、表面边缘2个地方、轮圈纵壁2个地方进行，对于耐丝状腐蚀试验、CASS试验的测定结果的各自的平均值在表1中示出。
表1
    耐丝状腐蚀试验     CASS试验
  比较例1         7.7mm     0.83mm
  比较例2         8.5mm     1.9mm
    耐丝状腐蚀试验     CASS试验
  实施例1       1.4mm     0.3mm
  实施例2       1.0mm     1.0mm
由上述表1的结果可以判断，相对于比较例1，2中得到的铝轮的涂布物，为本发明的实施例1，2中得到的铝轮的涂布物在CASS试验和耐丝状腐蚀试验中优异。即，可以判断在铝轮制造后，且在作为通常铝轮的涂布的前处理(非铬酸盐处理)进行的工序前，通过用本发明的强碱性水溶液或碱电解水进行处理，可以提高铝轮的耐腐蚀性。此外还认为即使对于铝轮与涂膜的密合性，也得到了提高。该CASS试验和耐丝状腐蚀试验的结果是与通过具有铬酸盐处理的涂布的前处理所得到的铝轮的涂布物相同或在其之上的值。
这认为是由如下的理由获得的。
在涂布的前处理之前通过使用强碱性水溶液或碱电解水进行处理，从而对铝轮表面进行蚀刻，将由于喷丸处理而残留在铝轮表面的铁周围的铝溶解，铁暴露在铝轮表面而被除去，进而，通过使用后工序的酸性水溶液等进行处理，可以将铁充分除去。
由此，认为可以基本排除作为妨碍铝轮表面和涂膜的密合性的要素之一的铁。由此，可以防止由于大气中的水分等透过涂膜，该水分等与上述喷丸颗粒的铁等和基材的铝反应而产生的耐腐蚀性降低。
此外，通过使用强碱性水溶液或碱电解水对铝轮表面进行蚀刻，从而在铝轮的表面露出共晶组织，在表面形成微细的凹凸面。通过在该凹凸面上形成涂膜，使涂膜与铝轮表面牢固地结合，提高铝轮表面的耐腐蚀性。
此外，认为可以除去通过目前具有非铬酸处理的涂布的前处理中的脱脂和酸洗无法充分除去、成为妨碍铝轮与涂膜密合性的要素之一的附着在铝轮表面的氧化铝被膜。这是由于使用具有比通常涂布的前处理中的脱脂高pH的强碱性水溶液或碱电解水进行处理，相对于该铝轮的蚀刻量也达到1000～20000mg/m2这样高。
此外，还可以除去妨碍铝轮与涂膜密合性的更素之一的油等有机杂质。
即，在目前的涂布的前处理之前，通过进行本发明的处理，与目前的方法相比，提高了铝轮表面的清洁度，铝轮与涂膜的密合性得到了提高，耐腐蚀性也得到提高。

Claims (12)

1、一种铝类基材的表面处理方法，其为在铝类基材上，在进行具有化成处理工序的涂布的前处理后，进行涂布的铝类基材的表面处理方法，其特征在于在对铝类基材进行上述涂布的前处理前，通过强碱性水溶液或碱电解水进行处理。
2、如权利要求1所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述涂布的前处理包括脱脂或/和酸洗和化成处理的工序。
3、如权利要求1或2所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于在通过使用强碱性水溶液或碱电解水处理铝类基材时，施加超声波。
4、如权利要求1或2所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于在通过上述强碱性水溶液或碱电解水进行的处理中，相对于上述铝类基材的蚀刻量为1000～20000mg/m2。
5、如权利要求1或2所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述强碱性水溶液的pH为12.0以上。
6如权利要求1或2所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述强碱性水溶液是氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
7、如权利要求1或2所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述碱电解水的pH为10.5～11.7。
8、如权利要求1或2所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述碱电解水是电解碳酸钾水溶液生成的阴极溶液。
9如权利要求1或2所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于使用强碱性水溶液或碱电解水处理铝类基材后，进行酸洗，然后进行上述涂布的前处理。
10、如权利要求9所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述酸洗通过pH为2以下的酸性水溶液处理。
11、如权利要求10所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述酸性水溶液是硝酸水溶液或硫酸水溶液。
12如权利要求1或2所述的铝类基材的表面处理方法，其特征在于上述铝类基材是铝轮。
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