專利名稱：一種高耐鹽霧的鋁材鈍化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬表面處理技術領域，具體來講是鋁材表面前處理的一種鈍化劑及其制備方法和用途。
背景技術：
鋁是較軟的活潑輕質金屬，具有銀白色金 屬光澤，鋁粉常用來做銀漆涂料，保護鐵制品表面不被腐蝕而且美觀；鋁的導熱性能非常好，工業上可制造各種熱交換器、散熱材料，也可用于家用的炊具等；鋁還有較好的延展性，在io(Ti5(rc時可制成很薄的鋁箔，當然還可制成鋁絲、鋁條等各種鋁制品。另外在交通上常用鋁熱劑來焊接鋼軌、鋼筋和其他大截面工件的焊接等。目前鋁材用途最多的主要為鋁合金。鋁合金一般有兩類，壓鑄鋁和變形鋁合金，主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用門窗等。鋁材在加工、處理及運輸過程中，表面難免會被氧化或腐蝕，在空氣中氧的作用下會形成較為疏松的氧化薄膜，不能起到真正的保護作用，同時鋁材表面也會吸附一些油污雜質等。為防止此類現象的發生，對鋁材表面的處理是必不可少的。眾所周知，鋁及鋁合金在冷的濃硫酸或濃硝酸中會發生鈍化，在表面會形成一層致密氧化膜，進一步防止鋁材表面的腐蝕。傳統的六價鉻鈍化工藝技術成熟、操作簡單便捷，并因其性質穩定、鈍化膜性能優良、價格低廉而曾被廣泛使用鋁材鈍化。六價鉻具有極強毒性且可致癌的重金屬離子，嚴重污染環境和危害人類健康，當前我國仍有一些小作坊通過不正當渠道使用六價鉻鈍化工藝。隨著人們對環保意識的增強，六價鉻鈍化被嚴格限制。本世紀初，歐盟簽署了一項法令，規定在車輛材料和部件中禁止使用六價鉻。因此鋁材鈍化劑發展方向主要為環保無毒，省材節能，耐腐蝕性能更強的鈍化劑。目前，市場上實際應用于鋁材表面處理的鈍化劑主要為三價鉻鈍化劑和無鉻鋁材鈍化劑等，適用于建筑鋁型材、鋁合金鑄件等的鈍化處理，提高防腐蝕性能。無鉻鈍化工藝主要以鋯鹽或鈦鹽替代三價鉻離子，加入相應的成膜助劑，氧化劑等，形成的鈍化膜性能接近三價鉻鈍化工藝，由于該鈍化工藝對環境污染非常小，而具有很好的社會應用價值，但是鈍化效果稍微欠佳。近年來，三價鉻和無鉻鈍化工藝不斷有新技術被開發，取得了一定的進展。在三價鉻離子溶液中，添加一些如過氧化氫、鹵酸鹽的氧化劑；鎳鹽、亞硝酸鹽的催化劑，助劑，絡合劑等，可使三價鉻鈍化劑相應的鈍化性能提升。三價鉻具有六價鉻鈍化類似的性質，鈍化效果與六價鉻相當，毒性比六價鉻低得多，具有非常好的應用前景。

發明內容
本發明的目的是提供一種新型環保且高耐鹽霧的鋁材鈍化劑，其包含氟鋯酸鹽、硫酸鉻、氫氧化鈉、氟化鹽、硝酸鹽和鎳鹽的水溶液。本發明的鋁材鈍化劑包含以下組分硫酸鉻，其用量為1(T25 g/L，優選12 16 g/L ；
氫氧化鈉，其用量為廣3 g/L，優選f I. 3 g/L ；
氟鋯酸鹽，選自氟鋯酸鈉和氟鋯酸鉀中的一種或幾種；其用量為1(T30 g/L，優選13 18
g/L ；
硝酸鹽，選自硝酸鈉和硝酸鉀中的一種或幾種；其用量為O. 5 3 g/L，優選0.5 1 g/L； 氟化鹽，選自氟化鈉、氟化鉀或氟化銨中一種或幾種；其用量為廣3 g/L，優選I. 2^1. 5
g/L ；
鎳鹽，選自硝酸鎳和硫酸鎳中的一種或幾種；其用量為O. 5 2 g/L，優選0.5 0.8 g/L； 溶劑為水。其中一種優選組分為
硫酸鉻12 16 g/L ；
氫氧化鈉 f I. 3 g/L ；
氟鋯酸鉀 13 18 g/L ；
硝酸鈉O. 5^1 g/L ；
氟化鈉I. 2^1. 5 g/L ；
硝酸鎳O. 5^0. 8 g/L ；
溶劑為水。本發明的鋁材鈍化劑的制備步驟如下
(1)先將氟鋯酸鹽和氟化鹽溶于水中形成混合溶液；
(2)將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到步驟(I)混合溶液中，攪拌均勻；
(3)向步驟(2)混合溶液中加入氫氧化鈉充分攪拌溶解后，再依次加入硝酸鹽和鎳鹽，攪拌溶解后加水定容，即可得到鋁材鈍化劑，比重為I. 01 ±0. 05 kg/L。本發明的鋁材鈍化劑可用于對鋁材進行表面前處理，其使用方法如下
(1)將鋁材鈍化劑按質量分數為8 10%加入到水中稀釋，控制溶液pH=3.8^4. 2，總酸度為10±2點，游離酸度為O. 7±0. 2點，由此得到鋁材鈍化劑溶液；
(2)將鋁材表面進行脫脂處理除去附著的油脂和雜質，水洗；
(3)將鋁材放入步驟(I)的鋁材鈍化劑溶液中，在室溫下浸泡或進行噴淋2 5min,即可形成鈍化保護膜，水洗后烘干。本發明的鋁材鈍化劑中，三價鉻離子和氟鋯酸鹽是成膜劑的主要成分。三價鉻和氟離子可與水分子形成三價鉻的含氟水合絡合物有利于鈍化膜的形成；氟鋯酸鹽在鋁材表面形成鋯系鈍化膜；硝酸根離子在酸性溶液中具有一定的氧化促進作用；少量的鎳鹽可與鋁材表面形成原電池反應，加快鈍化膜的形成；氫氧化鈉主要用作調節鈍化劑溶液的pH值，控制溶液中的總酸和游離酸度保持在一定范圍內，確保鈍化皮膜的順利形成；若超出或低于該范圍，不但不會形成鈍化皮膜，還可能會對鋁材表面造成一定的腐蝕。本發明的鋁材鈍化劑依據GB/T 1771-2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》標準,將鋁材放入5% NaCl溶液、溫度為35°C的鹽霧箱中進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，耐鹽霧時間可長達500 h以上。本發明的高耐鹽霧的鋁材鈍化劑，是一種不含磷元素、亞硝酸鹽及其它有毒重金屬離子的環保新型鈍化劑，且已通過歐盟SGS產品質量檢測，不含六價鉻，符合RoHS的標準。該鋁材鈍化劑具有極強防腐蝕性能，與有機涂層漆膜之間有非常好的附著力和沖擊性能，耐腐蝕時間顯著延長，各種性能均可達到國家標準要求，且符合MIL-5541軍用標準。并且該鋁材鈍化劑的使用方法簡便快速，表面處理時間短，可多次重復使用，因而可節省能耗，減少成本。
具體實施例方式對比實例I (未添加鎳鹽)
招材鈍化劑的組成為 硫酸鉻15 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鉀 15 g/L ；
硝酸鈉I g/L ；
氟化鈉I g/L;
余量為水。先將氟鋯酸鉀和氟化鈉混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鈉，攪拌均勻后加水定容。將鋁材鈍化劑按質量分數為10%加入到水中稀釋，控制溶液pH=4. 0，溶液的總酸度為10±2點，游離酸度為O. 7±0. 2點即可。預先將鋁材表面進行脫脂處理除去附著的油脂和雜質等，水洗后，在室溫下將鋁材放入鋁材鈍化劑溶液中浸泡5 min，形成鈍化保護膜，水洗后烘干即可。依據GB/T 1771-2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》標準，將鋁材放入5% NaCl溶液、溫度為35°C的鹽霧箱中進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。對比實例2 (未添加氟鋯酸鹽)
招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻15 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
硝酸鈉I g/L ；
氟化鈉I g/L;
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。先將氟化鈉混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鈉、硝酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。對比實例3 (未添加硫酸鉻)
招材鈍化劑的組成為
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鉀 15 g/L ；氟化鈉I g/L;
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鉀和氟化鈉混合溶于水中，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鈉、硝酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。
對比實例4 (未添加氫氧化鈉)
招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻15 g/L ；
氟鋯酸鉀 15 g/L ；
氟化鈉I g/L;
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鉀和氟化鈉混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入硝酸鈉、硝酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。對比實例5 (硫酸鉻用量不足)
招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻5 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鉀 15 g/L ；
氟化鈉I g/L;
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鉀和氟化鈉混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鈉、硝酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。對比實例6 (硫酸鉻過量)
招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻40 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鉀 15 g/L ；
氟化鈉I g/L;
硝酸鈉I g/L ；硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。鋁材鈍化劑的制備方法和使用流程同對比實例5。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。對比實例7 (氟鋯酸鹽用量不足)
招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻15 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鉀 5 g/L ；
氟化鈉I. 5 g/L ；
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。鋁材鈍化劑的制備方法和使用流程同對比實例5。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。對比實例8 (氟鋯酸鹽過量)
招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻15 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鉀 45 g/L ；
氟化鈉I g/L;
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。鋁材鈍化劑的制備方法和使用流程同對比實例5。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。對比實例9 (氫氧化鈉過量)
招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻15 g/L ；
氫氧化鈉 18 g/L ；
氟鋯酸鉀 15 g/L ；
氟化鈉I g/L;
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。鋁材鈍化劑的制備方法和使用流程同對比實例5。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。對比實例10 (不含氟化鹽)
招材鈍化劑的組成為硫酸鉻15 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鉀 15 g/L ；
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鉀混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鈉、硝酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。實例 11 招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻15 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鉀 15 g/L ； 氟化鈉I g/L;
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鉀和氟化鈉混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鈉、硝酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。實例 12 招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻16 g/L ；
氫氧化鈉 I. 2 g/L ；
氟鋯酸鉀 18 g/L ；
氟化銨I. 5 g/L ；
硝酸鈉I g/L ；
硝酸鎳O. 6 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鉀和氟化銨混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鈉、硝酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。實例 13 招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻13 g/L ；氫氧化鈉 I. 3 g/L ；
氟鋯酸鉀 13 g/L ；
氟化鉀I. 5 g/L ；
硝酸鉀O. 6 g/L ；
硫酸鎳O. 9 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鉀和氟化鉀混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加 入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鉀、硫酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。實例 14 招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻12 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鈉 14 g/L ；
氟化鉀1.8 g/L ；
硝酸鈉O. 8 g/L ；
硫酸鎳O. 8 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鈉和氟化鉀混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鈉、硫酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。實例 I5 招材鈍化劑的組成為
硫酸鉻14 g/L ；
氫氧化鈉 I g/L;
氟鋯酸鈉 15 g/L ；
氟化銨2 g/L ；
硝酸鉀I. 5 g/L ；
硝酸鎳O. 5 g/L ；
余量為水。先將氟鋯酸鈉和氟化銨混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于7(T75°C的水中后再加入到前者溶液中攪拌混合，再向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鉀、硝酸鎳，攪拌均勻后加水定容。鋁材鈍化劑的使用流程同對比實例I。依據GB/T 1771-2007標準，進行鋁材裸膜耐中性鹽霧試驗，結果見附表。附表I。
權利要求
1.一種高耐鹽霧的鋁材鈍化劑，其特征在于該鋁材鈍化劑為包含氟鋯酸鹽、硫酸鉻、氫氧化鈉、氟化鹽、硝酸鹽和鎳鹽的水溶液。
2.根據權利要求I所述的鋁材鈍化劑，其特征在于包含以下組分 硫酸鉻10 25 g/L ； 氫氧化鈉f 3 g/L ； 氟鋯酸鹽10 30 g/L ； 硝酸鹽0. 5^3 g/L ； 氟化鹽廣3 g/L ； 鎳鹽0. 5^2 g/L ； 溶劑為水。
3.根據權利要求I或2所述的鋁材鈍化劑，其特征在于氟鋯酸鹽選自氟鋯酸鈉或氟鋯酸鉀中的一種或幾種，優選為氟鋯酸鉀。
4.根據權利要求I或2所述的鋁材鈍化劑，其特征在于硝酸鹽選自硝酸鈉或硝酸鉀中的一種或幾種，優選為硝酸鈉。
5.根據權利要求I或2所述的鋁材鈍化劑，其特征在于氟化鹽選自氟化鈉、氟化鉀或氟化銨中一種或幾種，優選為氟化鈉。
6.根據權利要求I或2所述的鋁材鈍化劑，其特征在于鎳鹽選自硝酸鎳或硫酸鎳中的一種或幾種，優選為硝酸鎳。
7.根據權利要求I或2所述的鋁材鈍化劑，其特征在于包含以下組分 硫酸鉻12 16 g/L ； 氫氧化鈉 f I. 3 g/L ； 氟鋯酸鉀 13 18 g/L ； 硝酸鈉0. 5^1 g/L ； 氟化鈉I. 2^1. 5 g/L ； 硝酸鎳0. 5^0. 8 g/L ； 溶劑為水。
8.權利要求廣7中任一種鋁材鈍化劑的制備方法，其特征在于主要步驟如下 (1)先將氟鋯酸鹽和氟化鹽溶于水中形成混合溶液； (2)將硫酸鉻完全溶于7(T75°C水中后再加入到步驟(I)混合溶液中，攪拌均勻； (3)向步驟(2)混合溶液中加入氫氧化鈉充分攪拌溶解后，再依次加入硝酸鹽和鎳鹽，攪拌溶解后加水定容，即可得到鋁材鈍化劑。
9.權利要求廣7中任一種鋁材鈍化劑的用途，其特征在于 (1)將鋁材鈍化劑按質量分數為8 10%加入到水中稀釋，控制溶液pH=3.8^4. 2，總酸度為10 ±2點,游離酸度為0. 7±0. 2點，由此可得到招材鈍化劑溶液； (2)將鋁材表面進行脫脂除油處理，然后水洗； (3)將鋁材放入步驟(I)的鋁材鈍化劑溶液中在室溫下浸泡或進行噴淋2 5min,即可形成鈍化保護膜，再次水洗、烘干。
全文摘要
本發明涉及一種高耐鹽霧的鋁材鈍化劑，其具有非常好的附著力，極強的防腐蝕性能，耐腐蝕時間顯著延長，且不含磷酸鹽、亞硝酸鹽及其它有毒重金屬離子的環保型鈍化劑。該鋁材鈍化劑的主要組成為氟鋯酸鹽、硫酸鉻、氫氧化鈉、氟化鹽、硝酸鹽、鎳鹽和水。先將氟鋯酸鹽和氟化鹽混合溶于水中，將硫酸鉻完全溶于70~75℃的水中后再加入到前者溶液中混合均勻，再依次向該混合溶液中加入氫氧化鈉、硝酸鹽和鎳鹽，攪拌均勻后加水定容，即可得到鋁材鈍化劑。該方法操作簡便，處理時間短，并可多次重復使用，因而可節省成本。
文檔編號C23C22/34GK102965654SQ20121054340
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月16日 優先權日2012年12月16日
發明者況金權 申請人:況金權