本發(fā)明涉及鋁合金表面處理，尤其是制備一種鋁合金表面環(huán)保型成膜劑及其制備方法。該成膜劑通過化學(xué)轉(zhuǎn)化能在鋁合金表面形成一層致密均勻的轉(zhuǎn)化膜，在成膜的基礎(chǔ)上進(jìn)行噴漆處理，可以顯著提高基體與涂層的結(jié)合力。

背景技術(shù)：

在鋁合金應(yīng)用領(lǐng)域，為了延長(zhǎng)其使用壽命和提高美觀性，傳統(tǒng)的方法是在鋁合金基體上噴涂油漆。但是在鋁合金表面直接進(jìn)行噴漆處理，存在漆膜附著力差的問題，因此涂漆前需要進(jìn)行表面處理。

六價(jià)鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理技術(shù)最傳統(tǒng)且最成熟。它不僅可以大大提高鋁合金的耐蝕性，而且可以增強(qiáng)基體與涂層之間的結(jié)合力。但Cr⁶⁺具有毒性和致癌性，隨著環(huán)保要求的越來越嚴(yán)格和歐盟RoHS、ELV、WEEE等法規(guī)的實(shí)施，六價(jià)鉻酸鹽將被嚴(yán)格限制使用。

專利號(hào)為ZL200710158469.8的發(fā)明專利公開了一種用于處理鋁合金的無鉻鈍化液及其使用方法，該無鉻鈍化液的組分是由含Ti(Ⅳ)元素的氟鈦酸、Zr(Ⅳ)元素的氟鋯酸和有機(jī)磷酸化合物組成。特征是組分重量濃度含量Ti(Ⅳ)為0.05～1.05wt％，Zr(Ⅳ)為0.01～0.05wt％，有機(jī)磷酸化合物為0.02wt％至飽和濃度。鈍化液pH值為3～3.5。該鈍化液形成的鈍化膜無色，不利于在線生產(chǎn)判斷，并且其漆膜附著力測(cè)試是根據(jù)GB1720-79《漆膜附著力測(cè)定法》進(jìn)行的，這種漆膜附著力測(cè)試屬于間接測(cè)試法，不能直觀的顯示漆層從基體上脫離時(shí)所需的拉拔力的大小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種鋁合金表面環(huán)保型成膜劑及其制備方法。該成膜劑成本低，工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，更適于工業(yè)化的推廣應(yīng)用，且使用該成膜劑所形成的轉(zhuǎn)化膜層呈均勻致密的金黃色，易于在線觀察并可明顯提高漆層與基體的結(jié)合力，且表面進(jìn)行噴漆處理后，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 4541，使用美國(guó)DEFELSKO品牌的附著力測(cè)試儀進(jìn)行涂層附著力測(cè)試，測(cè)試過程簡(jiǎn)單且測(cè)試結(jié)果直接能從顯示屏上讀取，測(cè)試結(jié)果更精確。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：提供一種鋁合金表面環(huán)保型成膜劑，以配制1升該成膜劑為例，該成膜劑的配方為：鋯酸鹽5-10g，鈦酸鹽5-10g，氧化劑1-5g，單寧酸1-5g，氨基三甲叉膦酸1-5g，其余為去離子水；所述鋯酸鹽為硝酸鋯、乙酸鋯、鋯酸氨或氟鋯酸鉀中的一種，所述鈦酸鹽為硫酸氧鈦、氟鈦酸或氟鈦酸鉀中的一種，所述氧化劑為氟化鈉或氫氟酸。

一種上述鋁合金表面環(huán)保型成膜劑的制備方法，該方法的具體步驟是：

(1)將鈦酸鹽、鋯酸鹽依次溶于250mL的去離子水中，加入過程中要充分?jǐn)嚢瑁环N物質(zhì)完全溶解后才可加入下一種物質(zhì)，待鋯酸鹽完全溶解后制得A溶液；

(2)將氧化劑加入250mL去離子水中，攪拌均勻，制得B溶液；

(3)將B溶液倒入A溶液中，攪拌均勻；

(4)向步驟(3)得到的溶液中加入單寧酸和氨基三甲叉膦酸，再加入500mL去離子水，攪拌均勻后滴加稀硝酸來調(diào)節(jié)溶液pH值至3.0-3.5，即可得到成膜劑。調(diào)pH是為了調(diào)節(jié)溶液的酸度，pH過低時(shí)，酸性過強(qiáng)，膜的溶解速度遠(yuǎn)大于膜的生成速度，且處理液蝕刻鋁合金的速度過快，導(dǎo)致無法形成質(zhì)量好的膜層，基體與涂層的結(jié)合力差；pH過高時(shí)，膜的生成速度過慢，膜層質(zhì)量同樣不好。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明成膜劑中不含六價(jià)鉻，克服了六價(jià)鉻對(duì)環(huán)境造成的污染，避免對(duì)人身造成傷害。

本發(fā)明成膜劑中單寧酸的加入具有兩方面的作用。一是單寧酸是一種含有多酚羥基結(jié)構(gòu)的有機(jī)物，其水解產(chǎn)物中的三羥基苯甲酸具有多鄰位酚羥基結(jié)構(gòu)，容易與金屬離子Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、Al³⁺等發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，能促進(jìn)成膜劑在鋁合金表面的成膜過程。二是單寧酸具有著色作用，有效地解決了大多數(shù)鈦鋯轉(zhuǎn)化膜因無色而難以辨別的問題。

成膜劑中的氨基三甲叉膦酸具有兩個(gè)以上能夠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的功能基團(tuán)。其中一個(gè)基團(tuán)作為錨基能與金屬離子螯合，在金屬表面形成一層穩(wěn)定的，具有吸附作用的有機(jī)酸鹽膜,同時(shí)另一基團(tuán)作為頭基能與油漆中的有機(jī)樹脂通過共價(jià)鍵結(jié)合。因此能大大增強(qiáng)油漆對(duì)金屬基體的附著力。

選用氟化鈉或氫氟酸作為氧化劑，一方面該氧化劑中的氟離子具有強(qiáng)腐蝕性，可以使鋁合金表面迅速溶解活化，降低成膜驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)成膜；另一方面氟離子的強(qiáng)腐蝕作用可以使鋁合金基體得以暴露，促進(jìn)成膜物質(zhì)和電子在鋁合金表面的轉(zhuǎn)移和傳遞，加速成膜過程。

附圖說明

圖1為500倍下鋁合金在實(shí)施例1的成膜劑中進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化后，形成的轉(zhuǎn)化膜的掃描電鏡圖；

圖2為3000倍下鋁合金在實(shí)施例1的成膜劑中進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化后，形成的轉(zhuǎn)化膜的掃描電鏡圖；

圖3為5000倍下鋁合金在實(shí)施例1的成膜劑中進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化后，形成的轉(zhuǎn)化膜的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。

本發(fā)明鋁合金表面成膜劑(簡(jiǎn)稱成膜劑)，以配制1升該成膜劑為例，該成膜劑的配方為：鋯酸鹽5-10g，鈦酸鹽5-10g，氧化劑1-5g，單寧酸1-5g，氨基三甲叉膦酸1-5g，其余為去離子水；所述鋯酸鹽為硝酸鋯、乙酸鋯、鋯酸氨或氟鋯酸鉀中的至少一種，所述鈦酸鹽為硫酸氧鈦、氟鈦酸或氟鈦酸鉀中的至少一種，所述氧化劑為氟化鈉或氫氟酸中的至少一種。

本發(fā)明鋁合金表面環(huán)保型成膜劑的制備方法，該方法的具體步驟是：

(1)將鈦酸鹽、鋯酸鹽依次溶于250mL的去離子水中，加入過程中要充分?jǐn)嚢瑁环N物質(zhì)完全溶解后才可加入下一種物質(zhì)，待鋯酸鹽完全溶解后制得A溶液；

(2)將氧化劑加入250mL去離子水中，攪拌均勻，制得B溶液；

(3)將B溶液倒入A溶液中，攪拌均勻；

(4)向步驟(3)得到的溶液中加入單寧酸和氨基三甲叉膦酸，再加入500mL去離子水，攪拌均勻后滴加稀硝酸來調(diào)節(jié)溶液pH值至3.0-3.5，即可得到成膜劑。調(diào)pH是為了調(diào)節(jié)溶液的酸度，pH過低時(shí)，酸性過強(qiáng)，膜的溶解速度遠(yuǎn)大于膜的生成速度，且處理液蝕刻鋁合金的速度過快，導(dǎo)致無法形成質(zhì)量好的膜層，基體與涂層的結(jié)合力差；pH過高時(shí)，膜的生成速度過慢，膜層質(zhì)量同樣不好。

實(shí)施例1

本實(shí)施例鋁合金表面成膜劑，以配制1升該成膜劑為例，該成膜劑的配方為：鋯酸鹽5g，鈦酸鹽3.5g，氧化劑1g，單寧酸1g，氨基三甲叉膦酸2g，其余為去離子水。本實(shí)施例中鋯酸鹽為氟鋯酸鉀，鈦酸鹽為氟鈦酸鉀，氧化劑為氟化鈉。

將5g/L氟鈦酸鉀、3.5g/L氟鋯酸鉀依次溶于250mL的去離子水中，加入過程中要充分?jǐn)嚢瑁环N物質(zhì)完全溶解后才可加入下一種物質(zhì)，待完全溶解后制得A溶液；將1g/L氟化鈉加入250mL去離子水中，攪拌均勻，制得B溶液；將B溶液倒入A溶液中，攪拌均勻；在溶液中加入1g/L單寧酸，2g/L氨基三甲叉膦酸，再加入500mL去離子水，攪拌均勻后滴加稀硝酸來調(diào)節(jié)溶液pH值至3.0-3.5。攪拌均勻后，即可得到成膜劑。

將該成膜劑應(yīng)用在鋁合金表面，制備出的膜層呈均勻的金黃色，其不同放大倍數(shù)的電鏡掃描圖如圖1-3所示。膜層表面均勻致密，且由大小不一的球狀顆粒組成的，顆粒與顆粒之間存在著縫隙，可以提高后續(xù)涂層與基體之間的結(jié)合力。將使用該成膜劑處理后的鋁合金、未經(jīng)成膜劑處理的純鋁合金基體進(jìn)行噴涂處理，對(duì)噴涂處理后的試樣依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 4541，使用美國(guó)DEFELSKO品牌的附著力測(cè)試儀進(jìn)行涂層附著力測(cè)試，通過涂層附著力測(cè)試可知，使用本實(shí)施例成膜劑處理后的鋁合金涂層的結(jié)合力為16.21MPa，而未經(jīng)處理的純鋁合金基體的結(jié)合力僅為9.90MPa，可知使用本實(shí)施例的成膜劑可以顯著提高基體與涂層之間的結(jié)合力。

實(shí)施例2

本實(shí)施例鋁合金表面成膜劑，以配制1升該成膜劑為例，該成膜劑的配方為：鋯酸鹽5g，鈦酸鹽7g，氧化劑2g，單寧酸2g，氨基三甲叉膦酸3g，其余為去離子水。本實(shí)施例中鋯酸鹽為氟鋯酸鉀，鈦酸鹽為硫酸氧鈦，氧化劑為氟化鈉。

該成膜劑的制備方法同實(shí)施例1。

將該成膜劑應(yīng)用在鋁合金表面，制備出的膜層呈均勻的金黃色，基體與后續(xù)漆層的的結(jié)合力值為16.10MPa。

實(shí)施例3

本實(shí)施例鋁合金表面成膜劑，以配制1升該成膜劑為例，該成膜劑的配方為：鋯酸鹽10g，鈦酸鹽7g，氧化劑2g，單寧酸3g，氨基三甲叉膦酸4g，其余為去離子水。本實(shí)施例中鋯酸鹽為硝酸鋯，鈦酸鹽為氟鈦酸，氧化劑為氟化鈉。

該成膜劑的制備方法同實(shí)施例1。

將該成膜劑應(yīng)用在鋁合金表面，制備出的膜層呈均勻的金黃色，基體與后續(xù)漆層的的結(jié)合力值為15.98MPa。

實(shí)施例4

本實(shí)施例鋁合金表面成膜劑，以配制1升該成膜劑為例，該成膜劑的配方為：鋯酸鹽7g，鈦酸鹽10g，氧化劑5g，單寧酸2g，氨基三甲叉膦酸4g，其余為去離子水。本實(shí)施例中鋯酸鹽為氟鋯酸鉀，鈦酸鹽為硫酸氧鈦，氧化劑為氟化鈉。

該成膜劑的制備方法同實(shí)施例1。

將該成膜劑應(yīng)用在鋁合金表面，制備出的膜層呈均勻的金黃色，基體與后續(xù)漆層的的結(jié)合力值為15.85MPa。

實(shí)施例5

本實(shí)施例鋁合金表面成膜劑，以配制1升該成膜劑為例，該成膜劑的配方為：鋯酸鹽7g，鈦酸鹽5g，氧化劑2g，單寧酸3g，氨基三甲叉膦酸2g，其余為去離子水。本實(shí)施例中鋯酸鹽為乙酸鋯，鈦酸鹽為氟鈦酸鉀，氧化劑為氟化鈉。

該成膜劑的制備方法同實(shí)施例1。

將該成膜劑應(yīng)用在鋁合金表面，制備出的膜層呈均勻的金黃色，基體與后續(xù)漆層的的結(jié)合力值為15.77MPa。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。