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铝型材喷涂前处理的淡黄色无铬钝化膜工艺分享

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铝型材喷涂前处理的淡黄色无铬钝化膜工艺分享

发布日期:2016-05-03 07:53 来源:http://www.8fly.cn 点击:

1 前言


1.1 概述及现状


铝型材的喷涂作为重要的加工工艺已得到市场的广泛应用,但目前绝大多数厂家使用的仍是有铬前处理,溶液中往往含有大量的六价铬,过量的六价铬(超过10ppm)对水生物有致死作用,六价铬是很容易被人体吸收的,它可通过消化道、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体。通过呼吸道吸入时会造成不同程度的声音沙哑、鼻粘膜萎缩等现象,严重时还可使鼻中隔穿孔和支气管扩张等。经消化道侵入时可引起呕吐、腹痛。经皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹,长期或短期接触或吸入时有致癌危险,同时对环境有持久危险性。


如果表面使用无铬钝化,其钝化液中不含铬及铬的任何价位离子,在源头上控制了铬离子的存在,使生产企业做到了使用环保产品进行清洁生产的目的,同时,钝化后的产品不含任何铬离子,也保证了最终产品符合环保要求,不会存在对人体有害的铬。


目前国内绝大部分的铝型材企业以及政府机构已经意识到铬的危害,纷纷限制铬在其新产品中的使用,以符合中国法律法规和国际指令法规。市场上已有部分具有前瞻性的企业在使用无铬前处理,其处理工艺有以下几种:阳极氧化、铈盐、硅烷处理以及钛锆体系。而使用最多的是钛锆体系的无铬前处理,但大部分的企业仍是有限谨慎使用,因其大规模市场化仍主要存在以下问题:附着力不够好、钝化膜为无色而不够直观、立式线比卧式线工艺控制更加困难,更易出现质量问题等。


1.2 本公司无铬产品应用及研发情况


本公司无铬产品始于2006年,2007年开始在市场上使用,使用客户已遍布广东、广西、浙江、上海等地,卧式线和立式线均有使用。其中上海友升铝业为立式喷涂线,其车间为无尘车间,主要加工工业用喷涂型材以及汽车用喷涂铝材,其各项性能要求高于中国国家标准,需达到欧洲及汽车行业标准,经过近四年的使用,完全可满足要求。


同时,该产品已通过第三方权威机构的检测,包括无铬膜的耐盐雾性能、喷粉后的性能测试以及SGS的RoHS六项检测报告。


本文介绍的有色无铬技术是在原有配方基础上,通过一系列优化,改进了成膜颜色,同时进一步提高了附着力。其各项性能优于原有无色无铬前处理,同时因为膜层具有淡黄色,非常直观,省去了需要检测是否有膜的步骤,给生产带来极大便利性。


以下介绍了加入的优化物质在提高附着力、耐蚀性上的作用、对膜层重量上的影响以及相对有铬处理,无铬处理在技术、设备、工艺及操作上的主要区别和注意事项。


2 优化物质的组成及作用


该物质是含金属缓蚀剂以及金属螯合剂的混合物,其能与铁、锌、铝、铜、镁等金属离子形成稳定的络合物,同时对于某些金属也具有一定的缓蚀作用。


2.1 对无铬膜层附着力的作用


优化物质中含有具有环状结构的配位化合物,该物质具有成盐作用之外还有成络作用。其含有的成盐基团的中心离子和成络基团可与金属阳离子作用,形成盐类。其反应原理是在配合物中中心离子与配位体通过配位键结合。配位键是一种特殊的共价键,通常的共价键是由两个成键原子各出一个电子形成共同电子对的,而在配位键中是由一个原子提供电子对,另一原子提供空轨道形成的,其特有的分散能力可以提供更为致密均匀的膜层,另外,含有优化物质处理后的金属表面膜具有羟基等活性基团,能与有机涂层发生化学作用,可以提供金属与涂料之间牢固的结合力。


式样制备:两道浸泡脱脂→水洗→纯水洗→无铬处理→水洗→纯水洗→晾干→烘烤。经以上处理后的无铬膜层,在自然条件下放置24小时后(表面防止灰尘),对其进行中性盐雾实验(NSS)以及无铬处理后12小时内进行喷粉及喷漆,测试其附着力。


对于附着力,相对于不同涂料,其表现结果稍有不同,往往砂纹粉与漆类涂料的附着力会相对稍差。因此我们选用了砂纹粉及氟碳漆两种涂料进行喷涂实验,同时将其膜厚提高。检测方法按照GB5237.4-2008及GB5237.5-2008的要求进行测试。测试结果显示完全可达到国标要求。


2.2 对无铬膜层耐蚀性的作用


当该物质用于铝合金无铬处理剂中时,我们发现,其确实对无铬膜层起到较为显著的缓蚀作用,并可大大提高无铬膜的耐腐蚀性能,而且其浓度的高低对无铬膜层的耐腐蚀性能具有一定影响,其结果见图1。由图可见,该优化物质在槽液中的含量达到1g/L时可较为明显地提高无铬膜层的耐腐蚀性能。当其浓度大于1g/L时,对无铬膜层耐蚀性能的提高无明显影响,这是因为该物质与铝在表面形成了络合物的沉淀膜,该膜的颗粒直径等参数与钝化膜的颗粒相当,于是使膜层更为致密,延缓了膜层的腐蚀。从实际考虑,其建议浓度不应高于1.5g/L,否则有可能对膜层具有一定的溶解作用。


优化物质浓度与出现腐蚀时间的关系图

盐雾实验基本条件:将分析纯氯化钠溶于电导率不超过20微西/厘米的去离子水中,配置浓度为50克/升,其PH值在6.5-7.2之间,PH值可用分析纯的盐酸或氢氧化钠调整。温度35±2℃。


2.3 对无铬膜层重量的影响


该优化物质的加入,不但提高了膜层的耐蚀性与附着力,而且使膜层具有淡黄色。当膜层具有颜色后,可大大提高生产便利性。经膜重测试,相比较原来的无铬处理,其膜重也有了较为显著的提高,如下表所示:

铝材淡黄色对无铬膜层重量的影响


3 相对有铬处理,无铬工艺在设备及工艺要求上的不同及注意事项


无铬化学处理作为铝型材喷涂前处理时,其最终的性能不仅仅取决于无铬处理本身,其对脱脂处理、水质、设备、工艺操作等具有比有铬处理更高的要求,否则,无铬处理难以得到令人满意的效果。


工艺步骤:预脱脂→脱脂→水洗→纯水洗→无铬处理→水洗→纯水洗→晾干或吹干→烘烤→喷涂。


3.1 处理前的准备:对于卧式线而言,上料方式最为理想的是与氧化相同的扎排方式。这种方式可以最大程度地保持铝材之间具有必要的间隙,可防止铝材之间的粘连。对于有铬处理,这种方式也是最为理想且必要的。当采用框或骨架式上料处理时,应最大程度地保持铝材之间点接触或线接触,避免面接触。只有铝材所有表面均处理到,才可以提供可靠的前处理质量。立式线则可以很好地保证铝材之间的间隙,但立式线需要注意的是,应设置有喷嘴,最好是整个通道均分布有喷嘴,采取喷及淋同时进行的方式更有利于铝材表面的充分清洗。建议的脱脂喷射压力是1.5-2MPa,无铬处理喷射压力是1-1.5MPa。喷射的效果应呈现雾状。


3.2 水质:有铬处理采用公共自来水即可。无铬处理槽是通过控制其PH值以及电导率来实现工艺控制,因此,整条线需要使用到自来水及纯水,具体见工艺步骤,以保证较低的电导率,排除水中杂质对无铬成膜的影响。


3.3 无铬处理的时间:有铬处理对时间的要求较为宽松。而目前大部分的无铬处理剂厂家对处理时间有严格要求,甚至精确到秒,导致立式处理时铝材上下两端的附着力出现明显偏差,造成性能不合格,实际上这是失败的前处理产品。本公司的无铬产品处理时间宽松,不会出现上述现象,完全可满足立式线的要求。


3.4 成膜后处理:生成无铬膜层后,其膜本身的性能需在24小时之后进行测定,在存放的过程中,应避免放置于有酸碱雾及灰尘较大的环境中,由于无铬膜层的检验尚无标准可循,必要情况下可参照有铬膜标准。对于卧式线,在烘干之后,应在24小时内进行喷涂处理,最好不长于12小时。


4 结论


对原有钛锆系列无铬成膜剂成份进行了研究改进,优化后,可以得到淡黄色无铬钝化膜,给生产带来极大便利性。同时,经过对其成份的改进,大大提高了无铬膜层的耐盐雾性能及附着力。该产品经过在实验室实验以及长期的生产应用,无铬膜层、喷粉或喷漆后的铝材检验数据完全可满足国标要求,尤其是附着力,可达到甚至超过有铬产品。4.1 优化物质具有以下作用:使膜层呈现淡黄色、可明显地提高无铬膜层的耐蚀性及附着力、较明显地提高膜层的重量。


4.2 相对于有铬处理,无铬处理的整体性要求更高,需要使用者、设备、工艺相配合,才能生存出优质的产品。


4.3 该无铬处理剂可同时适用于浸泡及喷淋。


4.4 无铬处理时间相对于市场同类产品更为宽松,为立式线的无铬处理提供了有力的质量保证。


相关标签:铝型材加工

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