專利名稱：一種壓鑄鋁合金表面鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種壓鑄鋁合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化液及處理方法，特別是涉及含硅、銅元素較高的壓鑄鋁合金表面環(huán)保鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，本發(fā)明可以在壓鑄鋁合金零件表面獲得厚度均勻、致密的保護(hù)膜層，將此膜作為壓鑄鋁合金零件裸膜使用來(lái)提高其耐蝕性能。
背景技術(shù)：
壓鑄是一種快速的生產(chǎn)工藝，零件大批量的生產(chǎn)速度快、成本低、精度高和可用于制造形狀復(fù)雜的零部件。95%的壓鑄鋁合金加工后可回收利用，鋁壓鑄件是一個(gè)非常綠色和可持續(xù)的替代。國(guó)內(nèi)壓鑄工業(yè)自20世紀(jì)90年代取得快速的發(fā)展，鋁合金壓鑄工藝已成為汽車用鋁合金成形工藝中應(yīng)用最廣泛的工藝之一，在各種汽車成型工藝方法中占56%。目前工業(yè)應(yīng)用的壓鑄鋁合金主要有以下幾種Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg、 Al-Zn等。汽車工業(yè)節(jié)能減排的重要手段是輕量化，其必然導(dǎo)致鋁合金在汽車上的大量應(yīng)用，如汽車中的各種氣閥、氣缸體、缸蓋、機(jī)車減震器和齒輪箱等零部件由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而采用鑄造性能好的壓鑄鋁硅銅合金。隨著壓鑄技術(shù)的不斷進(jìn)步，壓鑄鋁合金將用于汽車制造業(yè)中形狀復(fù)雜、強(qiáng)度和精度要求高的中小型零部件的批量生產(chǎn)。但是壓鑄鋁合金的耐蝕性能差使得生產(chǎn)企業(yè)對(duì)其表面防腐處理非常關(guān)注，壓鑄鋁合金零件在倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)、海上運(yùn)輸及使用過(guò)程中極易發(fā)生腐蝕，影響產(chǎn)品的外觀和服役性。鋁合金的耐腐蝕性能與合金中各種相的電極電位有很大的關(guān)系。一般基體相為陰極相，第二相為陽(yáng)極相，合金具有較高的耐腐蝕性能；若基體相為陽(yáng)極相，第二相為陰極相， 則第二相電極電位越高，數(shù)量越多，合金腐蝕越嚴(yán)重，如壓鑄鋁硅銅合金的鋁硅和鋁銅第二相電位高于基體鋁相，導(dǎo)致其耐腐蝕性能遠(yuǎn)低于純鋁和型材鋁合金，壓鑄鋁硅銅合金中性鹽霧試驗(yàn)30分鐘后就開(kāi)始出現(xiàn)大面積腐蝕，而型材鋁合金耐中性鹽霧時(shí)間為幾十個(gè)小時(shí)。壓鑄鋁合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化處理是一種低成本、操作簡(jiǎn)單且成膜均勻的一種表面防腐處理工藝，德國(guó)漢高和美國(guó)派克等公司在型材鋁合金方面開(kāi)展過(guò)大量研究，這類處理溶液主要由鈦、鋯的金屬鹽、氟化物和有機(jī)添加劑等組成，通過(guò)浸泡、涂覆和噴淋等方式形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行防腐；國(guó)內(nèi)專利如 CN201010285851. 7、CN201110088811. 8、CN200610046292. 8、 CN201110198490. 7等涉及到含鋯化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝，但它們只是對(duì)型材鋁合金表面進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化防腐處理，而對(duì)極易腐蝕的壓鑄鋁合金不適用；溶膠-凝膠、有機(jī)物鈍化膜的研究處于初級(jí)階段，成本高，工藝復(fù)雜，距生產(chǎn)工業(yè)化還需很長(zhǎng)時(shí)間。陽(yáng)極氧化膜具有較高的防腐性能，但陽(yáng)極氧化工藝需要的設(shè)備較復(fù)雜，而且對(duì)工件的幾何形狀及尺寸也有要求，一般處理件為規(guī)則板狀或柱狀的型材鋁合金。壓鑄鋁合金經(jīng)過(guò)六價(jià)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后能夠獲得較高的耐腐蝕性能，但是六價(jià)鉻的存在對(duì)人體和環(huán)境的危害非常大。鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液及工藝，可在壓鑄鋁合金表面獲得厚度均勻、膜層致密和耐腐蝕性良好的保護(hù)膜層，作為壓鑄鋁合金零件裸膜抗腐蝕使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，如六價(jià)鉻對(duì)環(huán)境和人體的危害，有機(jī)硅烷處理成本高速度慢，且目前未針對(duì)壓鑄鋁合金進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝開(kāi)發(fā)等問(wèn)題，而提供一種環(huán)保、低成本、速度快和防腐效果良好的壓鑄鋁合金表面環(huán)保鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液及工藝。一種壓鑄鋁合金表面鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法，技術(shù)方案如下
(1)壓鑄鋁合金零件表面防腐處理工藝首先，對(duì)壓鑄鋁合金零部件噴砂處理，使零件表面獲得平整外觀并具有一定的粗糙度，增加材料表面與化學(xué)轉(zhuǎn)化膜之間的附著力；第二， 除油劑超聲波除去零件表面機(jī)加工時(shí)的油污，除油后用去離子水沖洗零件；第三，酸洗活化，去除表面的氧化膜，為下步化學(xué)轉(zhuǎn)化處理作準(zhǔn)備，酸洗后用去離子水沖洗零件；最后，對(duì)零部件進(jìn)行鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，水洗后烘干。(2)鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液的配置本處理液由A、B兩組分復(fù)合而成，所述的A組分是由鋯鹽、表面活性劑和三價(jià)鉻鹽組成，所述的B組分是由絡(luò)合劑和成膜促進(jìn)劑組成；化學(xué)轉(zhuǎn)化溶液A組分中鋯鹽含量為5-60g/L，表面活性劑為2-10g/L，三價(jià)鉻鹽為5_50g/L，化學(xué)轉(zhuǎn)化溶液B組分中絡(luò)合劑含量為4-20g/L，成膜促進(jìn)劑含量為2-15g/L。(3)壓鑄鋁合金零件化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝將步驟(2)中A組分和B組分溶液以1 1 的比例的配比使用，化學(xué)轉(zhuǎn)化溶液的溫度控制在20-50°C，時(shí)間3-15分鐘，處理液的pH值 1-5 ；然后將經(jīng)過(guò)步驟(1)處理后的壓鑄鋁合金零件進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)處理，其微觀形貌如圖1所
7J\ ο所述步驟(2 )中，A組分中鋯鹽選自氯化鋯、磷酸鋯、氟鋯酸、氟鋯酸鉀中一種或兩種，表面活性劑選自硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉和月桂酸中的一種，三價(jià)鉻鹽為氯化鉻、硝酸鉻、硫酸鉻和硫酸鉻鉀的一種或兩種；B組分中絡(luò)合劑選六偏磷酸鈉、二乙醇胺、六氰合鐵酸鉀、單寧酸和葡萄糖酸鈉中一種或多種，成膜促進(jìn)劑選醋酸、次氯酸、ATMP、磷酸、高錳酸鉀中一種或兩種。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明針對(duì)硅、銅元素含量較高的壓鑄鋁合金，采用鋯鹽轉(zhuǎn)化處理，目前對(duì)硅、銅元素含量較高的壓鑄鋁合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的研究較少，本發(fā)明的所采用的轉(zhuǎn)化液環(huán)保且膜層不含有破壞生態(tài)環(huán)境的成分。(2)鋯鹽轉(zhuǎn)化膜均勻，微觀形貌如圖1-3所示，厚度如圖4所示為0.5-1 μπι左右。 通過(guò)對(duì)膜層進(jìn)行光電子能譜分析得出鋯鹽轉(zhuǎn)化膜層主要由AlO(OH)、ZrO2 · H2O, Cr(OH)3^ Zr (HPO4) 2和KH2PO4等化合物組成，如圖5。(3)壓鑄鋁合金經(jīng)過(guò)本發(fā)明鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝后，其抗鹽霧性能有很大的改善，其與未處理的壓鑄鋁合金相比，耐蝕性能提高了 40倍。


圖1化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后表面膜層形貌的掃面電鏡示意圖。圖2化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后表面膜層形貌的金相照片示意圖。圖3化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后表面膜層形貌的3D形貌示意圖。圖4膜層厚度測(cè)量示意圖。
圖5鋯鹽轉(zhuǎn)化膜化學(xué)組成XPS分析(a)全譜圖，(b) Zr 3d，(c) P 2p，(d) 0 Is, (e)P 2p, (f)Al 2p。
具體實(shí)施例方式為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1
配置化學(xué)轉(zhuǎn)化液組分A 氯化鋯20g/L，表面活性劑硬脂酸2g/L，三價(jià)鉻鹽氯化鉻25g/ L ；組分B 絡(luò)合劑六偏磷酸鈉10 g/L，成膜促進(jìn)劑醋酸10g/L ；使用時(shí)，將A和B兩組分溶液以1:1的體積比配置，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的壓鑄鋁合金零件浸泡在化學(xué)轉(zhuǎn)化液中，在50°C下轉(zhuǎn)化處理15分鐘，然后去離子水清洗零件，最后烘干。測(cè)試壓鑄鋁合金零件所得化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐中性鹽霧時(shí)間為3小時(shí)。實(shí)施例2:
配置化學(xué)轉(zhuǎn)化液組分A 磷酸鋯10g/L，表面活性劑硬脂酸2g/L，三價(jià)鉻鹽硝酸鉻30g/ L ；組分B 絡(luò)合劑二乙醇胺4g/L，成膜促進(jìn)劑次氯酸10g/L ；使用時(shí)，將A和B兩組分溶液以1:1的體積比配置，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的壓鑄鋁合金零件浸泡在化學(xué)轉(zhuǎn)化液中，在40°C下轉(zhuǎn)化處理6分鐘，然后去離子水清洗零件，最后烘干。測(cè)試壓鑄鋁合金零件所得鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐中性鹽霧時(shí)間為5小時(shí)。實(shí)施例3 配置化學(xué)轉(zhuǎn)化液組分A 氟鋯酸15g/L，表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉 3g/L，三價(jià)鉻鹽硫酸鉻50g/L ；組分B 絡(luò)合劑六氰合鐵酸鉀5g/L，成膜促進(jìn)劑ATMP5g/L ；使用時(shí)，將A和B兩組分溶液以1 1的體積比配置，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的壓鑄鋁合金零件浸泡在化學(xué)轉(zhuǎn)化液中，在20°C下轉(zhuǎn)化處理20分鐘，然后去離子水清洗零件，最后烘干。測(cè)試壓鑄鋁合金零件所得鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐中性鹽霧時(shí)間為10小時(shí)。實(shí)施例4 配置化學(xué)轉(zhuǎn)化液組分A 氟鋯酸鉀20g/L，表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉 5g/L，三價(jià)鉻鹽硫酸鉻鉀40g/L ；組分B 絡(luò)合劑單寧酸6g/L，成膜促進(jìn)劑磷酸8g/L ；使用時(shí)，將A和B兩組分溶液以1:1的體積比配置，將經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的壓鑄鋁合金放入化學(xué)轉(zhuǎn)化液中，在30°C下轉(zhuǎn)化處理7分鐘，然后去離子水清洗零件，最后烘干。測(cè)試壓鑄鋁合金零件所得化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的耐中性鹽霧時(shí)間為15小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種壓鑄鋁合金表面鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，包括如下內(nèi)容(1)壓鑄鋁合金零件表面防腐處理工藝首先，對(duì)壓鑄鋁合金零部件噴砂處理，使零件表面獲得平整外觀并具有一定的粗糙度，增加材料表面與化學(xué)轉(zhuǎn)化膜之間的附著力；第二， 除油劑超聲波除去零件表面機(jī)加工時(shí)的油污，除油后用去離子水沖洗零件；第三，酸洗活化，去除表面的氧化膜，為下步化學(xué)轉(zhuǎn)化處理作準(zhǔn)備，酸洗后用去離子水沖洗零件；最后，對(duì)零部件進(jìn)行鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，水洗后烘干；(2)鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液的配置本處理液由A、B兩組分復(fù)合而成，所述的A組分是由鋯鹽、表面活性劑和三價(jià)鉻鹽組成，所述的B組分是由絡(luò)合劑和成膜促進(jìn)劑組成；化學(xué)轉(zhuǎn)化溶液A組分中鋯鹽含量為5-60g/L，表面活性劑為2-10g/L，三價(jià)鉻鹽為5_50g/L，化學(xué)轉(zhuǎn)化溶液B組分中絡(luò)合劑含量為4-20g/L，成膜促進(jìn)劑含量為3-30g/L ；(3)壓鑄鋁合金零件化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝將步驟(2)中A組分和B組分溶液以1:1的比例的配比作為化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液使用，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理液的溫度控制在20°C -80°C，時(shí)間3-15 分鐘，處理液的PH值1-5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓鑄鋁合金表面鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，A 組分中鋯鹽選自氯化鋯、磷酸鋯、氟鋯酸、氟鋯酸鉀中一種或兩種，表面活性劑選自硬脂酸、 十二烷基苯磺酸鈉和月桂酸中的一種，三價(jià)鉻鹽為氯化鉻、硝酸鉻、硫酸鉻和硫酸鉻鉀的一種或兩種；B組分中絡(luò)合劑選六偏磷酸鈉、二乙醇胺、六氰合鐵酸鉀、單寧酸和葡萄糖酸鈉中一種或多種，成膜促進(jìn)劑選醋酸、次氯酸、ATMP、磷酸、高錳酸鉀中一種或兩種。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種壓鑄鋁合金表面化學(xué)轉(zhuǎn)化液及處理方法。處理液由A、B兩組分復(fù)合而成，A組分是由鋯鹽、表面活性劑和三價(jià)鉻鹽組成，B組分是由絡(luò)合劑和成膜促進(jìn)劑組成；A組分中鋯鹽含量為5-60g/L，表面活性劑為2-10g/L，三價(jià)鉻鹽為5-50g/L，B組分中絡(luò)合劑含量為4-20g/L，成膜促進(jìn)劑含量為2-15g/L；工藝包括壓鑄鋁合金表面預(yù)處理和鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理。該化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層以鋯的磷酸化合物和少量的三價(jià)鉻化合物為膜層組成之一，膜層為均勻淡藍(lán)色且厚度大約0.5-1μm。該方法制備的鋯鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層耐蝕性能優(yōu)異，該膜與基體結(jié)合強(qiáng)度高，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后的產(chǎn)品及廢水、廢液中不含有對(duì)環(huán)境和人體健康有害的六價(jià)鉻。
文檔編號(hào)C23C22/07GK102534592SQ201210005820
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者龐曉露, 朱政, 王化平, 陶保健, 高克瑋 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)