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鋁合金型材噴涂前酸蝕脫脂工藝

來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理  作者:*  日期:2008-10-22  頁面功能 【字體: 】【打印】【投稿】【評論

    噴涂鋁合金型材具有優(yōu)良的耐蝕性和耐候性,堅固耐用,外觀裝飾好,生產(chǎn)工藝比陽極氧化簡單,環(huán)保安全等特點,在建筑、裝潢、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)得到廣泛應(yīng)用。鋁合金型材在噴涂前處理中必須進(jìn)行化學(xué)清洗和浸蝕,清除其表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰塵等污染物,使鋁合金基體裸露出來,形成均勻的活化表面,這是保證鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜質(zhì)量和噴涂質(zhì)量的關(guān)鍵。本文研究的酸蝕脫脂工藝將傳統(tǒng)工藝的脫脂、堿蝕、除污出光三道工序合為一道工序,降低成本和節(jié)省能源,經(jīng)處理后的鋁合金表面平滑光潔,保持鋁合金原有的光澤,鋁材溶解損耗量和槽液沉淀少,與鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理配套性能好,特別適用于鋁合金型材噴涂前的表面處理


  一、鋁合金型材噴涂前處理工藝


  工藝流程:工件裝掛→酸蝕脫脂→水洗→水洗→鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理→水洗→純水洗→瀝水→烘干→噴涂→固化。


  鋁型材噴涂前處理生產(chǎn)線分為全自動噴淋立式線和間歇式全浸漬臥式線兩種。立式線適用于批量大、形狀簡單的工件,生產(chǎn)效率高,處理質(zhì)量穩(wěn)定,缺點是設(shè)備復(fù)雜、投資大;臥式線適宜處理形狀復(fù)雜的工件,投資少,應(yīng)用廣,缺點是處理速度較慢、生產(chǎn)效率低。


  酸蝕脫脂工藝配方和參數(shù):硫酸(97%),30g/L-50 g/L; 氟化氫銨,3 g/L-8 g/L;檸檬酸,2 g/L-4 g/L;硝酸鈉,1 g/L-3 g/L;硫酸鐵,0.5 g/L-1.5 g/L;二丙二醇,1 g/L-2 g/L;脫脂劑,0.1 g/L-0.5 g/L;溫度,5℃-40℃;時間,3min-5min浸漬,1min-3min噴淋;噴淋壓力,0.1MPa-0.2MPa。


  二、成分和工藝參數(shù)的影響


  1.硫酸


  稀硫酸是一種非氧化性的無機(jī)酸,對鋁合金型材有輕微的化學(xué)浸蝕作用,使用成本較低,酸霧揮發(fā)性少。硫酸能溶解、剝離鋁及鋁合金表面形成的自然氧化膜;裸露的鋁合金基體與硫酸發(fā)生反應(yīng),起到活化鋁表面的作用。當(dāng)槽液中硫酸濃度低于30%時,鋁的化學(xué)溶解速度隨硫酸濃度的增加而緩慢地增加,鋁材溶解損耗量少;當(dāng)槽液中硫酸濃度超過30%以后,鋁的腐蝕速度迅速加快,易產(chǎn)生過腐蝕,光亮度下降。一般來說,槽液中硫酸濃度不宜超過15%。


  2.氟化氫銨


  氟離子在酸蝕脫脂液中作脫除氧化膜的加速劑,能加速溶解鋁表面的氧化膜,消除或減少擠壓模痕和其他缺陷,使鋁型材表面平整光潔、均勻一致。氟是一種體積小、電負(fù)性較強(qiáng)的鹵族元素,對鋁能起強(qiáng)烈的氧化作用,與雜質(zhì)有一定的絡(luò)合能力,能溶解鋁合金表面的錳、銅、硅等合金元素和雜質(zhì),抑制和除去鋁材上的黑色掛灰,獲得較光亮的金屬表面。氟化氫銨的化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)于氫氟酸的,對人體皮膚的傷害作用小于氫氟酸的,因此,采用氟化氫銨取代氫氟酸為溶液提供氟離子,在生產(chǎn)中使用比較安全,還可以減輕氟離子對不銹鋼設(shè)備的腐蝕。脫除氧化膜的腐蝕速度隨氟化氫銨濃度的增加而增長,氟化氫銨含量不宜過高,否則反應(yīng)劇烈易造成過腐蝕,降低鋁表面光澤,不利于后續(xù)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理。


  3.檸檬酸


  檸檬酸在酸蝕脫脂液中主要起緩蝕作用,能有效地抑制鋁在酸性介質(zhì)中的腐蝕。檸檬酸是三元有機(jī)酸,能在鋁基體表面進(jìn)行物理和化學(xué)吸附,改變金屬/溶液界面的雙電層結(jié)構(gòu),增加金屬離子化過程的活化能,從而使腐蝕速度減慢,降低鋁材的損耗量,避免發(fā)生過腐蝕。檸檬酸是金屬離子的絡(luò)合劑,能與從酸蝕液中溶解下來的鋁、鎂、鐵等離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,減少槽液中鋁離子的含量,掩蔽槽液中雜質(zhì)的干擾,使溶液穩(wěn)定,減少沉淀,從而延長酸蝕脫脂液的使用壽命。檸檬酸的加入,對減少鋁損耗、降低化工材料消耗、減少槽液沉渣、改善操作條件均有一定的作用。


   4.硝酸鈉


  硝酸鈉是酸蝕脫脂液中的氧化劑,對鋁合金具有良好的光亮和整平效果。硝酸鈉的作用是使鋁材表面發(fā)生氧化反應(yīng),形成的氧化鋁鈍化膜遏制了鋁表面凹陷處的酸性擇優(yōu)浸蝕,使鋁型材的腐蝕面平整、光潔。


  5.硫酸鐵


  三價鐵離子能加速對鋁型材表面進(jìn)行腐蝕和脫除氧化膜,F(xiàn)e3+可以在鋁材表面發(fā)生置換反應(yīng),形成微電池,使鋁表面產(chǎn)生微量氫氣,將油污帶出鋁表面,反應(yīng)過程AL+ Fe3++2H+→AL3++Fe2++H2↑。槽液中的氧化劑能將上述反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+重新氧化成Fe3+,減少Fe2+的積累,使槽液穩(wěn)定,因此Fe3+在反應(yīng)過程中自身不消耗,主要起促進(jìn)作用,可提高鋁材的除污速度和光潔度。


  6.二丙二醇


  在酸蝕脫脂液中加入二丙二醇等易溶于水、微毒類的有機(jī)低分子增溶劑,能大大降低溶液的表面張力,顯著改善酸蝕脫脂液的清洗能力和溶液穩(wěn)定性。油脂的分子結(jié)構(gòu)中有較長的烴基,與有機(jī)溶劑的結(jié)構(gòu)相似,可以互相溶解,因此,利用有機(jī)溶劑對油脂具有很強(qiáng)的溶解能力的特點,可以提高酸蝕脫脂液的脫脂效果。


  7.脫脂劑


  鋁材表面上的油脂通常可分為礦物油脂和動植物油脂兩大類型,表面活性劑對上述油脂有良好的潤濕、乳化能力,在酸蝕脫脂過程中,表面活性劑吸附在油與溶液的界面上,其親水基因指向溶液,親油基因指向油污,定向地排列,使油和溶液的界面張力大大降低,油脂在金屬表面的附著力減弱,在酸腐蝕金屬產(chǎn)生氫氣的機(jī)械剝離作用下,油污松動,容易分散成極小的油珠脫離金屬表面懸浮于溶液中,表面活性劑的增溶作用可防止脫下來的油污再粘附到鋁材表面。常溫下提高除油效率的關(guān)鍵是表面活性劑的選擇和配比優(yōu)化,應(yīng)根據(jù)表面活性劑的表面張力、濁點、臨界膠束濃度以及親憎平衡值(HLB值),選擇多種對油污吸附性、潤濕性和分散性好,滲透力和乳化力特別強(qiáng),泡沫少,生物降解性好,在酸性溶液中性能穩(wěn)定的陰離子型和非離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配,復(fù)配時要將HLB值調(diào)整至12-16,以適合溶液清洗的范圍。復(fù)配后兩者的協(xié)同效應(yīng)可以達(dá)到互相補(bǔ)償及增效之目的,使溶液的表面張力和臨界膠束濃度下降,濁點升高,表面活性增加,潤濕性能和凈洗作用都得到明顯的改善。在采用噴淋方式進(jìn)行酸蝕脫脂時,由于機(jī)械力的作用會產(chǎn)生大量泡沫,使溶液以泡沫的形式大量從槽中溢出,因此,應(yīng)加入適量的消泡劑抑制泡沫的產(chǎn)生。試驗表明,選擇磺酸鹽類陰離子型表面活性劑和烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚類非離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配,可以獲得良好的除油效果。


  8.溫度


  試驗結(jié)果表明,除油脫除氧化膜的速度隨溫度升高而加快,溫度的升高可以降低油污黏度和界面張力,提高酸液對鋁材的浸蝕能力,增強(qiáng)表面活性劑與油污的乳化作用。溫度低于5℃時,除油脫除氧化膜的速度減慢,影響生產(chǎn)進(jìn)度;溫度高于40℃時,酸蝕脫脂液組分易揮發(fā),產(chǎn)生酸霧,酸液損耗增大,能耗增加,鋁材易產(chǎn)生過腐蝕和黑色掛灰。因此,酸蝕脫脂液的使用溫度應(yīng)控制在5℃-40℃范圍內(nèi)。


  9.時間


  處理時間過短,工件表面的油污、自然氧化膜沒有完全除凈,會阻礙鉻酸鹽轉(zhuǎn)化成膜反應(yīng)的正常進(jìn)行;處理時間過長,會使鋁的損耗量增加,工件表面粗糙,光澤度下降,生產(chǎn)效率降低。處理時間與鋁材成分、表面油污的多少、自然氧化膜的厚度、處理溫度和方式等密切相關(guān),一般取1min-5min,以油污、自然氧化膜完全清除干凈為原則來確定該工件的最佳酸蝕脫脂時間。


  三、酸蝕脫脂工藝的應(yīng)用


  1.槽液配制


  先在槽中加入1/2體積的自來水,在攪拌下緩慢加入計算量的濃硫酸,冷卻至40℃左右;再依次加入計算量的氟化氫銨、檸檬酸等其他化學(xué)藥品,攪拌至完全溶解;然后加水至規(guī)定體積,攪拌均勻,測定酸度后即可投入使用。


  2.槽液管理


  隨著鋁合金型材處理量的不斷增加,酸蝕脫脂液在使用過程中不斷被消耗、帶出,酸度和脫脂效果降低,各種有效成分逐漸下降,因此,應(yīng)定時定期分析槽液,及時補(bǔ)加硫酸、氟化氫銨和其他化學(xué)藥品,使槽液各工藝參數(shù)保持在規(guī)定范圍內(nèi)。工件表面的油污被置換、分散、凝集后懸浮于酸蝕脫脂液表面,需經(jīng)常把液面上的油污溢流掉,以防止工件出槽時二次沾上油污。長期使用后,當(dāng)槽液中鋁離子積累過高時,應(yīng)部分或全部更換槽液。


  3.質(zhì)量檢驗


  目視檢查,經(jīng)酸蝕脫脂液處理后鋁合金型材表面露出金屬本色,平整光亮,油污和自然氧化膜全部除凈,水洗后水膜連續(xù)、完整,表面完全潤濕,不掛水珠,無黑色掛灰和過腐蝕現(xiàn)象。


  四、結(jié)論


  1.酸蝕脫脂工藝將脫脂、堿蝕、除污出光等工序一次性完成,與分槽處理工藝相比,簡化工序,減少占地面積和設(shè)備投資,節(jié)約化工原料和清洗用水。

  2.常溫使用,槽液不需要加熱,節(jié)省能源,無酸霧揮發(fā),不污染工作環(huán)境,能抑制酸性物質(zhì)對不銹鋼設(shè)備和廠房的侵蝕,延長清洗設(shè)備和廠房的使用壽命。

  3.清除油污能力強(qiáng),脫除氧化膜速度快,緩蝕效率高,鋁材溶解損耗量少,無過腐蝕和黑色掛灰現(xiàn)象。工件處理后呈銀白色,光潔發(fā)亮,表面質(zhì)量好。

  4.溶液性能穩(wěn)定,沉淀物少,管理維護(hù)方便,槽液可連續(xù)循環(huán)使用期長,每槽可用1年以上。
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