一種長(zhǎng)壽命鋁及其合金除油活化溶液及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種長(zhǎng)壽命鋁及其合金除油活化溶 液及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金零件在進(jìn)行表面的電化學(xué)氧化前，要除油活化，其目的：1)去除鋁合金零件 表面的油污、加工過(guò)程殘留的水基切削液、表面形成的自然氧化膜，活化金屬表面以利于具 有防護(hù)功能的電化學(xué)氧化膜的生成;2)堿對(duì)鋁合金有很強(qiáng)的腐蝕性，因此堿液的除油活化 工序也可以不同程度的減少或消除鋁件加工過(guò)程中留下的模具痕跡或加工刀痕，獲得平整 光潔的表面;3)要在鋁合金零件上獲得良好的電化學(xué)氧化膜層和均勻的色澤，首先應(yīng)獲得 均勻的氧化膜阻擋層，只有除油活化后的表面均勻平整了，才能獲得均勻的阻擋層，特別是 對(duì)于氧化后要進(jìn)行著色的鋁合金零件，良好的除油活化效果是色澤均勻一致的前提條件。
[0003] 然而以前的除油活化溶液是由25~45g/L工業(yè)級(jí)氫氧化鈉與自來(lái)水配置而成，存 在以下缺點(diǎn)：1)由于槽液成分單一，不具備整平能力。對(duì)零件表面的加工刀痕、磕碰傷不能 起到修復(fù)作用，經(jīng)除油活化后不能減輕或淡化這些缺陷。2)當(dāng)槽液中腐蝕產(chǎn)物ΑΓ 3含量累計(jì) 達(dá)到30g/L時(shí)，溶液中即形成白色沉淀A1(0H)3沉淀，沉淀一旦形成，將在零件表面結(jié)垢，槽 液迅速失效、報(bào)廢。除油活化在正常(8h/日）生產(chǎn)情況下槽液每半個(gè)月就要更換一次。槽液 更換需要停產(chǎn)24h以上。更換時(shí)，沉淀物頑固的附著在槽壁和加熱管上，清理十分困難，也影 響熱效率。3)更換一次槽液，更換時(shí)槽液要全部排放，排放過(guò)程中還要消耗大量的酸來(lái)中 和，才能使排放的除油活化槽液符合環(huán)保要求，增加成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為減少和消除鋁合金零件表面的各種劃痕、刀痕、模具痕跡，修正和美化鋁 合金表面的完整性，需要通過(guò)添加具有整平效果的含硫化合物，來(lái)改善零件表面光潔、整平 效果。為了不影響生產(chǎn)進(jìn)度，減少槽液更換和清理沉淀次數(shù)，以提高生產(chǎn)效率。為控制沉淀 的形成需添加對(duì)ΑΓ 3具有絡(luò)合作用的物質(zhì)，延長(zhǎng)槽液使用壽命。
[0005] 本發(fā)明提出一種長(zhǎng)壽命鋁及其合金除油活化溶液，其各組分及各組分濃度為:氫 氧化鈉25~70g/L，添加劑5~8g/L，余量為水;所述溶液中氫氧化鈉的積累量為140g/L;達(dá) 到動(dòng)態(tài)平衡；
[0006] 所述添加劑中各組分及其濃度為：
[0007] 1，2,5,6已四醇（山梨糖醇）：250~282g/L或葡萄糖酸鈉 280~320g/L;
[0008] 乙二胺四乙酸二鈉(EDTA) 3.5 ~4.5g/L;
[0009] 硫代硫酸鈉 4~15g/L;
[0010] 六偏磷酸鈉 3.5~5.5g/L;
[0011] 焦磷酸鈉 1.5~3g/L;
[0012] 壬基酚聚氧乙烯醚（0P-10乳化劑） 1.5~3g/L
[0013] 脂肪醇聚氧乙烯醚0~20 (平平加20) 1.5~3g/L;
[0014] 順丁烯二酸二仲辛酯磺酸鈉（滲透劑T) 1.5~3g/L;
[0015] 2-萘磺酸甲醛聚合物鈉鹽（分散劑NNO) 0.5~1.5g/L，
[0016] 氫氧化鈉 25g/L。
[0017] 一種長(zhǎng)壽命鋁及其合金除油活化溶液的應(yīng)用，按照以下步驟進(jìn)行:在原有氫氧化 鈉溶液中，添加本發(fā)明所涉及的添加劑5~8g/L，工作溫度為15~60°C，鋁合金零件在其中 活化時(shí)間1~5分鐘；出槽后，零件要在熱水中漂洗1~2min;再在流動(dòng)的冷水中清洗;之后可 按正常工藝進(jìn)行后續(xù)的陽(yáng)極氧化或其他的涂覆加工。
[0018] 本發(fā)明添加劑中各種成分的主要作用如下：
[0019] 1)1，2,5,6已四醇(0山梨糖醇或山梨醇），或葡萄糖酸鈉:為鋁離子的主絡(luò)合劑:其 化學(xué)式為C6H14〇6,工業(yè)上均稱之為山梨醇，為了避免槽液中因鋁離子富集而生成難容的A1 (〇H)3沉淀，延長(zhǎng)槽液的使用壽命，提高生產(chǎn)效率。在除油活化槽添加劑的山梨醇或葡萄糖 酸鈉，因具有多羥基結(jié)構(gòu)，對(duì)鋁離子具有極強(qiáng)絡(luò)合能力，具有抑垢的作用?？梢杂行Ыj(luò)合槽 液中生產(chǎn)的鋁離子，形成絡(luò)合物，溶解在除油活化溶液中。槽液中鋁元素含量從〇g/L可以一 直富集到140g/L以下，溶液都不產(chǎn)生沉淀，也不在零件表面附著結(jié)垢。只是溶液的粘度有所 增加。由于除油清洗過(guò)程中零件出槽會(huì)有溶液的帶出，當(dāng)鋁元素含量富集到（100~120)g/L 時(shí)，鋁合金零件在除油活化過(guò)程中溶解在槽中的ΑΓ3和出槽時(shí)帶出溶液中鋁離子的量相當(dāng)， 這時(shí)槽液中ΑΓ 3有效總量不再增加，長(zhǎng)期處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，這樣可以一直維持槽液不 產(chǎn)生ai(oh)3白色沉淀。
[0020] 2)乙二胺四乙酸二鈉(EDTA):它的主要作用是絡(luò)合活化槽液中，來(lái)自水和鋁件溶 解下來(lái)的重金屬離子，EDTA能將大多數(shù)重金屬離子絡(luò)合形成可容的絡(luò)合物，避免在堿性溶 液中形成重金屬難溶鹽沉淀物，影響槽液清理。
[0021] 3)硫代硫酸鈉:添加光亮調(diào)節(jié)劑，整平和控制零件亮度。硫代硫酸鈉分子結(jié)構(gòu)中具 有活性的S原子，因其最外層有3個(gè)孤電子對(duì)，附近的電子云密度較大，因此在水溶液中，含 有這種結(jié)構(gòu)的硫化物會(huì)吸附在零件表面凹坑、刀痕處，阻止了堿溶液對(duì)基體的進(jìn)一步腐蝕， 而凸點(diǎn)則因沒(méi)有硫化物的電化學(xué)吸附保護(hù)而繼續(xù)被腐蝕，從而起到整平零件表面的作用。 表面越整平，入射光就不會(huì)亂反射，因此零件表面就會(huì)更加光亮。有目的實(shí)現(xiàn)光亮程度的過(guò) 度與控制。"亞光"鋁合金零件的表面，陽(yáng)極氧化后的顏色光澤與不銹鋼類(lèi)似。因此工業(yè)上也 稱為"仿不銹鋼"色。通常情況下，硫代硫酸鈉的含量越低，鋁合金活化后表面越亮，但是整 平效果一般;除油活化時(shí)間越短，表面越光亮。而除油活化處理時(shí)間長(zhǎng)，則可以達(dá)到亞光效 果。當(dāng)硫代硫酸鈉的含量達(dá)到或超過(guò)8g/L后，鋁合金除油活化后表面失去光澤，出現(xiàn)亞光狀 態(tài)，同時(shí)擠壓或車(chē)加工的痕跡也幾乎消失。同時(shí)根據(jù)客戶對(duì)零件外觀光亮程度要求調(diào)整光 亮度。
[0022] 4)六偏磷酸鈉:作為軟水劑起到軟化水質(zhì)，降低自來(lái)水硬度的作用。能除砷、重金 屬等凈化水質(zhì)。
[0023] 工業(yè)上還用于制造水處理劑，緩蝕劑，金屬表面處理劑。
[0024] 5)焦磷酸鈉：因能與鐵形成絡(luò)合物，避免富集的鐵元素在活化液中沉淀。也具有軟 水劑的功能。
[0025] 工業(yè)上也用作漂白劑、化工助劑、除銹劑。
[0026] 6)壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10乳化劑）：非離子的表面活性劑，其化學(xué)式為CsHu-C6H4-0-(CH 2CH20)1QH，在本添加劑中的作用是乳化和提高清洗效果。
[0027] 因其有優(yōu)良的勻染、乳化、潤(rùn)濕、擴(kuò)散，抗靜電性等特性，工業(yè)也用于涂料，電鍍，醫(yī) 藥，化工，金屬清洗等行業(yè)，可乳化基礎(chǔ)油。
[0028] 7)脂肪醇聚氧乙烯醚0~20(平平加20):非離子表面活性劑，其化學(xué)式為C12H 250 · (C2H4〇)n，或C58H118〇24，降低鋁合金零件油污表面張力，提高清洗效果。
[0029] 工業(yè)上亦可廣泛用于乳化、潤(rùn)濕、助染、擴(kuò)散、金屬洗滌和家用洗滌劑等。有優(yōu)良的 生物降解性和低溫性能。
[0030] 8)順丁烯二酸二仲辛酯磺酸鈉(滲透劑T)稱為琥珀酸二辛酯磺酸鈉為陰離子型表 面活性劑，在本添加劑中其為消泡劑，因能降低液體表面張力，在堿性水溶液中具有較好的 潤(rùn)濕性。可有效消除部分表面活性劑引起的泡沫，利于清洗。以防止和避免槽液在生產(chǎn)過(guò)程 中因產(chǎn)生泡沫過(guò)多，影響生產(chǎn)清洗和對(duì)零件表面的觀察控制效果。
[0031] 滲透劑T在硬水中穩(wěn)定。工業(yè)上也被用作香波、清潔劑、牙膏等的乳化劑。在某些條 件下，它也具有優(yōu)良的發(fā)泡性、潤(rùn)濕性和洗滌性。
[0032] 9) 2-萘磺酸甲醛聚合物鈉鹽(分散劑ΝΝ0)分散作用，使除油活化液中富集的有害 成分能均勻地分散在溶液中，消除濃差，不沉淀、不結(jié)垢、補(bǔ)附著。
[0033] 工業(yè)上用于紡織印染、液態(tài)農(nóng)藥、造紙、電鍍添加劑、水溶性涂料、顏料、水處理劑 等的分散劑等。
[0034] 10)氫氧化鈉:主要是給予添加劑在配制、貯存、運(yùn)輸過(guò)程中，提供一種堿性環(huán)境， 抑制其分解和轉(zhuǎn)化，確保各組份化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定。
[0035]本發(fā)明堿除油活化作用機(jī)理如下：
[0036] 鋁合金零件在進(jìn)行表面處理時(shí)，要經(jīng)過(guò)酸脫脂、水洗后進(jìn)入除油活化堿槽。鋁是活 潑金屬，在空氣中表面可被氧化生成氧化鋁;鋁也是兩性金屬，其金屬及其氧化物既可以溶 于酸，也可以溶于堿。鋁合金零件進(jìn)入堿槽后，首先是鋁合金表面疏松的自然氧化膜被堿溶 液溶解，發(fā)生如下反應(yīng)：
[0037] Al2〇3+2NaOH=2Na A1 O2+H2O ①
[0038] 此反應(yīng)很快在除油活化槽中完成，由于這一過(guò)程沒(méi)有氣體產(chǎn)生，所以，反應(yīng)過(guò)程沒(méi) 有明顯的現(xiàn)象。自然氧化膜完全去除以后，反應(yīng)開(kāi)始變得劇烈，有大量起泡產(chǎn)生，現(xiàn)象明顯。 裸露的金屬基體A1與堿發(fā)生了如下的反應(yīng)：
[0039] Al+2Na0H+H20 = Na A1 O2+H2T ②
[0040] 這一反應(yīng)去除或減少了擠壓、加工過(guò)程產(chǎn)生的疵點(diǎn)，起到了活化表面的作用。對(duì)加 工過(guò)程產(chǎn)生輕微瑕疵或表面光潔度較好的零件基體溶解的越少越好，一方面減少鋁合金材 料的消耗，避免因產(chǎn)生過(guò)腐蝕而影響外觀；另一方面，因反應(yīng)屬于放熱過(guò)程，大量氫氣的逸 出形成了堿霧，污染環(huán)境。這一反應(yīng)原則盡量要短，因?yàn)楫?dāng)溶液中NaA10 2積累到一定程度時(shí) 就會(huì)產(chǎn)生水解，生產(chǎn)白色的氫氧化鋁沉淀。發(fā)生的反應(yīng)如下：
[0041 ] Na A1 〇2+2H20=Al(OH)3|+Na 0H ③
[0042]在沒(méi)有添加劑的腐蝕活化槽中，當(dāng)鋁離子累計(jì)到30g/L，反應(yīng)③很快發(fā)生，產(chǎn)生大 量的氫氧化鋁白色沉淀。這些沉淀聚集在槽壁、槽底和加熱管上，清理十分困難。從反應(yīng)③ 中可以看出，應(yīng)保證NaA102不水解。解決了原槽液成分單一，不具備整平能力的問(wèn)題。
[0043]鋁合金在進(jìn)行陽(yáng)極氧化或表面涂覆之前，原有工藝是在25~45g/L氫氧化鈉水溶 液中進(jìn)行除油，現(xiàn)在改用本發(fā)明所涉及的除油活化溶液。就是在原有氫氧化鈉溶液中，添加 本發(fā)明所涉及的添加劑5~8g/L，工作溫度為15~60°C，鋁合金零件在其中活化時(shí)間1~5分 鐘。出槽后，