[发明专利]一种有机无机复合铝合金无铬钝化处理液

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及金属材料表面处理问题，尤其涉及一种提高铝合金表面耐蚀性能并且不含六价铬的钝化处理液。

背景技术

众所周知，传统的铝合金表面防护处理工艺主要是铬酸盐钝化，该钝化工艺简单、成本低、抗蚀性能好，但铬酸盐钝化液含六价铬，毒性大，环境污染严重，镀件在生产和回收过程中易对人体健康产生危害。随着欧盟RoHS环保指令的实施，所有在欧盟市场上出售的电子电气设备必须禁止使用铅、水银、镉、六价铬等重金属，与此同时国内相应的环保措施也逐步严格，因此研究开发经济、环保、高效并可适用于大规模工业生产的无铬钝化处理技术来代替现行的铬酸盐钝化处理技术，具有十分重要的科学意义和实用价值。

近几年，有使用前景且效果较好的无铬钝化液主要是锆钛系、钼酸盐、稀土铈盐、三价铬和有机硅烷体系。锆钛系是研究较早，比较可靠，应用较广的无铬处理液。钝化液主要是钛锆的酸或盐、氟化物、磷酸或加入有机聚合物，如聚丙烯酸或脂，聚乙烯醇，聚乙烯吡洛烷酮等。这种工艺可以在铝合金表面形成一层耐蚀的钝化膜。其防腐蚀能力同铬酸盐接近，已在市场上广泛使用，但存在氟化物等同样污染环境的物质。钼与铬同族，且钼酸盐低毒，在替代铬酸盐处理方面具有一定的优势。钝化液中含钼酸或钼酸盐，与其它无机酸或盐配合使用，如磷酸或盐、高锰酸或盐等，钝化膜的耐蚀性能较好。铈盐钝化膜中含铈的氧化物和氢氧化物，具有很好的耐蚀性，并接近低铬酸盐钝化膜。但是存在处理时间长，处理温度高，较为复杂等缺点，距实际生产还有一定的距离。三价铬的毒性只有六价铬的1wt％左右，钝化液以三价铬盐为主。三价铬膜层均匀、附着性好，其耐蚀性能接近低铬酸盐钝化膜。但以三价铬为主体的钝化液，最终还存在着含铬的问题，不能从根本上解决铬的危害，其使用正逐渐退出市场。有机硅烷是利用Si-O-Al化学键和Si-O-Si网络结构对铝合金起到封闭作用，阻挡和隔离侵蚀性介质，耐蚀性较好，但存在水解稳定性差、与有机涂层结合性差等问题。

分析传统的铬酸盐钝化机制不难发现，铬酸盐钝化液通常是由六价铬化合物、三价铬化合物、导电盐、络合剂等组成。在钝化膜形成的过程中发生锌的溶解、铬酸根还原以及三价铬凝胶的析出，这些反应形成了钝化膜的骨架，随后铬酸盐以碱式盐的形式吸附于凝胶上形成面层，至此生成了完整的六价铬钝化层。当钝化层因外力而刮伤后，在潮湿的空气中六价铬化合物溶于水并与露出的锌层起反应，即再次进行钝化处理，从而使钝化膜得到修复，铬酸盐的上述作用亦被称作六价铬钝化的“自愈”。概括的讲，铬酸盐的钝化机制为：三价铬形成钝化膜的骨架材料，六价铬产生钝化膜的“自愈”功能。基于目前的研究现状，借鉴铬酸盐的钝化机制，采用有机成膜剂与无机添加剂组成复合钝化体系，有机成膜剂作为骨架材料发挥作用，无机添加剂在成膜过程中不参加反应，或部分未参加反应，而是包裹在有机膜中，在有机膜发生破损时，无机添加剂通过破损处潮湿的液膜产生二次钝化效应，产生类似六价铬的“自愈”功能。申请号为200820115662.8的发明利用有机无机复合钝化技术，采用水性聚氨酯等有机成分作为主要成膜剂，添加高锰酸盐为辅助成膜剂和腐蚀抑制剂，使得钝化膜的耐蚀性能得到了明显提高。但高锰酸钾有很多缺点：首先，其结晶物及高浓度溶液因其很强的腐蚀性不可直接与皮肤接触；其次，当用于水的净化时，虽其杀菌力极强，但极易为有机物所减弱，因此耐蚀性能持久性稍短。

发明内容

本发明的目的在于克服传统铬酸盐钝化的污染性，以及锰酸盐钝化的局限性，提供一种作用于铝合金表面后，使成膜具有“自愈”功能，从而获得耐蚀性能优良的钝化膜。

一种有机无机复合铝合金无铬钝化处理液，其特征是采用水性丙烯酸树脂或水性聚氨酯等有机树脂作为成膜剂，添加高铁酸盐等无机钝化剂，组成有机无机复合钝化液，在此基础上可以添加有机成膜剂的相应固化剂来改善钝化液的固化温度等工艺性能。

钝化液成分浓度重量百分比为：

水性丙烯酸树脂或水性聚氨酯成膜剂为10～25％；

高铁酸盐无机钝化剂为0.01～2％；

稳定剂为0.05％～5％；

间苯二胺或间苯二甲胺固化剂为0～5％；

加入适量磷酸调节溶液pH值；

其余为去离子水。