鋯－鈦系鈍化膜在鋁型材中的利用

媒介

鋁合金噴涂型材的前處置 經(jīng)由過程 除去概況 油污、塵埃、氧化皮后，再構(gòu)成 一層鈍化膜，該膜不但 能加強 耐侵蝕 性，并且 能提高涂層與基材的附出力 。傳統(tǒng)的前處置 采取 六價鉻鈍化工藝（即鉻化），盡人皆知 ，鉻化工藝以其完美 的工藝操作性及無與倫比的機能 在該范疇 占有 著極為 主要 的地位，但六價鉻系重金屬（具有很強的毒性），其利用 范疇 遭到 愈來愈 多的限制。是以 列國 都在不竭 地進行無鉻鈍化工藝的研究，今朝 在批量利用 的無鉻鈍化工藝有Zr-Ti系無鉻鈍化膜、硅烷處置 、稀土金屬鈍化膜和 陽極氧化處置 等 ，此中 硅烷處置 、Zr-Ti系無鉻鈍化還處于慢慢 成熟階段。出格 是Zr-Ti系無鉻鈍化工藝由于其轉(zhuǎn)化膜呈略白色及淺藍色，不克不及 經(jīng)由過程 目測來直不雅 的檢測鈍化膜的質(zhì)量，在出產(chǎn) 的進程 節(jié)制 難度較年夜 ，曾 有部門 企業(yè)在無鉻鈍化工藝上履歷 了挫折。在此，本文將Zr-Ti系無鉻鈍化工藝在我公司的利用 經(jīng)驗與年夜 家分享。

1.Zr-Ti系無鉻鈍化處置 在立噴前處置 線上的工藝流程

表1無鉻鈍化工藝流程及參數(shù)

2.Zr-Ti系無鉻鈍化處置 的成膜機理

Zr-Ti鈍化劑主要成份 為無機根本 液復配有機物添加劑，根基 配方含氟鈦酸鹽、氟鋯酸鹽、硼酸，有機物、添加劑等。鋁型材概況 顛末 鋯鈦鈍化、有機高份子 締合從而生成了有機-無機復合膜層。反映 成膜機理以下 ：

鋁概況 在酸性溶液中消融 成Al3+：2Al+6H+→2Al3++3H2↑

Al3+與水反映 生成氧化鋁：2Al3++3H2O→Al2O3+6H+

在氟鈦酸根離子、氟鋯酸根離子酸脾氣 況 中，鋁概況 反映 以下 ：

2Al+6H++3TiF62-+5H2O→2AlOF.3TiOF2+10HF↑+3H2↑

2Al+6H++3ZrF62-+5H2O→2AlOF.3ZrOF2+10HF↑+3H2↑

此時，溶液中也生成了必然 量的Al3+、Ti4+、Zr4+，與有機份子 （如聚丙烯酸）反映 ：

鈍化液插手 聚丙烯酸等有機物后，溶液中的Al3+、Ti4+、Zr4+與有機物的羧基或其他活性原子發(fā)生反映 ，生成含有Al-O鍵、Ti-O鍵、Zr-O鍵的有機絡合物，該絡合物構(gòu)成 了一種網(wǎng)狀布局 ，在鋁基概況 由于化學反映 使PH值有必然 水平 的升高而沉積于概況 ，與Al2O3、AlOF.3TiOF2、AlOF.3ZrOF2等沉積物經(jīng)由過程 Al、Ti、Zr的橋架感化 構(gòu)成 了布局 復雜的鈍化膜，并且 鋁合金概況 的Si、Mg也介入 了反映 ，構(gòu)成 了SiO2、MgO,與上述膜連系 ，一路 組成 了更加 復雜的膜層。是以 ,無機、有機沉積膜、聚丙烯酸部門 羧基吸附在鋁材概況 ，與鋁概況 組成 了致密復雜膜布局 ，同時部門 聚丙烯酸份子 鏈延長 到外部，有益 于吸附、連系 概況 涂料的份子 鏈，加強 了涂料附出力 。

3.鈍化膜的影響身分

鋁型材概況 構(gòu)成 的鈍化膜機能 主要表現(xiàn) 在防侵蝕 能力與粉末噴涂涂層的附著性，鈍化膜質(zhì)量受鈍化液的PH值、電導率、雜質(zhì)離子（Cl-、SO42－、Fe3+、Al3+）、前期脫脂蝕刻量以實時 間、溫度的影響。鈍化液在利用 進程 中不竭 耗損 其溶液中的有用 成份 ；同時酸脾氣 況 使鋁材概況 不竭 反映 、消融 鋁原子，鋁合金概況 的其他合金成份 也不竭 消融 到溶液中，改變了溶液系統(tǒng) ；另外 ，純水的不竭 彌補 ，溫度的波動，報酬 的操作掉 誤，儀器的檢測誤差城市 對鈍化進程 造成必然 的影響。

3.1 電導率轉(zhuǎn)變 對鈍化膜重的影響

本文彩 取 了我公司立式噴涂出產(chǎn) 線2021年5-9月份的鈍化槽液檢測數(shù)據(jù)，取PH值規(guī)模 2.4~2.8，鈍化時候 35s，優(yōu)化嘗試 數(shù)據(jù)后，對電導率-膜重進行闡發(fā) （圖1）。

圖1 電導率-膜重圖

由圖1優(yōu)化數(shù)據(jù)可得出：當溶液PH值連結(jié) 不變，鈍化液電導率在700 ~1250 μS/cm時，鋁材概況 膜重在29.1~92.56 mg/m2之間呈線性散布 ，膜重隨電導率上升而增年夜 。這是由于當其他身分 不變時，電導率上升代表溶液中TiF62-、ZrF62-和 溶液中的水性樹脂濃度變年夜 ，是以 鋁材概況 的Al2O3、AlOF.3TiOF2、AlOF.3ZrOF2無機物與含有Al-O鍵、Ti-O鍵、Zr-O鍵的有機絡合物沉積膜膜厚增年夜 。連系 出產(chǎn) 進程 中槽液保護 本錢 的思緒 ，和 出產(chǎn) 經(jīng)驗，產(chǎn)制品 的質(zhì)量檢測，最好 電導率應節(jié)制 在900~1100μS/cm時，膜重與鈍化槽溶液都可以或許 連結(jié) 較好的不變 。

3.2 PH值轉(zhuǎn)變 對膜重的影響

選擇電導率為900~1100μS/cm，反映 時候 35s的數(shù)據(jù)，對PH值-膜重進行闡發(fā) 如圖2

圖2 PH值-膜重圖

由圖2，經(jīng)優(yōu)化數(shù)據(jù)可得出：在溫度、Al3+濃度、電導率不變的情況下，膜重隨溶液PH值在2.2~3.3規(guī)模 內(nèi)隨PH值變年夜 慢慢 增年夜 ，在PH值2.2~2.3時，曲線斜率稍高，其緣由 于 酸性年夜 的情況 致使 了無機鈍化膜的消融 ，從而沉積膜較為遲緩 ，在必然 的時候 規(guī)模 內(nèi)膜重偏小；而PH值在2.4~2.8時，曲線斜率較低，暗示 較為適度的PH值規(guī)模 ，沉積膜生成-沉積-消融 速度 連結(jié) 了均衡 ；當PH值高于2.9時，酸性削弱 ，鋁材概況 沉積量偏年夜 ?，F(xiàn)實 出產(chǎn) 進程 中還需要斟酌 溶液的不變 性，較高的PH值將致使 部門 無機離子沉降和 水性樹脂的絮凝，從而致使 溶液各組分均衡 遭到粉碎 ，影響正常的出產(chǎn) ，凡是 最好 PH值應當 連結(jié) 在2.4~2.8規(guī)模 內(nèi)。

3.3 雜質(zhì)離子對鈍化膜的影響

鈍化槽液的雜質(zhì)離子主如果 Al3+，其他雜質(zhì)成份 對鈍化液也有必然 影響。按照 鈍化成膜機理可知，Al3+主要來源于鋁材概況 的鋁原子與酸性溶液中的H+發(fā)生了反映 生成的。跟著 鈍化槽液利用 時候 的增加 ，Al3+濃度就會慢慢 上升，可能會致使 鈍化膜松散 或增厚，影響附出力 。Al3+與氟鈦酸、氟鋯酸和 水性樹脂的活性基團連系 ，其締合物并沒有沉積在鋁基概況 ，反而發(fā)生 了空間位阻效應，使鈍化劑不克不及 較好的進攻鋁基概況 的中間 原子，致使 不克不及 生成致密、平均 的沉積膜；同時較高濃度的Al3+影響了槽液電導率檢測，是以 不克不及 精確 節(jié)制 鈍化液的濃度；另外，槽液的Al3+含量根基 反映了鋁合金Mg、Fe、Cu、Mn、Si等元素 的消融 水平 ，而鈍化劑的抗硬水能力差，Mg2+的存在粉碎 了鈍化劑不變 性，從而影響了鈍化膜機能 。Fe2+即便 是在低濃度下，也會與聚合物絮凝，該凝集 物會沉降到工件上；脫脂段利用 的酸性清洗劑含有PO33-、SO42- ，而磷酸鹽會按捺 轉(zhuǎn)化膜生成，少許 SO42-、Cl-可以加速 處置 速度，過量 則影響成膜。

3.4 鋁材蝕刻量對鈍化的影響

鈍化前的酸蝕脫脂階段，去除概況 油污、氧化層，對鋁基有必然 的蝕刻水平 ，使鋁基活性鋁原子表露 在概況 ，介入 鈍化反映 。蝕刻量的年夜 小，反映了鋁材概況 原子的活性年夜 小，活性年夜 則鈍化反映 后膜層致密，反之則膜層松散 。在出產(chǎn) 進程 中，一般將蝕刻量節(jié)制 在1.5g/m2擺布 ，，節(jié)制 太低影響鈍化膜質(zhì)量，節(jié)制 太高則酸洗劑耗損 量年夜 ，影響出產(chǎn) 本錢 。

3.5 其他身分 對鈍化膜的影響

鈍化反映 受溫度的影響較年夜 ?，F(xiàn)實 出產(chǎn) 中情況 溫度的轉(zhuǎn)變 ，會造成槽液溫度波動，一般槽液溫度較高時鈍化反映 速度較快，但膜較為松散 ，耐侵蝕 性較差，而溫度較低，鈍化反映 遲緩 ，膜層較薄，影響出產(chǎn) 效力 。

按照 鈍化膜機能 測試，發(fā)現(xiàn)膜重節(jié)制 在40～80mg/m2為最好 。膜重與鈍化反映 時候 的關系為：鈍化時候 短，則膜重小；而鈍化時候 較長，膜層較厚。當鈍化液PH值為2.4±0.1，電導率為850±10μS/cm時，時候 與膜重關系如圖3。

圖3 時候 －膜重

嘗試 數(shù)據(jù)顯示，當鈍化液PH值為2.4±0.1，電導率為850±10μS/cm時，鈍化膜重增加 由快到慢，當鈍化時候 跨越 50s時，成膜-消融 速度 根基 均衡 ，鈍化膜膜重增加極為 遲緩 。

4.節(jié)制 辦法

4.1 局部油污和 嚴重氧化皮的處置

鋁材概況 的油污來源于擠壓進程 中的液壓油、潤滑油和 貯存 、轉(zhuǎn)運進程 中的油污，其成份 為石油烷烴、合成酯等，這些油污的油性基團難溶于水，即便 在酸洗進程 中，酸液侵蝕 和 概況 活性劑乳化也不克不及 完全 斷根 。對此，要用石油醚、乙醇、乙二醇、丙酮等溶劑進行斷根 。而基材概況 局部的氧化皮較為嚴重時酸洗也不克不及 斷根 完全 ，需用砂紙進行打磨。

4.2 蝕刻量的節(jié)制

歐洲QUALICOAT尺度 對前處置 蝕刻量要求年夜 于1g/m2（海邊建筑利用 前處置 蝕刻量年夜 于2g/m2） ，蝕刻量的節(jié)制 要點在于節(jié)制 其酸洗工藝，包羅 鏈速、槽液溫度、游離酸、氟電位和 Al3+濃度。立式噴涂出產(chǎn) 線脫脂清洗一般采取 瀑布淋洗方式，由于部門 鋁型材布局 較為復雜，這類 單一的淋洗方式可能會呈現(xiàn) 鋁材局部清洗不完全 ，為了不 這類 現(xiàn)象，須對前處置 淋洗方式進行革新 ，提高瀑布溢流盆的位置，同時在瀑布側(cè)下方增加清洗噴頭，使酸洗劑經(jīng)由過程 化工泵，以必然 的壓力從噴頭噴出，籠蓋 鋁材頂端，這類 淋洗、噴洗一體裝配 到達 了完全清洗，避免了鋁材概況 的清洗不良。淋洗、噴洗一體裝配 如圖4。

圖4 革新 前后前處置 噴淋裝配 比力

4.3 鈍化前水洗節(jié)制 及純水制備

酸洗脫脂后，有一道自來水洗和 純水洗。自來水洗的感化 是去除鋁材概況 的酸洗液和 被乳化的油污、泡沫和 年夜 部門 附著粒子。其流量節(jié)制 要求適度，既能連結(jié) 水槽的必然 干凈 水平 ，水排放量也不克不及 過年夜 ，造成后期水處置 負載量年夜 。而純水洗是為了去除游離于鋁材概況 的離子，使鋁原子表露 在基體概況 ，同時連結(jié) 前期處置 的離子不影響鈍化進程 。一般要求純水的電導率小于50?s/cm。

4.4 鈍化時候 節(jié)制

鋁型材的Zr-Ti系鈍化對時候 要求較為嚴酷 ，是以 在現(xiàn)實 出產(chǎn) 進程 中應按照 鏈速嚴酷 把控鈍化時候 。在出產(chǎn) 進程 中鈍化槽長度固定，輸送鏈鏈速可調(diào)，按照 鋁材的截面年夜 小和 掛料方式，鏈速調(diào)理 為2~3.5m/min，使其鈍化時候 為35s擺布 。當呈現(xiàn) 停鏈時，固然 系統(tǒng)遏制 供給 鈍化液，但藥品殘留在鋁型材概況 繼續(xù)反映 ，致使 鈍化時候 長，概況 不克不及 獲得 實時 清洗，鈍化結(jié)果 變差。為此，對裝備 進行革新 ，安裝純水淋洗裝配 ，在呈現(xiàn) 不測 情況而停鏈時，純水淋洗裝配 主動 開啟2min，斷根 鋁材概況 的殘留藥品。

4.5 鈍化槽的保護

4.5.1 鈍化槽槽液參數(shù)保護

采取 主動 節(jié)制 加熱方式（蒸汽加熱、電加熱、水熱加熱等），連結(jié) 槽液溫度為25±5℃；同時經(jīng)由過程 在線檢測主動 加藥系統(tǒng)包管 槽液成份不變 在工藝規(guī)模 內(nèi)。槽液溢流方式凡是 有三種，即按期 排放--彌補 方式、浮球定位溢流方式、閥門流量節(jié)制 方式。

4.5.2 鈍化槽裝備 保護

鈍化槽利用 一按時 間，應當 按期 清算 槽體沉渣，調(diào)劑 槽液。同時清算 槽體周邊侵蝕 繡渣，塵埃 和 污垢，避免污染槽內(nèi)溶液；按期 查抄 溢流盆位置、噴嘴是不是 梗塞 和 各個泵的工作壓力。

4.6 滴干及烘干段節(jié)制

鋁材滴干及烘干進程 中應避免 用手觸摸鋁材概況 ，以避免 污染、粉碎 鈍化膜。

竣事 語

本文講述了鋯－鈦系無鉻鈍化膜在鋁型材立式噴涂中的利用 情況，工藝流程及成膜機理，闡發(fā) 了影響鈍化膜的身分 及其節(jié)制 方式 。本文從Zr-Ti系無鉻鈍化工藝的基來源根基 理、利用 工藝和 鈍化膜膜層的布局 、膜重、耐侵蝕 機能 和 后期涂層附著性進行了較為周全 的切磋 ，Zr-Ti系無鉻鈍化后粉末靜電噴涂型材經(jīng)檢測完萬能 到達 GB 5237.4-2008尺度 的要求，初步表白 Zr-Ti系無鉻鈍化膜具有較好的綜合機能 。在立式噴涂出產(chǎn) 線上，Zr-Ti系無鉻鈍化工藝有較好的可節(jié)制 性，在出產(chǎn) 進程 中根基 實現(xiàn)主動 化節(jié)制 ，其廢水處置 和 排放比擬 鉻化液具有壓服 性優(yōu)勢，出產(chǎn) 本錢 處于可控規(guī)模 。在立式噴涂出產(chǎn) 線上，Zr-Ti系無鉻鈍化替換 鉻酸鹽處置 是可行的。

在金屬概況 處置 行業(yè)，無鉻鈍化的研究、出產(chǎn) 處于白熱化階段，但是 研究標的目的 各別 ，研究實力良莠不齊 ，手藝 其實不 完全成熟，市場上沒有同一 的尺度 來權(quán)衡 鈍化液質(zhì)量黑白 。是以 在選用Zr-Ti系無鉻鈍化劑時，盡可能 選擇實力雄厚，知名度較高，手藝 辦事 良好 的品牌企業(yè)。

由于Zr-Ti系無鉻鈍化膜呈略白色及淺藍色，不克不及 經(jīng)由過程 目測來直不雅 的檢測鈍化膜的質(zhì)量，在出產(chǎn) 的進程 節(jié)制 難度較年夜 。國表里 的相干 研究人員已 深切 展開 了研究，經(jīng)由過程 插手 某些小份子 助劑或 水溶性樹脂能使鈍化膜顯色 ，但出產(chǎn) 利用 上還需要查驗 印證其可行性。

在鋁型材噴涂出產(chǎn) 進程 中，鈍化處置 、噴涂工藝、固化工藝是影響涂層質(zhì)量指標的關頭 身分 。鈍化處置 質(zhì)量是噴涂線的條件 ，但不克不及 輕忽 噴涂、固化工藝的節(jié)制 。我公司立式噴涂出產(chǎn) 線采取 無鉻鈍化工藝唯一 半年時候 ，嘗試 數(shù)據(jù)還需要完美 ，在出產(chǎn) 經(jīng)驗上也存在不足，是以 將持久 跟蹤無鉻鈍化利用 手藝 ，以供列位 業(yè)內(nèi)專家指點 ！