[發(fā)明專利]鋁合金無鉻鈍化劑及鋁合金無鉻鈍化處理系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN103757624A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊晨凱;熊映明
• 申請（專利權(quán)）人: 佛山市三水雄鷹鋁表面技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號(hào): C23C22/34
• 分類號(hào): C23C22/34;C23C22/36;C23C22/73
• 代理公司: 北京聯(lián)瑞聯(lián)豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11411
• 代理人: 黃冠華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬表面處理技術(shù)，具體涉及一種鋁合金無鉻鈍化劑及鋁合金無鉻鈍化處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國是世界第一大鋁生產(chǎn)國和消費(fèi)國。由于鋁合金具有優(yōu)異的物理化學(xué)和機(jī)械加工等性能，已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、輕工建材等領(lǐng)域，全國每年加工處理鋁合金約1300萬噸，僅佛山市每年加工的鋁合金就達(dá)到350萬噸，產(chǎn)值超過1000億元。然而，鋁合金在潮濕、含工業(yè)氣體、燃料氣體、鹽分和塵埃大氣等環(huán)境中使用時(shí)極易發(fā)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等，限制其應(yīng)用范圍，縮短鋁合金的使用壽命。為滿足工業(yè)的不同要求和延長其使用壽命，金屬表面往往需要進(jìn)行裝飾和保護(hù)性處理。迄今為止用于金屬表面處理中最成功的技術(shù)、一直是擁有百年歷史的一種傳統(tǒng)加工工藝——鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化（鈍化），該技術(shù)廣泛應(yīng)用于航天航空、電子、汽車、制藥、印刷、機(jī)械、化工、食品加工等工業(yè)領(lǐng)域的多種金屬及合金的保護(hù)。

近年來的研究調(diào)查表明，鉻酸鹽易在人體內(nèi)積聚而導(dǎo)致皮膚潰瘍、扁平上皮癌、肉瘤和乳腺癌等多種疾病，是一種毒性極強(qiáng)的致癌物質(zhì)，尤其是鉻酸鹽不像氰化物那樣容易被分解處理，金屬表面鉻酸鹽處理技術(shù)在生產(chǎn)、廢水排放、廢渣、產(chǎn)品使用每個(gè)環(huán)節(jié)都對環(huán)境和人類產(chǎn)生強(qiáng)烈而致命的健康危害。

根據(jù)我國對鍍鉻車間工作工人的職業(yè)健康調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于吸入大量鉻（酸）霧，有的工人鼻梁軟骨腐爛，有的工人被查出患有白血病。一公斤鉻酸滲入地下，將使五公里半徑內(nèi)的地下水會(huì)受到污染成為致癌的毒水。當(dāng)今世界電子電氣產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展及其產(chǎn)品設(shè)備更新?lián)Q代速度的加快，大量電子垃圾的產(chǎn)生已經(jīng)給全球生態(tài)環(huán)境和非可持續(xù)資源的再生利用造成了嚴(yán)重危害。在這方面，金屬表面鉻酸鹽處理的廢棄產(chǎn)品對環(huán)境和人類健康的影響表現(xiàn)得尤其嚴(yán)重。

金屬腐蝕對武器裝備的作戰(zhàn)性能、安全性、可靠性和使用壽命以及國防建設(shè)有著廣泛而重要的影響。鉻酸鹽處理是金屬腐蝕保護(hù)最常見的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝，國防工業(yè)上廣泛應(yīng)用。尤其是極端條件以及熱帶和海洋性氣候環(huán)境下、武器裝備及各種金屬零件的腐蝕保護(hù)，鉻酸鹽金屬表面處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用。例如，美國海軍每年用于戰(zhàn)斗機(jī)腐蝕保護(hù)而采用鉻酸鹽處理維護(hù)費(fèi)用超過十億美元。因此，美國海軍每年都投入大量經(jīng)費(fèi)用于高強(qiáng)度鋁合金的無鉻轉(zhuǎn)化膜研究。

與鋼鐵材料相比較，鋁合金材料具有強(qiáng)度高、耐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，因而在航空領(lǐng)域上的使用量上占很大的比例。鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理作為一種提高金屬材料耐蝕性的工藝方法，一直是航空器中鋁及鋁合金零件使用最普遍、最有效和最經(jīng)濟(jì)的方法之一。

鋁合金鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝在飛機(jī)制造工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，無論是國外還是國內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)的制造，這種工藝都在大量使用。例如，由于使用環(huán)境的惡劣，被用于機(jī)身建造的高強(qiáng)度鋁合金必須采用鉻酸鹽進(jìn)行表面處理。在美國Oklahoma州的Tinker空軍基地每天產(chǎn)生一百四十萬加侖含鉻的表面處理工業(yè)廢水。西安作為國家航空航天產(chǎn)業(yè)基地，其航天航空鋁合金表面處理一直采用鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理技術(shù)。因此，技術(shù)先進(jìn)、環(huán)保節(jié)能的鋁合金表面無鉻轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用和推廣對于節(jié)約能源、促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

迄今為止，建筑用鋁及其合金型材一般通過形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜來保護(hù)其表面（鈍化處理）。目前應(yīng)用最為廣泛的鋁及其合金的表面化學(xué)轉(zhuǎn)化膜仍然是有近百年歷史的六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化膜（鉻酸鹽膜），如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)的鈍化工藝流程示意圖，包括除油、水洗1、水洗2、鉻化、水洗3、水洗4以及烘干步驟，該鈍化處理工藝采用鉻酸鹽為鈍化液，采用含氟的促進(jìn)劑，具有鉻酸鹽成本低廉、鈍化膜有良好的附著力和抗腐蝕能力、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，通常亦作為其它轉(zhuǎn)化膜技術(shù)的衡量標(biāo)準(zhǔn)[鋁合金國標(biāo)GB-5237.4-2004]。但是，由于鉻酸鹽鈍化處理液中含有對人體及環(huán)境極為有害的有毒致癌元素六價(jià)鉻，不僅金屬表面防腐處理過程中會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和人體傷害，而且鈍化膜中的六價(jià)鉻還將導(dǎo)致被處理產(chǎn)品在日后使用及廢棄時(shí)對環(huán)境造成二次污染。因此，歐美等發(fā)達(dá)國家已明令禁止在金屬表面處理過程中使用有鉻工藝。2003年2月13日，歐盟發(fā)布了“報(bào)廢電子電氣設(shè)備指令”和“關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令”，這兩個(gè)限制性的文件就是所謂的“RoHS指令”。RoHS指令的生效使得鉻酸鹽在金屬處理中的使用最終將被禁止。我國電子工業(yè)部也在2002年3月6日宣布，擬從2002年7月起對致癌化合物六價(jià)鉻（鉻酸鹽）實(shí)行限量使用，并與歐盟同步在2006年7月前取消使用鉻酸鹽。一系列政府政策的出臺(tái)和實(shí)施，使鋁和鋁合金生產(chǎn)企業(yè)陷入生死存亡的境地，也促使鋁和鋁合金無鉻鈍化技術(shù)的研究成為熱點(diǎn)。