[發明專利]一種鋁合金表面彩色無鉻鈍化膜及鈍化液和使用方法

在審

• 申請號: 201410844345.5
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104561973A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 張凱
• 申請（專利權）人: 廣州市泓碩環保科技有限公司
• 主分類號: C23C22/40
• 分類號: C23C22/40;C23C22/44;B05D3/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

技術領域

本發明屬于金屬表面處理技術領域，特別涉及一種鋁合金表面彩色無鉻鈍化膜及鈍化液和使用方法。

背景技術

作為在金屬表面使涂裝后的耐腐蝕性能優異的表面轉化膜層處理方法，目前絕大多數使用的是鉻酸-鉻酸鹽等含鉻的處理液直接接觸金屬材料表面，從而使其析出鉻酸鹽膜，或者將其涂覆于金屬表面，干燥后析出鉻酸鹽膜的方法來提高金屬表面的耐腐蝕性能。該轉化液于1950年左右投入使用，主要成分為鉻酸(CrO₃)和氫氟酸(HF)，以及任選的化學轉化促進劑，它們在金屬表面形成含一定量六價鉻的轉化層。但由于六價鉻對人體及環境極為有害，不僅處理過程中會產生污染，而且轉化膜中的六價鉻還將導致被處理產品在日后使用及廢棄時對環境造成二次污染，因此六價鉻化學轉化處理技術的使用越來越受到嚴格限制。

磷酸-鉻酸鹽是另一廣泛使用的化學轉化液。該轉化液是1945年授權的美國專利2，438，877給出。其配方最主要包括鉻酸(CrO₃)，磷酸(H₃PO₄)和氟化氫(HF)，由這種轉化液形成的轉化層主要成分為水合磷酸鉻(CrPO₄·4H₂O)，不含六價鉻，所以依然可廣泛應用于部分金屬涂覆的底層。

鑒于環境保護的壓力，目前對于無鉻環保處理液的使用呼聲越來越高，各國都在開發更為有效、環保的金屬表面處理液，以日本和德國更為突出。在已公開的相關的日本專利中，主要以鋯或鈦或其混合離子為主要成膜陽離子，輔以磷酸根離子，氟離子及適當的pH值使其在較短時間內在金屬表面形成轉化層。如日本專利公開號為1-246370的教導中，以0.01～0.5克/升鋯離子，0.01～0.5克/升磷酸根離子，0.001～0.05克/升有效氟離子和任選0.01～1克/升釩離子，調節pH值至1.5-4.0的酸性水溶液。然而，該種方法不能獲得滿意的抗變黑-失澤強度。

在另一日本專利56-33468和CN?1123649C中公開了類似無鉻表面處理液。以含鈦、鋯或其混合物，磷酸鹽和氟化物為主要組分，調整pH值1.5-4.0的酸性溶液。該溶液無沉渣和有害鉻離子，但當該溶液在短時間(15到30秒)噴到金屬材料表面時，得到的涂層不平整，表現出不穩定的耐腐蝕性能和對油漆或涂料的不均勻的附著性。這是由于在金屬表面產生不均勻的噴射液體流速和液體與金屬表面不均勻的接觸條件所致。而當延長溶液與金屬表面的接觸時間，增加膜層厚度來提高其耐腐蝕性和對油漆或涂料的均勻的附著性時，化學轉化層會出現過量現象，過厚的底層在經噴粉或油漆固化后，容易與底層脫離，而出現脫皮現象。最大問題是在處理液老化后以及從金屬表面溶解下而積累在溶液中的金屬陽離子濃度達到一定數值時，金屬表面各部分的轉化層厚度及性能會產生顯著的差異。

以德國漢高公司為代表的CN?101535528A專利中，適當改變鋯、鈦或其混合物的濃度，并加入了0.3～3克/升二價鋅，控制pH值2.2-3.8之間獲得的酸性溶液，可應用于機動車車身的構造、船舶制造、建筑行業以及應用于生產大型家用電器。但是用此方法獲得轉化層在生產中易因環境溫度和處理時間的變化使得膜層產生明顯差異，其對油漆或粉末的附著力性能會因此而下降。

稀土轉化膜是近年來國際上廣泛認可的一種具有良好耐腐蝕性能，被認為是鉻酸鹽最佳替代技術。主要由鋁和稀土的氧化物或氫氧化物組成。膜層呈非勻相復雜結構，有厚度不均勻的基膜和粘附于基膜上粒子組成，這些粒子尺寸不同，有的直徑可達10μm左右，某些粒子在形狀上呈現晶體結構，其余粒子則是通過臨層沉積或更小的粒子凝聚而成的。在La³⁺處理液中形成的轉化膜基膜上粒子呈雙凸透鏡裝和枝狀，在Y³⁺處理液中形成的轉化膜基膜有明顯裂紋。該技術存在成膜速度慢的缺陷，成膜需幾小時甚至幾天時間。加入強氧化劑和促進劑的轉化液存在嚴重的溶液老化問題，無法實現產業化應用。

已有的專利成果顯示，工業應用的無鉻轉化處理大體循著鈦系、鋯系、有機硅烷系列或稀土轉化膜方向發展。但目前各方向的研究均沒有獲得令人滿意的研究成果。

發明內容