第三章鋁材的化學(xué)預(yù)處理

1、第三章：鋁材的化學(xué)預(yù)處理1陽(yáng)極氧化的處理工藝脫脂脫脂封孔或電泳封孔或電泳堿腐蝕或化學(xué)拋光堿腐蝕或化學(xué)拋光電解著色電解著色陽(yáng)極氧化陽(yáng)極氧化出光除灰出光除灰自然發(fā)色化學(xué)染色每一工藝步驟之間需兩至三道水洗每一工藝步驟之間需兩至三道水洗 陽(yáng)極氧化工藝流程：脫脂堿蝕或拋光中和著色封孔或電泳預(yù)處理預(yù)處理：后處理后處理：陽(yáng)極氧化陽(yáng)極氧化注：在每個(gè)工序之后都會(huì)有相應(yīng)的水洗，前處理段可以用自來水，后注：在每個(gè)工序之后都會(huì)有相應(yīng)的水洗，前處理段可以用自來水，后處理段必須使用純凈水處理段必須使用純凈水1.化學(xué)預(yù)處理的定義及作用化學(xué)預(yù)處理的定義及作用 采用化學(xué)溶液或者溶劑對(duì)鋁表面進(jìn)行預(yù)處理的工藝，它可以采用化學(xué)溶液或

2、者溶劑對(duì)鋁表面進(jìn)行預(yù)處理的工藝，它可以有效除去原始鋁材表面的油污、污染物和自然氧化膜等，使鋁有效除去原始鋁材表面的油污、污染物和自然氧化膜等，使鋁材獲得潤(rùn)濕均勻的清潔表面。材獲得潤(rùn)濕均勻的清潔表面。2.化學(xué)預(yù)處理常用工藝流程化學(xué)預(yù)處理常用工藝流程 常用的化學(xué)預(yù)處理方法有脫脂、堿洗、除灰、氟化物砂面處常用的化學(xué)預(yù)處理方法有脫脂、堿洗、除灰、氟化物砂面處理、水洗等方法。根據(jù)待處理鋁材的用途，對(duì)表面質(zhì)量的要求，理、水洗等方法。根據(jù)待處理鋁材的用途，對(duì)表面質(zhì)量的要求，可采用不同的化學(xué)預(yù)處理工藝流程可采用不同的化學(xué)預(yù)處理工藝流程3.脫脂的原理及作用脫脂的原理及作用 油脂在酸性脫脂液中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成甘

3、油和相應(yīng)的高級(jí)油脂在酸性脫脂液中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成甘油和相應(yīng)的高級(jí)脂肪酸，在少量潤(rùn)濕劑和乳化劑協(xié)助下油脂更容易溶解，提高脂肪酸，在少量潤(rùn)濕劑和乳化劑協(xié)助下油脂更容易溶解，提高脫脂效果。經(jīng)脫脂處理可清除鋁表面的油脂和灰塵等，使后道脫脂效果。經(jīng)脫脂處理可清除鋁表面的油脂和灰塵等，使后道堿洗比較均勻。堿洗比較均勻。54.堿洗的原理及作用堿洗的原理及作用 將鋁材放入以氫氧化鈉為主要成分的強(qiáng)堿性溶液中進(jìn)行浸蝕將鋁材放入以氫氧化鈉為主要成分的強(qiáng)堿性溶液中進(jìn)行浸蝕反應(yīng)，進(jìn)一步除去表面的臟污，徹底去除鋁表面的自然氧化膜，反應(yīng)，進(jìn)一步除去表面的臟污，徹底去除鋁表面的自然氧化膜，顯露出純凈的金屬基體以便進(jìn)行后續(xù)的

4、陽(yáng)極氧化處理。顯露出純凈的金屬基體以便進(jìn)行后續(xù)的陽(yáng)極氧化處理。5.除灰的原理及作用除灰的原理及作用 堿洗后產(chǎn)品表面往往會(huì)附著一層不溶于堿洗槽液的金屬化合堿洗后產(chǎn)品表面往往會(huì)附著一層不溶于堿洗槽液的金屬化合物及其堿洗產(chǎn)物，它們是一層灰褐色或灰黑色掛灰。除灰的目的物及其堿洗產(chǎn)物，它們是一層灰褐色或灰黑色掛灰。除灰的目的就是除去這層不溶于堿液的掛灰，以防至后道陽(yáng)極氧化工序槽液就是除去這層不溶于堿液的掛灰，以防至后道陽(yáng)極氧化工序槽液的污染。的污染。6.氟化物砂面處理的原理及作用氟化物砂面處理的原理及作用 氟化物砂面處理是利用氟離子使鋁材表面生產(chǎn)高度均勻、高氟化物砂面處理是利用氟離子使鋁材表面生產(chǎn)高度均

5、勻、高密度點(diǎn)腐蝕的一種酸性浸蝕工藝，目的是消除產(chǎn)品表面的擠壓痕密度點(diǎn)腐蝕的一種酸性浸蝕工藝，目的是消除產(chǎn)品表面的擠壓痕并生成平整的表面。但由于氟化物砂面處理工藝存在嚴(yán)重的環(huán)境并生成平整的表面。但由于氟化物砂面處理工藝存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，目前已不與推廣使用。污染問題，目前已不與推廣使用。脫脂的目的/ 可清除鋁材表面的：可清除鋁材表面的：植物, 動(dòng)物和礦物油/脂肪自然氧化膜機(jī)加工過程中的殘留物以保證在堿洗工序中，制品表面腐蝕均勻和堿洗槽的清潔，從面提高氧化制品質(zhì)量。脫脂參數(shù) 脫脂材料脫脂材料 化學(xué)成分化學(xué)成分 濃度濃度 脫脂溫度脫脂溫度 脫脂時(shí)間脫脂時(shí)間 機(jī)械作用機(jī)械作用 脫脂過程步驟脫脂過程

6、步驟 油脂種類：油脂種類： 動(dòng)物油、植物油屬皂化油，可與苛性堿發(fā)生皂化反應(yīng) 礦物油屬非皂化油，不與苛性堿發(fā)生皂化反應(yīng) 鋸切液8脫脂劑類型 1、堿性脫脂劑 2、酸性脫脂劑 3、乳化脫脂劑 組成物：皂化劑、乳化劑、絡(luò)合劑、緩蝕劑、表面活性劑9堿性脫脂劑 堿性溶液：NaoH + 添加劑（乳化劑） 利用溶液中的某些堿性物質(zhì)與油污發(fā)生皂化或乳化作用來達(dá)到除油污之目的。 皂化作用除去動(dòng)、植物油 乳化作用除去礦物油10皂化反應(yīng)： C3H5（C17H35COO）3 3NaOH 硬脂酸 苛性鈉 3C17H35COONa3C3H5（OH）3 肥皂 甘油 乳化作用：略11脫脂劑的主要成分 無(wú)機(jī)主份無(wú)機(jī)主份: :清洗

7、，除油，堿腐蝕 磷酸鹽 硼酸鹽 碳酸鹽 氫氧化物 硅酸鹽 表面活性劑表面活性劑: :潤(rùn)濕，乳化 陰離子表面活性劑 陽(yáng)離子表面活性劑 非離子表面活性劑 螯合物螯合物: :水的硬度, 活化作用 葡糖酸鹽/酯 膦酸鹽/酯3. 非離子表面活性劑:例如:1. 陽(yáng)離子表面活性劑:例如:NCH3CH3CH3+Cl-O2.陰離子表面活性劑:例如:CO-Na+C-O-CH2-CH2-nOH清洗用表面活性劑的分類脫脂劑 -你應(yīng)該知道些什么! 如果客戶使用自己做的酸性清洗劑，一定要確保在堿腐蝕之前有非常好的水洗! 如果使用的是酸性清洗劑，它能起到清洗效果嗎? 酸性清洗劑會(huì)非常非常 快地被油脂所飽和. 非硅酸鹽類的堿

8、性清洗劑可以節(jié)約處理步驟并節(jié)約能源. 堿性清洗劑使用壽命更長(zhǎng)! 成份及其作用：成份及其作用： NaOH：皂化反應(yīng)，除油作用。 Na2CO3（碳酸鈉）、Na3PO4（磷酸三鈉）：緩沖劑，保持溶液PH1011。 硅酸鈉（水玻璃）：濕潤(rùn)劑、乳化劑、分散劑，不易水洗去掉 酸性溶液酸性溶液 H2SO4、HNO3等 Al + H2SO4 = Al2（SO4）3 + H2 利用H2小泡包圍油珠，離開鋁表面層達(dá)到除油目的。15鋁的（電）化學(xué)拋光和化學(xué)轉(zhuǎn)化鋁的（電）化學(xué)拋光和化學(xué)轉(zhuǎn)化1.化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光的作用化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光的作用 化拋是高級(jí)精飾處理方法，能去除鋁制品表面輕微化拋是高級(jí)精飾處理方法，能去

9、除鋁制品表面輕微的模痕和擦劃傷條紋，去除機(jī)械拋光中可能形成的摩的模痕和擦劃傷條紋，去除機(jī)械拋光中可能形成的摩擦條紋、熱變形層、氧化膜等，使粗糙的表面趨于光擦條紋、熱變形層、氧化膜等，使粗糙的表面趨于光滑從而獲得近似鏡面光亮的表面，提高了鋁制品的裝滑從而獲得近似鏡面光亮的表面，提高了鋁制品的裝飾效果。飾效果。2.化拋的原理化拋的原理 化拋是通過控制鋁材表面選擇性的溶解，使鋁材表化拋是通過控制鋁材表面選擇性的溶解，使鋁材表面微觀凸出部分較其凹洼部分優(yōu)先溶解，從而達(dá)到表面微觀凸出部分較其凹洼部分優(yōu)先溶解，從而達(dá)到表面平整光亮的目的。電化拋的原理是尖端放電，其他面平整光亮的目的。電化拋的原理是尖端放電

10、，其他的化拋類似。的化拋類似。 化學(xué)拋光工藝 最常用的是三酸拋光：H3PO4 75v/v(體積比)、H2SO415、HNO310、Cu（NO3）2 或 CuSO4 少量。 拋光質(zhì)量好，操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是成本高，污染重。代替方法是堿性拋光技術(shù)。17 電化學(xué)拋光工藝 H3PO44080%、H2SO4 415%、H2CrO40.29%、H2O余 溫度：7090，時(shí)間：13min，電流密度：1015A/dm2 多用于表面光潔性要求很高的裝飾材料。1819203.化學(xué)轉(zhuǎn)化的作用化學(xué)轉(zhuǎn)化的作用 化學(xué)轉(zhuǎn)化主要用于保護(hù)鋁及其合金不受腐蝕，可直接化學(xué)轉(zhuǎn)化主要用于保護(hù)鋁及其合金不受腐蝕，可直接用作涂層或者作為有機(jī)聚

11、合物的底層，不僅解決了涂層與用作涂層或者作為有機(jī)聚合物的底層，不僅解決了涂層與鋁的附著性，也可提高有機(jī)聚合物涂層的耐腐蝕性。鋁的附著性，也可提高有機(jī)聚合物涂層的耐腐蝕性。4.化學(xué)轉(zhuǎn)化的原理化學(xué)轉(zhuǎn)化的原理 在化學(xué)處理溶液中金屬鋁表面與溶液中化學(xué)氧化劑反在化學(xué)處理溶液中金屬鋁表面與溶液中化學(xué)氧化劑反應(yīng)生成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的化學(xué)處理過程，常見的化學(xué)轉(zhuǎn)化分為應(yīng)生成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的化學(xué)處理過程，常見的化學(xué)轉(zhuǎn)化分為化學(xué)氧化處理、鉻酸鹽處理、磷鉻酸鹽處理和無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化學(xué)氧化處理、鉻酸鹽處理、磷鉻酸鹽處理和無(wú)鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化。化。這將在下一步噴涂工藝上著重講解這將在下一步噴涂工藝上著重講解堿蝕的目的 除去鋁材表面的自然氧化膜

12、，使金屬基體暴露出來，活化表面，有利于氧化著色。整平基體表面，使其均勻一致。調(diào)整金屬光澤。進(jìn)一步除去鋁材表面污物。堿蝕槽溶液中的化學(xué)反應(yīng) 堿蝕過程主要有以下三步化學(xué)反應(yīng)： Al2O3 2NaOH 2NaAlO2 H2O 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 2NaAlO2 4H2O 2Al（OH）3 2NaOH Al2O33H2O 第一步反應(yīng)是除去鋁材表面的天然氧化膜； 第二步是鋁基體與堿反應(yīng)，起整平表面的作用； 第三步是前二步反應(yīng)所生成的偏鋁酸鈉不斷水解，生成膠狀的氫氧化鋁和苛性鈉，氫氧化鋁進(jìn)而脫水變成Al2O3硬水鋁石。 現(xiàn)在工業(yè)上普遍使用長(zhǎng)壽命堿蝕添加劑。添加劑的作用：添

13、加劑的作用： 具有防止產(chǎn)生鋁石、增光、整平、緩蝕等多種作用。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 允許溶存Al3+鋁量達(dá)100g/l（甚至120g/l）以上，而不會(huì)產(chǎn)生硬水鋁石，即使偶有發(fā)生水解也不結(jié)塊，易于清除。 具有緩蝕整平功能，堿蝕效果更好。 鋁腐蝕率能保持在1 2%之間，減少鋁溶蝕量及氫氧化鈉消耗量。23 堿蝕工藝：堿蝕工藝： NaOH：50 60 g/l，堿蝕添加劑：視說明書要求，溫度：50 70 時(shí)間：視工藝要求24堿腐蝕速度g/(m2 x min)鋁離子濃度 g/l堿腐蝕的速度取決于鋁離子的濃度中中 和（出光、除灰）和（出光、除灰） 目的：目的：中和殘堿，防止污染氧化槽。洗去殘留在表面的Cu、Fe、Zn、Si、Mn等元素的氧化物（掛灰），光亮表面。 方法：方法：1）硝酸法：HNO3 150 250g/l，溫度室溫，時(shí)間：1 3分鐘 為氧化性酸，出光效果較好，但成本高，易污染氧化槽，煙霧大。262）硫酸法 ：H2SO4 150 2