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铝合金弱碱性无铬钝化剂已经到来?看看试验过程!

发布时间:2021-01-13 14:41:03 来源:知乎—黄飞阳极氧化
    铝合金为了抵抗自然环境的腐蚀和获得一定程度的装饰效果,有时需要在铝表面喷涂一层粉末涂料,随后通过高温固化,使得有机分子膜层覆盖在基体金属铝之上。而在正式喷涂之前,则需要对铝合金进行清洗和钝化处理。清洗是为了洗净铝合金表面油污和清除铝的自然氧化膜,避免粉末涂料与铝合金结合力差造成脱涂问题。钝化则是进一步提高铝与粉末涂料的结合力和涂层的耐蚀能力。现阶段,清洗和钝化是铝喷涂工艺中不可缺少的环节。
六价铬钝化
    最早期的转化膜工艺是铬酸盐钝化,铝表面形成一层致密且耐蚀的含有六价铬的转化膜层。这种钝化膜中含致癌的六价铬离子,对人体及环境都有严重危害,因此欧盟早已立法制定了一项强制性标准,即RoHS指令【《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(Restriction of Hazardous Substances)】,旨在于消除电机电子产品中的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚共6项物质,并且于2006年7月1日开始正式实施。
    除了东南亚和非洲少数工业欠发达的国家依然还在使用六价铬转化膜技术,其他国家包括中国在内的工业较发达的地区在已经较彻底抛弃这条污染有毒的工艺路线,选择更加低毒和环保的锆-钛系及其硅烷等组成的杂化膜体系。这种转化膜工艺可以在铝合金表面生成一层几十个纳米厚度有机-无机复合膜,增强了金属基的耐蚀和与涂层的结合力,是现在最主流的铝合金钝化工艺。
锆钛系有机无机复合钝化
    现行的无铬钝化得到广泛应用的配方体系基本上为“酸性脱脂+有机-无机复合膜”等组成的杂化膜体系。从多年的实践经验来看,该体系仍存在如下几个方面垢病:
①酸性脱脂和随后的钝化均包含大量的氟离子,特别是脱脂除油工序,氢氟酸含量更高,不仅对设备、厂房和操作人员有重大安全威胁,对废水处理也造成更大的压力。
②脱脂是强酸性体系,在废水处理中需要消耗大量的碱和石灰,由此而产生大量的废渣。这种废渣因为含有氟和锆钛等重金属,因此被分类为危险固体废弃物,需要特殊处理。该工艺的废水废渣处理成本较为高昂。
③氟-锆(钛)钝化膜的厚度及与厚度关联的膜层质量,对喷涂后的涂层性能影响极大。钝化工艺参数整体控制较为严格,稍有不慎,或者遇到设备故障、工序塞车、人员疏忽等,过钝化或者钝化不足,会导致随后喷涂工序批量不合格,从而造成损失。

凤铝铝材立式喷涂生产线(锆钛系钝化)
弱碱性零污染环保钝化
    如果将强酸性的脱脂槽更换为碱性脱脂,从而解决氟离子污染的问题,如果将锆钛系舍弃,更换为高分子转化膜工艺,那么可以实现整条喷涂线无氟无重金属污染的目标。
    万幸的是,这种设想是可以实现的。现在已经开发了“无磷碱性脱脂+弱碱性环保钝化”全新的铝合金喷涂前处理工艺,主要的优势如下:
①前处理生产线实现无磷、无氟、无氨氮、无COD和无重金属这5个环保指标。
②钝化后可以免水洗,大大减少了用水量。
③高分子转化膜层与铝的结合牢固,具有优秀的耐蚀能力。
④综合性能超过锆钛系钝化,生产成本低于锆钛系钝化。
接下来,我们做了一系列性能测试,考察新环保钝化的表现如何。以下测试均在喷涂工厂进行前处理,并且随线喷涂-固化。
正、反冲击测试结果:合格!

杯突测试结果:合格!

弯曲测试结果:合格!
沸水附着力测试结果:合格!

高压水煮测试结果:合格!

铜加速乙酸盐雾测试(240小时)结果:合格!

1000小时乙酸盐雾测试(AASS)结果:合格!

    新的铝合金环保钝化长期使用稳定性和经济性到底如何,需要在工厂中长期实践,但就目前所测试的结果来看,具备相当大的前景和竞争力。在中国,铝合金喷涂是铝挤压型材中占比最大的表面处理方式,约七成左右的挤压材被送往喷涂车间继续表面加工,最终被销售到全国和世界各地,安装在各式建筑上,铝合金喷涂的环保前处理前景广阔。
    本人长期从事铝合金表面处理添加剂的开发与应用,以后将尽量多的试验过程和心得发表出来,与本行业的专家大佬多多交流,互相启迪,同时也感谢大家对我文中描述的不当之处批评指正,铝合金行业的美好未来需要大家的一起努力。
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