鋁及鋁合金前處理原理:

1、 鋁的特點(diǎn)：鋁是一種具有銀白色光澤的比較活潑的輕金屬，其耐蝕性具

有以下兩個(gè)特點(diǎn)：①純度越高，耐蝕性越好，主要是因?yàn)榧冧X在空氣中與氧發(fā)生 作用，在鋁表面生成一層很薄的致密的自然氧化膜，其厚度 0.01卩m.0.015卩m

比其他金屬氧化膜生成得更快而且厚得多，進(jìn)而阻止空氣中有害氣體和水分的進(jìn) 一步腐蝕，起到保護(hù)作用。②純鋁在通常情況下，對于水分，各種有機(jī)酸，硫化 物和濃的硝酸是耐腐蝕的，但對堿性溶液和無機(jī)酸是不耐蝕的。

2、 鋁合金的特點(diǎn)：鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度高，但耐蝕性低。純鋁的耐蝕性能好， 但機(jī)械強(qiáng)度差，這在一定程度上制約了鋁的應(yīng)用。 為此，人們在鋁中加入了適量 的金屬、銅、鋅等其它金屬，制成各類鋁合金，使鋁的機(jī)械強(qiáng)度大大提高，應(yīng)用

范圍擴(kuò)大，但耐蝕性比鋁差。

3、 鋁件前處理的種類和特點(diǎn)

根據(jù)鋁及鋁合金的特性，目前鋁件處理選用藥品分為：鋅磷化劑、鉻化劑、 鉻磷化劑三種；脫脂劑常用的分為酸性脫脂，堿性脫脂，中性脫脂三種。下面將 詳述鉻磷化劑及脫脂劑的原理組成及操作。

二、鉻磷化及鉻磷化液的工藝條件。

鉻磷化也稱為綠膜鉻酸鹽處理，美國稱為Alodine或Bondernate法，日本 稱為Alochrom法。這種方法于1945年起源于美國。鉻磷化液主要成分為磷酸、 鉻酸或鉻酸鹽和氟化物， PH值約1.5、3.0，所產(chǎn)生的磷化膜外觀隨膜重

(0.1g/m²、0.5g/m²)呈無色、光亮彩虹色至翡翠綠色變化。而鉻化色澤變化則由 無色 > 淡蘭色 > 金黃色 > 棕色。

1、成膜機(jī)理：

鉻磷化中CrO3在水中溶解，存在形式：CrO^2-和CrO^2-。三級電離有三種陰離 子：HPO^-，HP?^-和PQ^3-。有研究者認(rèn)為，鋁在含有 HPQ、CrQ、HF的溶液中鈍 化和磷化兼而有之，且成膜機(jī)理大致分為三個(gè)過程：

①?鋁溶解；②氧化膜生成；③磷酸鹽或鉻酸鹽的成長。三個(gè)過程不是截然 分開的，而是相互銜接的。

當(dāng)鋁件浸到含有HPQ、CrQ、HF的鉻磷化液中時(shí)由于有游離 F的存在，一 方面它與反應(yīng)生成的Al³⁺和 Cr³⁺形成鉻離子，進(jìn)而延續(xù)了鋁的溶解，另一方面， 在槽液與鋁的界面由于原電池反應(yīng)，PH值升高，酸性下降，因而減緩鋁的溶解； 且在被溶解的鋁表面，金屬晶格裸露在含有CrO^2-和CrQ^2-的槽液中，是很容易鈍 化的，表面很快生成一層很薄的、致密的氧化膜，它把鋁表面溶液隔開，進(jìn)而阻 止鋁的溶解。這時(shí)磷酸鹽開始在氧化膜上沉積。

鋁腐蝕反應(yīng)：6HF+2AI > 2AIF3 +3H

陽極：Al-3e > Al³⁺ 陰極：3rf+3e > 3/2H2

這些極化區(qū)分布在鋁件表面成為活化中心，鉻磷化的基本反應(yīng)便發(fā)生：

AI³⁺+PQ^3-=AIPQJ Cr ³⁺+P(Q^3-=CrP(^^ 2Cr ³⁺+3HPQ^-=Cr2(HPQ) 3J

由于槽液中的F是一種很強(qiáng)的活離子，易在帶正電荷的膜上吸附，因而中 和了膜表面上的正電荷，這樣加速了磷酸膜的成長。

AlFa時(shí)，也會(huì)形成絡(luò)化物的鹽，如 AlFe^3-，這

3+

CrF4 Cr y

- + 3+ - 3+

3[F ,H ]+AI t?3F +AI AIF 3

3

Cf³⁺.cr⁶d 3H （^AIF?e）- ’ +PQ3 tCrP04

~+C「2Q t?Cr2（C「2C7）3

以上反應(yīng)，可用下列簡圖表示:

由于鉻磷化槽液逐步被 Al³⁺和Cr³⁺污染并逐步抑制對鋁的浸蝕，結(jié)果降低了 磷化槽液的質(zhì)量。這就必須要在配制磷化液時(shí)，比例一定要合理。

要得到抗蝕性能好的磷化膜，須控制鉻磷化膜的CrQ/HsPQ比值在0.2范 圍。磷化膜的組成成分和厚度隨 CrQ/H 3PQ比值的變化而變化：

2、 膜的組成及特點(diǎn)：

鉻磷化膜的主要成分為帶有水合鉻氧化物（ CrQ.XH2Q）的水合磷酸鉻，以

及富集在鋁件基體與磷化膜之間界面上的鉻鹽和氧化物組成。基本分子式為： AI2Q.2CrPQ4.8H2O 或 CrPQ.4H2Q,膜重一般為 0.1、5 g/m²。

鉻磷化膜具有以下特點(diǎn)：

①?非結(jié)晶膜。鋁及其合金的鉻磷化膜屬于非結(jié)晶性膜層，能溶于稀硝酸中， 但經(jīng)過加熱干燥后，膜層就不溶于硝酸了。

②?膜層薄，一般1 g/m²以下。

③?膜層無毒，由于鉻磷化膜本身不含 Cr⁶⁺。

3、 工藝流程：

通常經(jīng)典流程是從鋁的陽極氧化演變而來。浸液法典型流程：脫脂 '水洗

、堿蝕、水洗 '活化、水洗、鉻磷化、水洗、水洗、去離子水洗、烘干。

藥劑選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①?、脫脂選用中性脫脂，PH<8.5。如本公司ZYT-130具有良好的潤濕洗 滌能力，對鋁件的腐蝕性小，反絮凝結(jié)能力強(qiáng)，分散性好，對皮膚無刺激，抗硬

水能力強(qiáng)，處理溫度40~50,C處理時(shí)間1~3分鐘。

②?、 堿蝕，堿蝕的目的是去除鋁表面氧化層（ AbQ）同時(shí)完成鋁表面粗 化，能使鋁與涂層結(jié)合力好，堿蝕液一般為 50g/L~80g/L的NaQH處理溫度為 50~60 C,時(shí)間為2~3Min ，也可用本公司的產(chǎn)品ZYT-146，它可使堿蝕溫度很 低20 C左右完成，且粗化后不易產(chǎn)生因腐蝕不均而產(chǎn)生“流痕”，后章對堿蝕和 流痕專門詳述。

③?、活化（出光），經(jīng)過堿蝕后的鋁表面往往殘留不溶性的粉狀物和合金 中的硅鎂等。須用酸處理，去掉這些雜質(zhì)，這道工序也有書中稱為出光。

④?、鉻磷化，不同的工藝及配方選用的鉻磷化不同。藥劑采用本公司

ZYT-252，PH 1.4-2.0 （具體見說明書）20 C, 3- 5Min完整整膜覆蓋，生成 彩虹色或淡綠色皮膜，抗蝕能力，漆層大于 25卩m超過500小時(shí)鹽霧。

⑤?、固化，通常鉻化、鉻磷化膜為非結(jié)晶膜層，經(jīng)固化后膜層才變硬， 抗蝕。

工藝一：見浸液法典型流程；

工藝二：中性脫脂—水洗—表調(diào)—水洗—鉻化—水洗—純水—固化；

工藝三：三合一脫脂—水洗—水洗—鉻磷化—水洗—純水—固化；

注：此三種工藝中第二種適用于噴淋，也可浸泡，其它工藝以浸泡為佳，“三 合一”中三合一脫脂是指脫脂、粗化、活化（表調(diào)），一次完成且溫度較低。

4、工藝條件及常見缺陷：

①?保持液面清潔，要防止油污及雜質(zhì)二次污染工件;

②?鉻磷化工作溫度20-30 C,以防F揮發(fā)；

③?嚴(yán)格按工藝指標(biāo)操作。

鉻磷化膜的性能指標(biāo)

?

?

常見缺陷及解決方法:

5、鉻化與鉻磷化對比

鉻化：1950年美國出現(xiàn)了酸性鉻酸鹽處理法，顏色從亮黃，彩虹，到深棕

色也叫黃膜鉻酸鹽處理，美國稱之為Alodine法，日本稱之為Alochrom法。 鋁及其合金的鉻酸鉻處理成膜反應(yīng)為：

2AI+6HL 2AIF3+3H

HCi207 +HO^ 2Cr04^2-+3H

3H+HCQ^-?— 2Cr(OH)3+OH

2Cr(OH)3+CrO +2H—Cr(OH)3.Cr(OH).CrO 4 J +2HO— Cr(OH)2.HCrO4 J +2H0

2AL +6OFH2AI(OH)3—AbQ J +3H2O

對以Cr⁶⁺、F^-無機(jī)酸為主要成分的非促進(jìn)劑型鉻酸鉻溶液處理所形成的膜 的組成為：Cr(OH)2 HCrQAI(OH) 3.2H2Q 對于以Cr⁶⁺、F^-、CN為主要成分的鉻酸 鉻溶液處理所形成的膜的組成為：CrFe(CN)6.Cr(OH) 3.H2CQ.4AI 2Q.8H2Q

鋁件和鋁合金件鉻化和鉻磷化都能形成較好的膜層，鉻化更薄，通常低于 仆m膜重0.3-2g/m ²,具有非常低的接觸電阻，非常利于點(diǎn)焊，鉻化的不足之處 在于其烘干溫度不能高于65度，烘干時(shí)間變長效率降低，同時(shí) Cr⁶⁺在污水處理

過程不好控制，增加排污成本。

本篇工藝描述過程都有純水洗工序，此工序常被忽略，去離子水主要是為 了防止金屬離子和CI^-離子對涂膜的破壞，要求其電導(dǎo)率低于 100」s/cm。

烘干溫度，通常鉻化不應(yīng)高于 65 C,鉻磷化不應(yīng)高于85 C，根據(jù)金相觀 測，在膜層中會(huì)產(chǎn)生裂紋，隨著烘干溫度升高，裂紋數(shù)目會(huì)增多并變寬。

注：生產(chǎn)及控制應(yīng)嚴(yán)格遵守 GB/T17460-1998《化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，鋁及鋁合金上 漂洗和不漂洗鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜》。

（主篇完，副篇“ 1、生產(chǎn)過程中“水痕發(fā)花”產(chǎn)生的原因 2、堿蝕及表調(diào) 的作用）

參考文獻(xiàn)：1〈英〉S?維爾利克.R.皮聶爾合著《鋁及其合金的化學(xué)與電解處理》國

防 工業(yè)出版社

2?黃奇松《鋁的陽極氧化合染色》香港萬里書店出版

3?雜志：《材料保護(hù)》、《電鍍與環(huán)保》《表面技術(shù)》《腐蝕與防護(hù)》

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