铝合金型材喷涂前酸蚀脱脂工艺

喷涂铝合金型材具有优良的耐蚀性和耐候性，坚固耐用，外观装饰好，生产工艺比阳极氧化简单，环保安全等特点，在建筑、装潢、运输等行业得到广泛应用。铝合金型材在喷涂前处理中必须进行化学清洗和浸蚀，清除其表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰尘等污染物，使铝合金基体*露出来，形成均匀的活化表面，这是保证铬酸盐转化膜质量和喷涂质量的关键。本文研究的酸蚀脱脂工艺将传统工艺的脱脂、碱蚀、除污出光三道工序合为一道工序，降低成本和节省能源，经处理后的铝合金表面平滑光洁，保持铝合金原有的光泽，铝材溶解损耗量和槽液沉淀少，与铬酸盐转化处理配套性能好，特别适用于铝合金型材喷涂前的表面处理。

一、铝合金型材喷涂前处理工艺

工艺流程:工件装挂→酸蚀脱脂→水洗→水洗→铬酸盐转化处理→水洗→纯水洗→排水→干燥→喷涂→固化。

铝型材喷涂预处理生产线分为自动喷涂竖线和间歇全浸横线。立式线适用于批量大、形状简单的工件，生产效率高，加工质量稳定。其缺点是设备复杂，投资大。卧式线适合加工形状复杂的工件，投资少，应用广，但缺点是加工速度慢，生产效率低。

酸蚀脱脂工艺配方及参数:硫酸(百分之九十七)，30g/L-50g/L；氟化氢铵，3克/升-8克/升；柠檬酸，2g/l-4g/l；1克/升至3克/升的硝酸钠；硫酸铁0.5克/升至1.5克/升；1-2克/升丙二醇；脱脂剂0.1克/升至0.5克/升；温度，5℃-40℃；时间，浸泡3min-5min，喷洒1min-3min；喷射压力，0.1MPa-0.2MPa

二、成分和工艺参数的影响

1.硫酸

稀硫酸是一种非氧化性无机酸，对铝合金型材有轻微的化学腐蚀作用，成本低，酸雾挥发性低。硫酸能溶解并剥离铝及铝合金表面形成的自然氧化膜；*暴露的铝合金基体与硫酸反应，活化铝表面。当槽液中硫酸浓度低于30%时，铝的化学溶解速率随硫酸浓度的增加而缓慢增加，铝溶解损失较小。当槽液中硫酸浓度超过30%时，铝的腐蚀速度迅速加快，容易造成过腐蚀，亮度下降。一般来说，槽液中硫酸的浓度不应超过15%。

2.氟化氢铵

氟作为去除酸性蚀刻脱脂液中氧化膜的促进剂，可以加速铝表面氧化膜的溶解，消除或减少挤压模痕等缺陷，使铝型材表面光滑、平整、均匀。氟是卤素元素，体积小，电负性强。能强烈氧化铝，与杂质有一定的络合能力。能溶解铝合金表面的合金元素和锰、铜、硅等杂质，抑制和去除铝合金上的黑灰，获得更光亮的金属表面。氟化氢铵的化学稳定性强于氢氟酸，对人体皮肤的伤害小于氢氟酸。因此，用氟化氢铵代替氢氟酸为溶液提供氟离子更安全，还可以减少氟离子对不锈钢设备的腐蚀。氧化膜去除的腐蚀速率随着氟化氢铵浓度的增加而增加，氟化氢铵的含量不宜过高，否则反应剧烈容易导致过腐蚀，降低铝的表面光泽度，不利于后续的铬酸盐转化处理。

3.柠檬酸

柠檬酸在酸性脱脂溶液中起主要的缓蚀作用，能有效地抑制铝在酸性介质中的腐蚀。柠檬酸是一种三元有机酸，能物理化学吸附在铝基体表面，改变金属/溶液界面的双电层结构，增加金属电离过程的活化能，从而减缓腐蚀速度，减少铝的损失，避免过度腐蚀。柠檬酸是金属离子的络合剂，能与酸蚀液中溶解的铝、镁、铁等离子形成稳定的络合物，降低槽液中铝离子的含量，屏蔽槽液中杂质的干扰，稳定溶液，减少沉淀，从而延长酸蚀脱脂液的使用寿命。柠檬酸的加入对降低铝损失、化学材料消耗、镀液沉淀和改善操作条件有一定的作用。

4.硝酸钠

硝酸钠是酸蚀脱脂液中的氧化剂，对铝合金有很好的光亮和整平作用。硝酸钠的作用是使铝表面发生氧化反应，形成的氧化铝钝化膜抑制了铝表面凹部的酸性优先刻蚀，使铝型材腐蚀表面平整光滑。

5.硫酸铁

三价铁离子可以加速铝型材表面的腐蚀和氧化膜的去除，Fe3+可以在铝表面发生置换反应形成微电池，使铝表面产生微量的氢气，在铝表面进行油渍。反应过程是AL+ Fe3++2H+→AL3++Fe2++H2↑。镀液中的氧化剂可以将上述反应产生的Fe2+重新氧化成Fe3+，减少Fe2+的积累，使镀液稳定。因此，Fe3+在反应过程中并不消耗自身，主要起到促进作用，可以提高铝的去污速度和平滑度。

6.二丙二醇

在酸蚀脱脂液中加入一缩二丙二醇等易溶于水、微毒的有机低分子增溶剂，可以大大降低溶液的表面张力，显著提高酸蚀脱脂液的清洗能力和溶液稳定性。油的分子结构中有较长的烃基，与有机溶剂相似，可以互溶。因此，可以利用有机溶剂对油脂的强溶解性来提高酸蚀脱脂液的脱脂效果。

7.脱脂剂

铝材表面的油脂通常可以分为矿物油和动植物油。表面活性剂对上述油脂具有良好的润湿和乳化能力。酸蚀脱脂过程中，表面活性剂吸附在油与溶液的界面上，其亲水基因指向溶液，亲油基因指向油渍，定向排列，使油与溶液的界面张力大大降低，油在金属表面的附着性减弱。在酸蚀金属产生的氢气的机械剥离作用下，油污松散，容易分散成微小的油滴，离开金属表面，悬浮在溶液中。表面活性剂的增溶作用可以防止被去除的油污再次附着在铝表面。提高常温除油效率的关键是表面活性剂的选择和配比优化。根据表面活性剂的表面张力、浊点、临界胶束浓度和HLB值，选择多种吸油、润湿、分散性能好，渗透、乳化能力特别强，泡沫少，生物降解性好，在酸性溶液中性能稳定的阴离子和非离子表面活性剂进行复配。复利时，HLB值应调整到12-。后两者的协同作用可以达到相互补偿、协同增效的目的，可以降低溶液的表面张力和临界胶束浓度，提高浊点，增加表面活性，明显改善润湿性和清洗效果。在喷淋酸蚀脱脂的过程中，由于机械力的作用，会产生大量的泡沫，溶液以泡沫的形式从槽中溢出。所以要加入适量的消泡剂来抑制泡沫。实验表明，磺酸盐阴离子表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚和聚醚型非离子表面活性剂的组合能获得良好的除油效果。

8.温度

实验结果表明，除油和氧化膜去除速度随温度升高而加快，可以降低油污的粘度和界面张力，提高酸溶液对铝的刻蚀能力，增强表面活性剂和油污的乳化作用。当温度低于5℃时，除油和氧化膜的速度变慢，影响生产进度。当温度高于40℃时，酸蚀脱脂液的成分容易挥发，产生酸雾，增加酸损和能耗，铝材容易发生过腐蚀和挂黑灰。因此，酸蚀脱脂液的使用温度应控制在5℃-40℃范围内。

9.时间

处理时间过短，工件表面的油污、自然氧化膜没有完全除净，会阻碍铬酸盐转化成膜反应的正常进行；处理时间过长，会使铝的损耗量增加，工件表面粗糙，光泽度下降，生产效率降低。处理时间与铝材成分、表面油污的多少、自然氧化膜的厚度、处理温度和方式等密切相关，一般取1min-5min，以油污、自然氧化膜完全清除干净为原则来确定该工件的酸蚀脱脂时间。
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