專利名稱：表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑及鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁合金表面處理領(lǐng)域，具體涉及采用一種表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑及鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)質(zhì)比的鋁合金廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車、自行車等工業(yè)領(lǐng)域。然而鋁合金 的局部腐蝕(如點(diǎn)蝕——pitting corrosion，線狀腐蝕——f iliformcorrosion等)一直 以來是其失效的主要原因之一。也是表面易鈍化的鋁合金等或類似合金中局部腐蝕最常見 的形式之一，往往發(fā)生在侵蝕性陰離子和氧化劑共存的環(huán)境下。該類腐蝕因?yàn)殡[蔽性極強(qiáng)、 破壞性極大，而被廣泛重視和深入研究。因此，需要在鋁合金表面設(shè)計(jì)一層防護(hù)性的轉(zhuǎn)化層 或者涂層，提高其在惡劣環(huán)境下的服役性能。鋁合金表面以鉻酸和鉻酸鹽等六價(jià)鉻化合物處理提高其表面耐腐蝕性能的主要 手段。由于六價(jià)鉻具有很強(qiáng)的毒性，目前很多國家已將鉻酸鹽列為最有害的化合物之一，鉻 酸鹽的使用受到了嚴(yán)格限制。研究表明，在鋁合金表面沉積稀土氧化物膜能夠有效地提高 鋁合金的抗腐蝕性能，而且稀土元素在鋁合金表面富Cu金屬間相(比如S相)附近形成保 護(hù)薄層。目前，在鋁合金表面的生成一層稀土薄膜的方法主要有以下幾種第一，常溫鹽浴表面稀土轉(zhuǎn)化膜法；第二，熱活化鹽浴表面稀土轉(zhuǎn)化膜法；第三， 水溶膠Ce鹽電泳沉積稀土。然而現(xiàn)有各種方法都有其局限性，比如稀土鹽浴沉積技術(shù)，生產(chǎn)費(fèi)時(shí)，工藝周期太 長不利于實(shí)際應(yīng)用，而且溶液配方復(fù)雜；高溫稀土鹽浴沉積技術(shù)則是需要相對(duì)高的溫度，也 不利于工藝的開展；水溶液膠體電泳沉積技術(shù)需要的電位太高，高于36V安全電壓，而且沉 積效率也較低，也不利于工程實(shí)際應(yīng)用。因此，尋求一種工藝簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、應(yīng)用廣泛且無 污染的表面處理技術(shù)是一個(gè)非常有價(jià)值的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種性能穩(wěn)定、使用方便的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑。以及，提供一種工藝簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、成膜速度快、能獲得良好的耐蝕性稀土轉(zhuǎn)化 膜的鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑，該表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑包含按IL [1 IOg] [1 IOmL]的醇溶劑、鈰鹽和氧化劑三組分。以及，一種鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法，其包括如下步驟鋁合金表面的預(yù)處理；將上述鋁合金浸沒在表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中進(jìn)行鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理，所述 的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑包含按IL [1 IOg] [1 10m L]的醇溶劑、鈰鹽和氧化劑三組分；將鋁合金從表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中取出，干燥固化。上述表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑體系分散均勻，性能穩(wěn)定。在使用過程中，采用有機(jī)醇作為溶劑有效避免了水對(duì)鋁合金表面的影響，加入的氧化劑作為成膜的促進(jìn)劑，使得表面稀土 膜轉(zhuǎn)化劑在鋁合金具有適宜的成膜速度，形成致密、牢固的稀土膜層，同時(shí)有效免除了電化 學(xué)沉積設(shè)備。由于有機(jī)醇溶劑易揮發(fā)，從而有效提高了鋁合金表面形成的稀土膜層干燥時(shí) 間，提高了生產(chǎn)效率，回收揮發(fā)的有機(jī)醇溶劑還可重復(fù)利用，不產(chǎn)生污染，并且有效降低了 生產(chǎn)成本；所含的鈰鹽有效提供了可溶性稀土鈰離子，可溶性稀土鈰離子在鋁合金基體腐 蝕中自由沉積到發(fā)生腐蝕的位置，阻止金屬基體的進(jìn)一步腐蝕，從而使得本發(fā)明的表面稀 土膜轉(zhuǎn)化劑所形成的稀土膜具有自修復(fù)特性。在鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法中，只需 將經(jīng)預(yù)處理后鋁合金浸沒該表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中，然后取出干燥即可，因此該方法工藝簡 單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、成膜速度快。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1為AA5083鋁合金試樣轉(zhuǎn)化膜處理前樣品的電子顯微鏡觀察表面形貌(a)；圖2為AA5083鋁合金試樣稀土轉(zhuǎn)化膜處理后樣品的電子顯微鏡觀察表面形貌；圖3為AA 6061鋁合金試樣轉(zhuǎn)化膜處理前樣品的電子顯微鏡觀察表面形貌；圖4為AA 6061鋁合金試樣稀土轉(zhuǎn)化膜處理后樣品的電子顯微鏡觀察表面形貌；圖5為AA5083鋁合金試樣未加氧化劑的轉(zhuǎn)化劑處理樣品的電子顯微鏡觀察表面 形貌；圖6為AA5083鋁合金試樣形成島狀稀土轉(zhuǎn)化膜的表面EDS能譜圖；圖7為AA5083鋁合金試樣未沉積稀土的鋁合金區(qū)域的EDS能譜圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑，該表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑包含按 IL [1 IOg] [1 IOm L]的醇溶劑、鈰鹽和氧化劑三組分。上述的醇溶劑優(yōu)選為易揮發(fā)的常用醇溶劑，如甲醇、乙醇、丙醇、亞硝酸乙酯醇溶 劑等，優(yōu)選為乙醇溶劑，因?yàn)橐掖紵o毒環(huán)保，經(jīng)濟(jì)成本低廉。上述的鈰鹽優(yōu)選為氯化鈰、六水合硝酸鈰中的至少一種。上述的氧化劑為雙氧水，或者是含有過氧基的有機(jī)物，如過甲酸、過氧化二枯基、 過氧化苯甲酰、過氧化甲乙酮、過氧化環(huán)己酮，優(yōu)選為雙氧水。進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例提高一種鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法，其包括如下步 驟SOl 鋁合金表面的預(yù)處理；S02 將上述鋁合金浸沒在上述的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中進(jìn)行鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理；S03 將鋁合金從表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中取出，干燥固化。上述的鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理工序S02中表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑用量與鋁合金處理表面積之比大于1000ml/dm2，鋁合金浸沒處理時(shí)間為2 4小時(shí)。該鋁合金表面稀土 膜的厚度可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要靈活調(diào)整，稀土膜厚度的調(diào)準(zhǔn)方法是調(diào)準(zhǔn)鋁合金在表面 稀土膜轉(zhuǎn)化劑中浸沒的時(shí)間，浸泡時(shí)間越長，鋁合金表面稀土轉(zhuǎn)化膜越厚，但是結(jié)合抗腐蝕 性能和生產(chǎn)成本綜合考慮，鋁合金浸沒的時(shí)間優(yōu)選為2 4小時(shí)，即可滿足實(shí)際生產(chǎn)、應(yīng)用 的要求。該鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理工序中轉(zhuǎn)化處理可以在高溫或低溫中進(jìn)行，優(yōu)選為 室溫，既不需要對(duì)上述任何處理步驟加溫，有效節(jié)約能耗。上述的干燥固化是指將鋁合金從表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中取出后，直接干燥，該干燥 可以是加熱干燥或者風(fēng)機(jī)吹干，也可以采用自然干燥，優(yōu)選自然風(fēng)干，有效節(jié)約能耗。上述鋁合金表面的預(yù)處理工序步驟SOl包括機(jī)械拋光和除油處理將需要表面 處理的鋁合金進(jìn)行機(jī)械拋光及除油污，再清潔表面；堿液清洗在40 60°C的堿性清洗液中浸泡處理1 5分鐘；水洗將處理后的鋁合金工件用清水清洗表面，然后干燥。上述鋁合金工件進(jìn)行機(jī)械拋光后的表面的粗糙度Ra優(yōu)選為0. 025 0. 1 μ m。上述堿液清洗工序中的堿性清洗液包含10 50g/L的Na0H、0. 5 5g/L的NaCl 及0. 1 lml/L的表面活性劑。表面活性劑優(yōu)選硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、季銨化物、卵 磷脂、氨基酸型、甜菜堿型、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦(司盤)、聚山梨酯中的至少一種。上鋁合金表面稀土工序膜轉(zhuǎn)化處理中表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑用量與鋁合金處理表面 積之比大于1000ml/dm2，鋁合金浸沒處理時(shí)間2 4小時(shí)。目前，在已有鋁合金表面生成稀土膜層的方法中大多采用陰極電泳法進(jìn)行。如果 采用水溶液，稀土鹽的水溶液的電導(dǎo)率較大，在水溶液中沉積稀土膜處理的電極反應(yīng)速率 快，過快的電極反應(yīng)速率必然導(dǎo)致稀土膜層的多孔酥松、易脫落，而且，采用電化學(xué)沉積對(duì) 操作設(shè)備和沉積樣品的限制非常多，因此，當(dāng)前大量在水溶液中處理的鋁合金表面沉積稀 土工藝并不能有效取代傳統(tǒng)的環(huán)境保護(hù)組織反對(duì)的鉻轉(zhuǎn)化層工藝。而本方明上述實(shí)施例 表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑將醇溶劑、鈰鹽和氧化劑三者混溶為一體，使得該表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑體 系分散均勻，性能穩(wěn)定。在使用過程中，由于有機(jī)醇溶劑電導(dǎo)率小，在水溶液中沉積稀土膜 處理的電極反應(yīng)速度較慢，因而加入作為成膜促進(jìn)劑的氧化劑，該氧化劑與有機(jī)醇溶劑共 同作用，使得表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑在鋁合金具有適宜的成膜速度，形成的致密、牢固的稀土膜 層，同時(shí)有效免除了電化學(xué)沉積設(shè)備。由于有機(jī)醇溶劑易揮發(fā)，從而有效提高了鋁合金表面 形成的稀土膜層干燥時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，回收揮發(fā)的有機(jī)醇溶劑還可重復(fù)利用，不產(chǎn)生 污染，有效降低了生產(chǎn)成本和環(huán)保。本發(fā)明上述實(shí)施例的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中還含有可溶性稀土化合物鈰鹽，當(dāng)在金 屬鋁合金基體在遭受外界環(huán)境破壞之后，該表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑在鋁合金表面所形成的稀土 膜中包含的稀土鈰離子會(huì)溶解釋放，可溶性稀土鈰離子在鋁合金基體腐蝕中自由沉積到發(fā) 生腐蝕的位置，阻止金屬基體的進(jìn)一步腐蝕，從而使得本發(fā)明的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑所形成 的稀土膜具有自修復(fù)特性。在鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法中，只需將經(jīng)預(yù)處理后鋁合金浸沒該表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中，然后取出干燥即可，因此該方法工藝簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、成膜速度快。以下通過多個(gè)實(shí)施例來舉例說明表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑不同組成及鋁合金表面稀土 膜轉(zhuǎn)化處理方法，以及其性能等方面。實(shí)施例1對(duì)AA5083鋁合金進(jìn)行表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理(1)將AA5083鋁合金機(jī)械拋光和除油處理將需要表面處理的AA5083鋁合金工 件進(jìn)行機(jī)械拋光至Ra為0. 075 μ m及除油污，再清潔表面；(2)堿液清洗在50°C的堿性清洗液中浸泡處理1分鐘，所述的堿性清洗液包含 30g/L的Na0H，2. 5g/L的NaCl，0. 5ml/L的十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑；(3)水洗將處理后的AA5083鋁合金工件用清水清洗表面，然后自然風(fēng)干干燥；(4)表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理將干燥的AA5083鋁合金浸沒在表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中處 理3小時(shí)，所述的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑包含按I(L) 4(g) 10 (m L)配比的乙醇溶劑、六水 合硝酸鈰和雙氧水三組分；(5)表面稀土膜轉(zhuǎn)化的固化將鋁合金從表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中取出，干燥固化得 到表面形成有稀土膜的AA5083鋁合金工件。由上述方法得到的鋁合金工件的電子顯微鏡表面形貌如附圖1和圖2所示，其中 圖1為未處理的該鋁合金AA5083表面形貌；圖2為該鋁合金表面經(jīng)過前述稀土轉(zhuǎn)化膜處理 后的形貌。圖中可以看出，用上述方法能在多種鋁合金表面得到致密、牢固的稀土薄膜。實(shí)施例2AA5083鋁合金進(jìn)行表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理(1)將AA5083鋁合金機(jī)械拋光和除油處理將需要表面處理的AA5083鋁合金工 件進(jìn)行機(jī)械拋光至RaO. 025 μ m及除油污，再清潔表面；(2)堿液清洗在40°C的堿性清洗液中浸泡處理1分鐘，所述的堿性清洗液包含 50g/L的NaOH，0. 5g/L的NaCl，lml/L的季銨化物與甜菜堿型按體積比1 1混合表面活性 劑；(3)水洗將處理后的AA5083鋁合金工件用清水清洗表面，然后用風(fēng)機(jī)干燥；(4)表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理將干燥的AA5083鋁合金浸沒在表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中處 理2小時(shí)，所述的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑包含按I(L) 1(g) 5 (mL)的乙醇溶劑、氯化鈰和過 甲酸三組分；(5)表面稀土膜轉(zhuǎn)化的固化將鋁合金從表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中取出，干燥固化得 到表面形成有稀土膜的AA5083鋁合金工件。該AA5083鋁合金工件表面形貌類似圖2。實(shí)施例3AA5083鋁合金進(jìn)行表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理(1)將AA5083鋁合金機(jī)械拋光和除油處理將需要表面處理的AA5083鋁合金工 件進(jìn)行機(jī)械拋光至Ra為0. 01 μ m及除油污，再清潔表面；(2)堿液清洗在60°C的堿性清洗液中浸泡處理5分鐘，所述的堿性清洗液包含 10g/L的Na0H，5g/L的NaCl，0. lml/L的聚山梨酯表面活性劑；(3)水洗將處理后的AA5083鋁合金工件用清水清洗表面，然后自然風(fēng)干干燥；(4)表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理將干燥的AA5083鋁合金浸沒在表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中處理4小時(shí)，所述的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑包含按I(L) 10(g) l(m L)的甲醇醇溶劑、六水合 硝酸鈰、雙氧水與過氧化甲乙酮按體積比2 1混合氧化劑三組分；(5)表面稀土膜轉(zhuǎn)化的固化將鋁合金從表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中取出，干燥固化得 到表面形成有稀土膜的AA5083鋁合金工件。該AA5083鋁合金工件表面形貌類似圖2。實(shí)施例4AA6061鋁合金進(jìn)行表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理按實(shí)施例1所述步驟將AA6061鋁合金進(jìn)行稀土膜轉(zhuǎn)化處理，得到表面形成有稀土 膜的AA6061鋁合金工件。由上述方法得到的鋁合金工件的電子顯微鏡表面形貌如附圖3、圖4所示，圖3為 未處理的鋁合金AA6061表面形貌；圖4為經(jīng)過前述稀土轉(zhuǎn)化膜處理后的表面形貌。對(duì)比實(shí)施例1AA5083鋁合金進(jìn)行表面稀土轉(zhuǎn)化膜處理將AA5083鋁合金按實(shí)施例1所述步驟進(jìn)行稀土膜轉(zhuǎn)化處理，而稀土膜轉(zhuǎn)化劑為只 添加有4g/L六水硝酸亞鈰的稀土乙醇溶劑中進(jìn)行處理3小時(shí)。附圖5至圖7為AA5083鋁 合金按實(shí)施例1所述步驟進(jìn)行稀土轉(zhuǎn)化膜處理后的表面。其中圖5為鋁合金表面形成的不 連續(xù)稀土轉(zhuǎn)化膜形貌；圖6鋁合金表面形成島狀的稀土沉積區(qū)域的EDS能譜圖成分，黑色區(qū) 域包含大量Ce元素；圖7為鋁合金表面的島狀稀土沉積區(qū)域周圍未形成稀土轉(zhuǎn)化膜的EDS 能譜成分圖，其主要成分為Al。由此可以看出，不添加氧化劑，同樣的浸泡時(shí)間鋁合金表面 不能形成完整的稀土轉(zhuǎn)化膜。(圖中的星型標(biāo)記，表示EDS能譜成分的測試位置)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑，其特征在于所述的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑包含按1L∶[1～10g]∶[1～10mL]配比的醇溶劑、鈰鹽和氧化劑三組分。
2.如權(quán)利要求1所述的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑，其特征在于所述的醇溶劑為乙醇。
3.如權(quán)利要求1所述的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑，其特征在于所述的鈰鹽為水合氯化鈰、六 水合硝酸鈰中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑，其特征在于所述的氧化劑為雙氧水。
5.一種鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法，其包括如下步驟 鋁合金表面的預(yù)處理；將上述鋁合金浸沒在表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中進(jìn)行鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理，所述的表 面稀土膜轉(zhuǎn)化劑包含按IL [1 IOg] [1 IOmL]的醇溶劑、鈰鹽和氧化劑三組分； 將鋁合金從表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑中取出，干燥固化，形成鋁合金表面稀土膜。
6.如權(quán)利要求5所述的鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于所述的鋁合金 表面的預(yù)處理工序步驟包括機(jī)械拋光和除油處理將需要表面處理的鋁合金進(jìn)行機(jī)械拋光及除油污，再清潔表面；堿液清洗在40 60°C的堿性清洗液中浸泡處理1 5分鐘； 水洗將處理后的鋁合金工件用清水清洗表面，然后干燥。
7.如權(quán)利要求6所述的鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于所述堿液清洗 工序中的堿性清洗液包含10 50g/L的Na0H、0. 5 5g/L的NaCl以及0. 1 lml/L的表 面活性劑。
8.如權(quán)利要求5所述的鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于所述的鋁合 金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理工序中表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑用量與鋁合金待處理表面積之比大于 1000ml/dm2，鋁合金浸沒處理時(shí)間為2 4小時(shí)。
9.如權(quán)利要求5所述的鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于所述的鋁合金 表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理工序中轉(zhuǎn)化處理的溫度為室溫。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑，其包含按1L∶[1～10g]∶[1～10mL]的醇溶劑、鈰鹽和氧化劑三組分，以及公開了一種鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法，包含鋁合金表面的預(yù)處理、表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理和表面稀土膜的固化等步驟。本發(fā)明表面稀土膜轉(zhuǎn)化劑性能穩(wěn)定，使用方便，所生成的稀土膜致密、牢固，鋁合金表面稀土膜轉(zhuǎn)化處理方法工藝簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、成膜速度快、能獲得良好的耐蝕性稀土轉(zhuǎn)化膜。
文檔編號(hào)C23C22/02GK101818339SQ20101013833
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者周明杰, 孫道明, 許勇 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司