1 前言
1.1 概述及現(xiàn)狀
鋁型材的噴涂作為重要的加工工藝已得到市場的廣泛應(yīng)用，但目前絕大多數(shù)廠家使用的仍是有鉻前處理，溶液中往往含有大量的六價鉻，過量的六價鉻（超過10ppm）對水生物有致死作用，六價鉻是很容易被人體吸收的，它可通過消化道、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體。通過呼吸道吸入時會造成不同程度的聲音沙啞、鼻粘膜萎縮等現(xiàn)象，嚴(yán)重時還可使鼻中隔穿孔和支氣管擴(kuò)張等。經(jīng)消化道侵入時可引起嘔吐、腹痛。經(jīng)皮膚侵入時會產(chǎn)生皮炎和濕疹，長期或短期接觸或吸入時有致癌危險，同時對環(huán)境有持久危險性。
如果表面使用無鉻鈍化，其鈍化液中不含鉻及鉻的任何價位離子，在源頭上控制了鉻離子的存在，使生產(chǎn)企業(yè)做到了使用環(huán)保產(chǎn)品進(jìn)行清潔生產(chǎn)的目的，同時，鈍化后的產(chǎn)品不含任何鉻離子，也保證了最終產(chǎn)品符合環(huán)保要求，不會存在對人體有害的鉻。
目前國內(nèi)絕大部分的鋁型材企業(yè)以及政府機(jī)構(gòu)已經(jīng)意識到鉻的危害，紛紛限制鉻在其新產(chǎn)品中的使用，以符合中國法律法規(guī)和國際指令法規(guī)。市場上已有部分具有前瞻性的企業(yè)在使用無鉻前處理，其處理工藝有以下幾種：陽極氧化、鈰鹽、硅烷處理以及鈦鋯體系。而使用最多的是鈦鋯體系的無鉻前處理，但大部分的企業(yè)仍是有限謹(jǐn)慎使用，因其大規(guī)模市場化仍主要存在以下問題：附著力不夠好、鈍化膜為無色而不夠直觀、立式線比臥式線工藝控制更加困難，更易出現(xiàn)質(zhì)量問題等。
1.2 本公司無鉻產(chǎn)品應(yīng)用及研發(fā)情況
本公司無鉻產(chǎn)品始于2006年，2007年開始在市場上使用，使用客戶已遍布廣東、廣西、浙江、上海等地，臥式線和立式線均有使用。其中上海友升鋁業(yè)為立式噴涂線，其車間為無塵車間，主要加工工業(yè)用噴涂型材以及汽車用噴涂鋁材，其各項性能要求高于中國國家標(biāo)準(zhǔn)，需達(dá)到歐洲及汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過近四年的使用，完全可滿足要求。
同時，該產(chǎn)品已通過第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測，包括無鉻膜的耐鹽霧性能、噴粉后的性能測試以及SGS的RoHS六項檢測報告。
本文介紹的有色無鉻技術(shù)是在原有配方基礎(chǔ)上，通過一系列優(yōu)化，改進(jìn)了成膜顏色，同時進(jìn)一步提高了附著力。其各項性能優(yōu)于原有無色無鉻前處理，同時因為膜層具有淡黃色，非常直觀，省去了需要檢測是否有膜的步驟，給生產(chǎn)帶來極大便利性。
以下介紹了加入的優(yōu)化物質(zhì)在提高附著力、耐蝕性上的作用、對膜層重量上的影響以及相對有鉻處理，無鉻處理在技術(shù)、設(shè)備、工藝及操作上的主要區(qū)別和注意事項。
2 優(yōu)化物質(zhì)的組成及作用
該物質(zhì)是含金屬緩蝕劑以及金屬螯合劑的混合物，其能與鐵、鋅、鋁、銅、鎂等金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，同時對于某些金屬也具有一定的緩蝕作用。
2.1 對無鉻膜層附著力的作用
優(yōu)化物質(zhì)中含有具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配位化合物，該物質(zhì)具有成鹽作用之外還有成絡(luò)作用。其含有的成鹽基團(tuán)的中心離子和成絡(luò)基團(tuán)可與金屬陽離子作用，形成鹽類。其反應(yīng)原理是在配合物中中心離子與配位體通過配位鍵結(jié)合。配位鍵是一種特殊的共價鍵，通常的共價鍵是由兩個成鍵原子各出一個電子形成共同電子對的，而在配位鍵中是由一個原子提供電子對，另一原子提供空軌道形成的，其特有的分散能力可以提供更為致密均勻的膜層，另外，含有優(yōu)化物質(zhì)處理后的金屬表面膜具有羥基等活性基團(tuán)，能與有機(jī)涂層發(fā)生化學(xué)作用，可以提供金屬與涂料之間牢固的結(jié)合力。
式樣制備：兩道浸泡脫脂→水洗→純水洗→無鉻處理→水洗→純水洗→晾干→烘烤。經(jīng)以上處理后的無鉻膜層，在自然條件下放置24小時后（表面防止灰塵），對其進(jìn)行中性鹽霧實驗（NSS）以及無鉻處理后12小時內(nèi)進(jìn)行噴粉及噴漆，測試其附著力。
對于附著力，相對于不同涂料，其表現(xiàn)結(jié)果稍有不同，往往砂紋粉與漆類涂料的附著力會相對稍差。因此我們選用了砂紋粉及氟碳漆兩種涂料進(jìn)行噴涂實驗，同時將其膜厚提高。檢測方法按照GB5237.4-2008及GB5237.5-2008的要求進(jìn)行測試。測試結(jié)果顯示完全可達(dá)到國標(biāo)要求。
2.2 對無鉻膜層耐蝕性的作用
當(dāng)該物質(zhì)用于鋁合金無鉻處理劑中時，我們發(fā)現(xiàn)，其確實對無鉻膜層起到較為顯著的緩蝕作用，并可大大提高無鉻膜的耐腐蝕性能，而且其濃度的高低對無鉻膜層的耐腐蝕性能具有一定影響，其結(jié)果見圖1。由圖可見，該優(yōu)化物質(zhì)在槽液中的含量達(dá)到1g/L時可較為明顯地提高無鉻膜層的耐腐蝕性能。當(dāng)其濃度大于1g/L時，對無鉻膜層耐蝕性能的提高無明顯影響，這是因為該物質(zhì)與鋁在表面形成了絡(luò)合物的沉淀膜，該膜的顆粒直徑等參數(shù)與鈍化膜的顆粒相當(dāng)，于是使膜層更為致密，延緩了膜層的腐蝕。從實際考慮，其建議濃度不應(yīng)高于1.5g/L，否則有可能對膜層具有一定的溶解作用。
鹽霧實驗基本條件：將分析純氯化鈉溶于電導(dǎo)率不超過20微西/厘米的去離子水中，配置濃度為50克/升，其PH值在6.5-7.2之間，PH值可用分析純的鹽酸或氫氧化鈉調(diào)整。溫度35±2℃。
2.3 對無鉻膜層重量的影響
該優(yōu)化物質(zhì)的加入，不但提高了膜層的耐蝕性與附著力，而且使膜層具有淡黃色。當(dāng)膜層具有顏色后，可大大提高生產(chǎn)便利性。經(jīng)膜重測試，相比較原來的無鉻處理，其膜重也有了較為顯著的提高，如下表所示：
3 相對有鉻處理，無鉻工藝在設(shè)備及工藝要求上的不同及注意事項
無鉻化學(xué)處理作為鋁型材噴涂前處理時，其最終的性能不僅僅取決于無鉻處理本身，其對脫脂處理、水質(zhì)、設(shè)備、工藝操作等具有比有鉻處理更高的要求，否則，無鉻處理難以得到令人滿意的效果。
工藝步驟：預(yù)脫脂→脫脂→水洗→純水洗→無鉻處理→水洗→純水洗→晾干或吹干→烘烤→噴涂。
3.1 處理前的準(zhǔn)備：對于臥式線而言，上料方式最為理想的是與氧化相同的扎排方式。這種方式可以最大程度地保持鋁材之間具有必要的間隙，可防止鋁材之間的粘連。對于有鉻處理，這種方式也是最為理想且必要的。當(dāng)采用框或骨架式上料處理時，應(yīng)最大程度地保持鋁材之間點(diǎn)接觸或線接觸，避免面接觸。只有鋁材所有表面均處理到，才可以提供可靠的前處理質(zhì)量。立式線則可以很好地保證鋁材之間的間隙，但立式線需要注意的是，應(yīng)設(shè)置有噴嘴，最好是整個通道均分布有噴嘴，采取噴及淋同時進(jìn)行的方式更有利于鋁材表面的充分清洗。建議的脫脂噴射壓力是1.5-2MPa，無鉻處理噴射壓力是1-1.5MPa。噴射的效果應(yīng)呈現(xiàn)霧狀。
3.2 水質(zhì)：有鉻處理采用公共自來水即可。無鉻處理槽是通過控制其PH值以及電導(dǎo)率來實現(xiàn)工藝控制，因此，整條線需要使用到自來水及純水，具體見工藝步驟，以保證較低的電導(dǎo)率，排除水中雜質(zhì)對無鉻成膜的影響。
3.3 無鉻處理的時間：有鉻處理對時間的要求較為寬松。而目前大部分的無鉻處理劑廠家對處理時間有嚴(yán)格要求，甚至精確到秒，導(dǎo)致立式處理時鋁材上下兩端的附著力出現(xiàn)明顯偏差，造成性能不合格，實際上這是失敗的前處理產(chǎn)品。本公司的無鉻產(chǎn)品處理時間寬松，不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，完全可滿足立式線的要求。
3.4 成膜后處理：生成無鉻膜層后，其膜本身的性能需在24小時之后進(jìn)行測定，在存放的過程中，應(yīng)避免放置于有酸堿霧及灰塵較大的環(huán)境中，由于無鉻膜層的檢驗尚無標(biāo)準(zhǔn)可循，必要情況下可參照有鉻膜標(biāo)準(zhǔn)。對于臥式線，在烘干之后，應(yīng)在24小時內(nèi)進(jìn)行噴涂處理，最好不長于12小時。
4 結(jié)論
對原有鈦鋯系列無鉻成膜劑成份進(jìn)行了研究改進(jìn)，優(yōu)化后，可以得到淡黃色無鉻鈍化膜，給生產(chǎn)帶來極大便利性。同時，經(jīng)過對其成份的改進(jìn)，大大提高了無鉻膜層的耐鹽霧性能及附著力。該產(chǎn)品經(jīng)過在實驗室實驗以及長期的生產(chǎn)應(yīng)用，無鉻膜層、噴粉或噴漆后的鋁材檢驗數(shù)據(jù)完全可滿足國標(biāo)要求，尤其是附著力，可達(dá)到甚至超過有鉻產(chǎn)品。4.1 優(yōu)化物質(zhì)具有以下作用：使膜層呈現(xiàn)淡黃色、可明顯地提高無鉻膜層的耐蝕性及附著力、較明顯地提高膜層的重量。
4.2 相對于有鉻處理，無鉻處理的整體性要求更高，需要使用者、設(shè)備、工藝相配合，才能生存出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
4.3 該無鉻處理劑可同時適用于浸泡及噴淋。
4.4 無鉻處理時間相對于市場同類產(chǎn)品更為寬松，為立式線的無鉻處理提供了有力的質(zhì)量保證。
