1 前言

傳統(tǒng)的鋁合金氧化膜封孔，都是含有氟或者鎳的。眾所周知，氟和鎳及一些重金屬離子對(duì)環(huán)境都是有害的，并且廢水的排放有嚴(yán)格的國家標(biāo)準(zhǔn)，排放的污水中氟離子濃度不能超過5mg/L，鎳離子的濃度要小于0.05mg/L，而在實(shí)際生產(chǎn)中非常難以達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，從環(huán)保角度上鋁合金的大型生產(chǎn)面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。雖然曾經(jīng)有些廠家嘗試使用以一些輕金屬醋酸鹽為主鹽的封孔劑，但對(duì)著色料和染色料效果不理想，并且封孔溫度需80℃以上，能源消耗過高，封孔失重和染斑實(shí)驗(yàn)也不是很好，所以市場(chǎng)很少廠家使用。我公司成功研究出的無氟無鎳封孔技術(shù)恰好解決了降低污染、節(jié)省能耗等問題，同時(shí)還保證了產(chǎn)品優(yōu)異的封孔質(zhì)量。

2 無氟無鎳封孔劑的優(yōu)異封孔性能

無氟無鎳封孔技術(shù)必須能減少能耗、降低污染、提高效率、改進(jìn)品質(zhì)和方便操作。雖然有資料記載有使用氟鈦酸、氟鋯酸、磷鉻酸、以及鉬、釩、鎢、鈰等金屬鹽的封孔配方，但在生產(chǎn)中有的含有氟不環(huán)保;有的還是含有重金屬;有的工藝需控制在80-90℃，不節(jié)能;并且封孔品質(zhì)按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)采用有硝酸預(yù)浸的磷鉻酸失重檢測(cè)不合格。針對(duì)這些問題，我們采用特殊的復(fù)合金屬鹽為主鹽，以替代鎳鹽為主成份，同時(shí)配以陰離子表面活性劑、抑灰劑和封孔促進(jìn)劑等構(gòu)成無氟無鎳封孔劑SBA-606EP，經(jīng)過各種實(shí)驗(yàn)檢測(cè)具有優(yōu)異的封孔性能。


圖為：新型無氟無鎳環(huán)保封孔鋁材氧化槽

2.1 封孔染斑實(shí)驗(yàn)對(duì)比

染斑實(shí)驗(yàn)是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)封孔品質(zhì)的初步檢測(cè)，是一種最直接最簡(jiǎn)便最常用的檢測(cè)方法。通常采用藍(lán)墨水和甲基紫溶液，通過觀察鋁材表面藍(lán)墨水和甲基紫的痕跡判斷封孔品質(zhì)的好壞。

2.2.1 與鉬酸鹽A的對(duì)比

以藍(lán)墨水為例，對(duì)于同一前處理工藝的氧化膜15-17um鋁材，我們使用同一封孔工藝的無氟無鎳封孔劑SBA-606EP和市場(chǎng)某鉬酸鹽(A)封孔劑對(duì)比，槽液溫度63℃時(shí)，不同封孔時(shí)間下，SBA-606EP染斑實(shí)驗(yàn)性能良好，見表(1)。

表(1) 不同封孔劑的染斑實(shí)驗(yàn)效果

2.2.2 與常溫和中溫的對(duì)比

常溫和中溫是目前鋁材生產(chǎn)最常用、非常成熟的封孔工藝，通常常溫1min/um，中溫0.8min/um才有比較好的封孔效果，而SBA-606EP無氟無鎳封孔劑在染斑實(shí)驗(yàn)上有比常溫和中溫更優(yōu)異的性能。以藍(lán)墨水染斑實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)于同一前處理工藝的氧化膜15-17um鋁材，在不同封孔時(shí)間下與市場(chǎng)常溫和中溫封孔染斑實(shí)驗(yàn)相比，見表(2)。

2.2 貼膜粘膠實(shí)驗(yàn)對(duì)比

鋁型材在進(jìn)行表面處理完成后，表面要貼一層保護(hù)膜，主要保護(hù)鋁材表面。保護(hù)膜主要采用的是丙烯酸壓敏膠，膠的黏度有微粘，低粘，中粘，高粘，超高粘五大系列，表面保護(hù)膜復(fù)貼到被保護(hù)材料上以后，隨著時(shí)間的推移，剝離力不斷增加，剝離力隨溫度上升、時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，以至于復(fù)膜時(shí)間長(zhǎng)、溫度高時(shí)表面保護(hù)膜不能順利剝下。對(duì)于保護(hù)膜的粘膠問題，除了保護(hù)膜的自身質(zhì)量之外，鋁材封孔品質(zhì)的好壞同時(shí)也直接影響貼膜粘膠。

2.2.1 與常溫和中溫封孔粘膠對(duì)比

雖然常溫和中溫是非常成熟的封孔工藝，但在鋁型材貼膜方面還是略有不足，幾乎很多廠家都有黏膠問題發(fā)生，諸如在封孔溫度變化或陳化溫度變化大的時(shí)候，黏膠情況會(huì)更為明顯。一些廠家采取封孔后的鋁材先陳放，延遲時(shí)間再貼膜，但這樣給車間生產(chǎn)造成困難，并且很多陳放幾天后貼膜還是有黏膠的情況發(fā)生，難以解決實(shí)際問題。而經(jīng)過SBA-606EP封孔劑封孔后的鋁材，封孔質(zhì)量好，表面光滑，鋁材封孔下排后立即用高粘膠貼膜，即使在較高的陳化溫度下，時(shí)間再長(zhǎng)，表面也不會(huì)黏膠。實(shí)驗(yàn)見表(3)。

表(3)SBA-606EP與普通常溫、中溫封孔70℃粘膠對(duì)比

2.2.2 與鉬酸鹽A的粘膠對(duì)比

相對(duì)同一封孔工藝的無氟無鎳封孔，在粘膠方面，SBA-606EP比某鉬酸鹽(A)有著更為優(yōu)異的性能。

表(4)SBA-606EP與鉬酸鹽A封孔貼膜方面的對(duì)比

2.3 失重實(shí)驗(yàn)

封孔失重是檢測(cè)封孔品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國標(biāo)GB/T 5237.2-2008的標(biāo)準(zhǔn)，在型材封孔120h后取樣檢測(cè)，陽極氧化膜經(jīng)硝酸預(yù)浸的磷鉻酸試驗(yàn)，其封孔質(zhì)量損失值應(yīng)不大于30mg/dm2。眾所周知，常溫封孔和中溫封孔之后立即檢測(cè)封孔品質(zhì)，是無法達(dá)到合格指標(biāo)，但隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)檢測(cè)封孔品質(zhì)的腐蝕失重不斷下降。而對(duì)于鋁合金大型生產(chǎn)企業(yè)，如果每批型材都需120小時(shí)檢測(cè)合格才給用戶發(fā)貨，既浪費(fèi)等待時(shí)間，又難以解決倉庫存放問題。所以，很多廠家都以24小時(shí)或者48小時(shí)的失重?cái)?shù)據(jù)作為封孔品質(zhì)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，24小時(shí)或48小時(shí)失重?cái)?shù)據(jù)越低，120小時(shí)檢測(cè)的效果會(huì)越好。與同一無氟無鎳封孔工藝的鉬酸鹽A封孔相比，經(jīng)過SBA-606EP處理的鋁材，在24小時(shí)內(nèi)，封孔失重就可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)同一前處理工藝的氧化膜15-17um鋁材，SBA-606EP失重檢測(cè)明顯好于某鉬酸鹽(A)，見表(5)。常溫封孔和中溫封孔雖然可以達(dá)到失重國家標(biāo)準(zhǔn)，但其陳化時(shí)間要比SBA-606EP長(zhǎng)得多，實(shí)驗(yàn)見表(6)。

表(5) SBA-606EP與不同封孔劑的失重對(duì)比 mg/dm2

表(6)SBA-606EP與常溫和中溫封孔失重對(duì)比 mg/dm2

2.4 對(duì)著色料和染色料的封孔

隨著鋁合金使用范圍的不但擴(kuò)大，鋁型材的著色材料和染色材料需求更為廣泛。在新的產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝下，保證著色和染色型材的封孔品質(zhì)尤為重要。常規(guī)封孔工藝中，著色料的常溫封孔一般是保持原來顏色的;而中溫封孔一般會(huì)對(duì)顏色有所改變，因各個(gè)化工廠家配方不同，封孔后的鋁材顏色有深有淺，對(duì)鋁材生產(chǎn)和品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生很大影響。SBA-606EP采用獨(dú)特的陰離子表面活性劑和擴(kuò)散劑，有效促進(jìn)主鹽在膜孔中的有規(guī)律沉積，同時(shí)又能抑制槽液中的其他雜質(zhì)離子進(jìn)入膜孔而影響光澤，使之能保持鋁材著色和染色的本來顏色。

 

3 最佳使用工藝

SBA-606EP封孔劑性能良好，為了其具有更為優(yōu)異的性能，我們通過實(shí)驗(yàn)確定最佳控制工藝。實(shí)驗(yàn)采用6063型材，實(shí)驗(yàn)所用鋁材型號(hào)、機(jī)械加工工藝及合金成份相同，氧化條件為一般標(biāo)準(zhǔn)工藝，膜厚為15-17um。主要工序步驟：除油→堿蝕→出光→陽極氧化→SBA-606EP封孔。鋁材封孔晾干后立即進(jìn)行墨水和粘膠測(cè)試，在保證墨水和粘膠合格的情況下再進(jìn)行封孔失重檢測(cè)。墨水測(cè)試采用一種市售純藍(lán)墨水，失重采用硝酸預(yù)浸的磷鉻酸腐蝕失重試驗(yàn)。下面我們主要就槽液溫度、槽液PH值、槽液濃度和封孔時(shí)間與封孔失重的最佳對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 封孔溫度的影響

溫度是封孔的重要因素，適宜的封孔溫度決定封孔品質(zhì)的好壞。但如果生產(chǎn)工藝要求的溫度過高，勢(shì)必會(huì)使生產(chǎn)的能源消耗過大。很早就有資料記載無鎳封孔技術(shù)，但封孔溫度一般都在80℃以上，并且失重檢測(cè)達(dá)不到歐洲的硝酸預(yù)浸的磷鉻酸檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，而SBA-606EP在60-65℃時(shí)就具有良好的封孔性能，是普通的無氟無鎳封孔劑難以比擬的。我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SBA-606EP在溫度為60-65℃時(shí)，金屬在膜孔中的沉積速度最快。利用掃描電子顯微鏡可以看出，在同樣封孔時(shí)間下，SBA-606EP 在40-55℃時(shí)在膜孔中的沉積量是慢慢增加的，到60-65℃時(shí)沉積量最大，但當(dāng)溫度超過65℃以后，升高溫度時(shí)同樣封孔時(shí)間下膜孔中沉積量改變不大。封孔失重在65℃時(shí)已經(jīng)最好，在升高溫度失重變化不大，見圖(1)。

3.2 PH值的影響

3.2.1 PH值與溫度的關(guān)系。

普通含鎳的常溫和中溫封孔，在PH值相對(duì)較高時(shí)，鎳及其反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)較快的沉積于膜孔中，若PH值較低，適當(dāng)升高封孔溫度也可同樣促進(jìn)鎳及其反應(yīng)產(chǎn)物在膜孔中的沉積，達(dá)到較好的封孔效果。對(duì)于SBA-606EP封孔劑，實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PH值低于5.5時(shí)，即使溫度升高到75℃以上，墨水測(cè)試痕跡較明顯，輕微粘膠，PH值高于6.8時(shí)，溫度低于55℃，墨水和粘膠檢測(cè)較差，而當(dāng)PH值在5.8-6.8之間，相對(duì)較低PH值(如PH=5.8)時(shí)適當(dāng)升高溫度;或相對(duì)較高PH值(PH=6.8)時(shí)使用低溫度封孔，墨水和粘膠檢測(cè)效果好。

3.2.2 PH值的影響

PH值的控制是封孔工藝中的重點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SBA-606EP無氟無鎳封孔劑在使用中，在PH值6.0-6.5之間，即使溫度有所變化，其封孔效果也很好。本實(shí)驗(yàn)條件為槽液溫度62℃、氧化膜厚度15-17um，封孔時(shí)間6min，陳化時(shí)間24小時(shí)，封孔失重結(jié)果與PH值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示，其他性能如貼膜、表面狀態(tài)、墨水測(cè)試等均合格。

3.3 封孔時(shí)間的影響

封孔時(shí)間的長(zhǎng)短，直接影響封孔的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。能在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最好的封孔效果是SBA-606EP封孔劑的獨(dú)特優(yōu)異性能，在槽液溫度63℃左右，封孔速度可達(dá)到2-3um/min，封孔時(shí)間再繼續(xù)延長(zhǎng)對(duì)失重的變化不大。對(duì)于氧化膜15um鋁材，在槽液溫度62℃、PH值6.23時(shí)，陳化24小時(shí)，封孔時(shí)間與失重的檢測(cè)效果如圖3。

3.4 槽液濃度對(duì)封孔失重的影響

在SBA-606EP封孔劑的使用中，濃度對(duì)封孔效果有一定關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在槽液中SBA-606EP濃度低于5g/L時(shí)，即使提高封孔溫度或PH值、延長(zhǎng)封孔時(shí)間，墨水和粘膠檢測(cè)效果很差，槽液濃度在6-8g/L內(nèi)，封孔失重和墨水、粘膠檢測(cè)良好。而在濃度達(dá)到12g/L或更高時(shí)，封孔失重檢測(cè)變化不大，但較高濃度時(shí)槽液因生產(chǎn)中鋁材帶出的消耗會(huì)更多。

4 結(jié)論

4.1 具有獨(dú)特配方的SBA-606EP無氟無鎳封孔劑具有各項(xiàng)優(yōu)異性能，因其無氟無重金屬而具有良好的環(huán)保效果;封孔溫度低，封孔速度快，可節(jié)省能耗和提高生產(chǎn)效率。

4.2 獨(dú)特的促進(jìn)劑保證了封著色料不褪色不變色，以及行業(yè)領(lǐng)先的貼膜不粘膠能力。

4.3 其失重效果好于常溫及中溫封孔。

4.3 適宜的封孔工藝：槽液濃度6-8g/L，PH值6.0-6.5，溫度60-65℃，封孔時(shí)間2-3um/min。