[发明专利]高硅铝合金无氢氟酸前处理的化学氧化法

说明书

本发明涉及铝和铝合金，特别是高硅铝合金的表面保护，属于用表面反应法在轻金属表面上形成氧化物层的方法。

通过化学氧化在铝合金的表面形成一层耐腐蚀和带有色彩的转化膜的方法，在已有技术中已有多种，西德专利2426392（1974年9月12日公布）就提供了一种快速化学氧化方法，但是，已有的方法均要求铝或铝合金在氧化前进行前处理，以去除金属表面的油脂、污垢或其它脏物。对于高硅铝合金来说，这类前处理要求更为严格，通常在脱脂（除油）处理后，要用强碱进行碱蚀，以彻底清除工件表面的自然氧化膜。同时，为了去除碱蚀后产生的黑膜和将残存的碱液中和掉，还要进行酸蚀，而且鉴于合金中所含硅的性质，这种酸蚀几乎毫无例外地要使用硝酸和氢氟酸的混合液，这种前处理不仅氢氟酸的耗量大、成本高，而且它对人体有害，易造成污染。另一方面，脱脂-碱蚀-酸蚀以及伴随其间的多次清洗，工艺流程，占用设备多，占地面积大，生产率也难以提高。

本发明的目的就在于提供一种新的化学氧化方法，不采用既不经济又有危害的氢氟酸，同时尽可能简化工序，降低成本，提高生产率。

如所周知，铝这种金属非常活泼，因而铝和铝合金的表面，在空气中极易形成一层自然氧化膜。传统的观点认为，化学氧化前必须把这层氧化膜清除干净，而实际上经氧化处理后所形成的转化膜中一般都含有Al₂O₃（即自然氧化膜）。这就意味着，只要自然氧化膜与基体的结合是牢固的，氧化处理前未必要清除得那么彻底，而就高硅铝合金而言，如果能减少前处理，也就减少了产生黑膜的机会，从而减少了使用氢氟酸去除黑膜的必要性。本发明正是根据这一构思做出的。

对于按正常工艺流程加工完毕的高硅铝合金零件，只要未因长斯搁置而遭受严重腐蚀，本发明提供的化学氧化方法如下：在含有Cr⁶⁺、Fe（CN）^-3₆和F^-等离子的一般氧化用酸性溶液中，加入少量表面活性剂和适量的Cl^-离子，即构成化学氧化用液，用磷酸、硝酸或盐酸调整，使溶液的pH值保持在1-1.7之间，在5-45°的温度下，将符合上述条件的工件，不经任何前处理，直接浸入溶液中1秒至10分钟捞出，即将原来的脱脂、碱蚀、酸蚀和化学氧化并为一步完成表面处理。

在所述方法中，表面活性剂通常应选在酸性溶液中润湿性好的，其加入量视工件的油污情况而定，一般取0.3-1mL/L为宜。Cl^-可以以酸或盐的形式加入。在酸性条件下，Cl^-有一定的去除自然氧化膜的能力，其含量为0、1-1g/L（以Cl^-计），实用中视温度和对颜色的要求而定，温度低可取上限，要求颜色淡可取下限，甚至不加。

采用本方法的最佳条件是：pH值取1.5-1.7，温度保持在20-30℃，时间控制在30秒以内。具体操作除浸入法外，还可以采取喷、涂或其它可使液体与工件接触的方式。

当工件表面油污很重或/和自然氧化膜很厚时，可适当增加少许与铝反应少的前处理。

本发明的最佳实施例如下：

处理对象：铸铝ZL16（含Si9-11%，Cu3-4%）。

表面情况：油污一般，自然氧化膜一般。

溶液成份：

H₃PO₄1ml/l

CrO₃5g/l

K₃Fe（CN）₆0.5g/l

NaF    0.5g/l

NaCl    0.3g/l

洗涤剂    1ml/l

pH    1.5

温度    25℃

操作步骤：将试样直接浸入该溶液中5秒钟，清洗后用热风吹干，得到亮浅黄带五彩的转化膜。按JB2864-81进行5%的中性盐雾试验，五周期不出现腐蚀白点

采用本发明的优点是：

1.工序简单，成本低，投资省，成本及投资均只有传统方法的一半左右;

2.因不使用氢氟酸，从而避免了对人体的危害和对环境的污染;

3.操作方便，生产效率高，比传统方法约可提高生产率一至二倍;

4.所用溶液适合于各种铝及铝合金的化学氧化，而且温度范围宽，抗杂质能力强，在机械、航空、建筑及轻工等领域均可采用。