技术领域
[0001] 本
发明属于铝及铝
合金喷涂前表面处理技术领域，特别涉及一种铝制品涂装前的表面处理方法。
背景技术
[0002] 铝由于
密度小、机械性能好以及易于加工成型，在航空、家电、仪表和建筑行业得到了日益广泛的应用。但是，铝及
铝合金的化学性质及其活泼，不稳定，容易被
腐蚀，需要在表面
覆盖保护层或装饰层，即进行涂装。在进行涂装之前的对铝及铝合金进行处理，能有效解决涂层和基材的结合
力和耐候性问题。
[0003] 传统的铝及铝合金涂装前处理工艺一般为：
研磨→
水洗→蚀刻→水洗→
阳极氧化或铬酸
钝化→水洗，之后再进行涂装。阳极氧化是为了提高涂层结合力，但有限；使用铬酸钝化也是为了提高涂覆层的结合力，六价铬为有害有毒物质，是诱发癌症的化学物质之一。因此，涂装前处理工艺淘汰铬处理是必然趋势。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服
现有技术的缺点与不足，提供一种铝制品涂装前的表面处理方法。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铝制品涂装前的表面处理方法，包括以下步骤：将铝制品研磨→水洗→无氰浸锌溶液（一次浸锌）→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗，得到涂装前表面处理好的铝制品；
[0006] 所述的研磨按传统工艺进行即可，优选为使用两根3M尼龙辊刷研磨或三根3M尼龙辊刷研磨，每根辊刷的转速为60转/min，铝制品前进速度为20m/min；
[0007] 所述的水洗均为用去离子水洗涤；
[0008] 所述的无氰浸锌溶液，以每升无氰浸锌溶液计，由300～500ml开缸剂和500～700ml水组成；
[0009] 所述的水优选为去离子水；
[0010] 所述的开缸剂包括以下组分：20～40g/L锌离子、80～200g/L
碱金属氢氧化物、50～100g/L主络合剂、13～40g/L辅助络合剂、0.07～2.00g/L结晶细化剂；以及2～8.5g/L镍离子、0.001～0.400g/L
铜离子、0.05～1.00g/L
铁离子和1～4g/L钴离子中的至少一种；
[0011] 所述的锌离子优选由氧化锌、氯化锌、
硫酸锌、
硝酸锌或
醋酸锌中的至少一种提供；
[0012] 所述的碱金属氢氧化物优选为氢氧化钠或氢氧化
钾；
[0013] 所述的主络合剂优选为焦
磷酸钾、焦磷酸钠、羟基乙叉二磷酸（HEDP）或
氨基三甲叉磷酸（ATMP）中的一种或至少两种；
[0014] 所述的辅助络合剂优选为一
乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、
乙二胺四乙酸（EDTA）、乙二胺四乙酸钠盐、乙二胺四乙酸
钾盐、四乙烯五胺、氨三乙酸或
硼酸中的一种或至少两种；
[0015] 所述的乙二胺四乙酸钠盐包括乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠；
[0016] 所述的乙二胺四乙酸钾盐包括乙二胺四乙酸二钾、乙二胺四乙酸三钾；
[0017] 所述的结晶细化剂优选为1,4-丁炔二醇（BOZ）、羟基丙烷磺酸吡啶嗡盐（PPS-OH）、丙炔醇丙氧基化合物（PAP）、丙炔醇（PA）、丙烷磺酸吡啶嗡盐（PPS）、丙炔醇乙氧基化合物（PME）、N,N-二乙基丙炔胺（DEP）、N,N-二乙基丙炔胺
甲酸盐（PABS）、N,N-二乙基丙炔胺丙烷磺酸内盐（DEPS）、丁炔二醇乙氧基化合物（BEO）、丁炔二醇丙氧基化合物（BMP）、丙炔基磺酸钠（PS）、烯丙基磺酸钠（ALS）、香草
醛、咪唑与环氧乙烷加成物（IZE）、咪唑与环氧氯丙烷缩合物（IZEC）、1-苄基吡啶翁-3-
羧酸盐（BPC）、多烯多胺与环氧氯丙烷缩合物（TPHE）、IME的水性阳离子季铵盐、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基甲酰胺基磺酸钠（TPS）或疏基咪唑丙磺酸钠（MESS）中的一种或至少两种；
[0018] 所述的镍离子优选由硫酸镍、氯化镍、醋酸镍或硝酸镍中的至少一种提供；
[0019] 所述的铜离子优选由氯化亚铜、氯化铜、硫酸铜、醋酸铜或硝酸铜中的至少一种提供；
[0020] 所述的铁离子优选由氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中的至少一种提供；
[0021] 所述的钴离子优选由硫酸钴、氯化钴、醋酸钴或硝酸钴中的至少一种提供；
[0022] 所述的无氰浸锌溶液的制备方法，包括以下步骤：
[0023] （1）用去离子水将提供锌离子的物质、提供镍离子的物质、提供铜离子的物质、提供铁离子的物质、提供钴离子的物质、碱金属氢氧化物、主络合剂、辅助络合剂和结晶细化剂溶解，得到开缸剂；其中各成分的浓度为20～40g/L锌离子、80～200g/L碱金属氢氧化物、50～100g/L主络合剂、13～40g/L辅助络合剂、0.07～2.00g/L结晶细化剂；以及2～8.5g/L镍离子、0.001～0.400g/L铜离子、0.05～1.00g/L铁离子和1～4g/L钴离子中的至少一种；
[0024] （2）以每升无氰浸锌溶液计，按300～500ml步骤（1）制备得到的开缸剂和500～700ml水混合，得到无氰浸锌溶液。
[0025] 所述的浸锌为使用无氰浸锌溶液于18～40℃浸泡铝制品10～60秒；
[0026] 所述的蚀刻的条件参照现有技术的工艺条件即可；
[0027] 所述的蚀刻的条件优选为：采用的蚀刻液A进行处理，阳极为铝制品，
阴极为不锈
钢板，
温度为40℃，通电时间为1.5min，阳极
电流密度为50A/dm2，阴极电流密度为10A/dm2；蚀刻液A的组成如下：
氯化钠70g/L；
[0028] 所述的阳极氧化的条件参照现有技术的工艺条件即可；
[0029] 所述的阳极氧化的条件优选为：采用的阳极氧化液B进行氧化，阳极为铝制品，阴极为
不锈钢板，温度为45℃，处理时间为1～20min，
电压为10～20V；阳极氧化液B的组成如下：硫酸180～200g/L。
[0030] 经过上述涂装前的表面处理方法处理好的铝制品直接进行涂装即可；
[0031] 所述的涂装的条件参照现有技术的工艺条件即可；
[0032] 所述的涂装的条件可为：先将表面处理好的铝制品于150℃烘干8min，采用环氧/聚酯
粉末涂料进行喷涂，喷涂参数：
喷枪移动速度3m/min，供粉量220g/min，
输出电压75Kv、输出电流25μA；180℃
固化20min，然后冷却和检验。
[0033] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0034] （1）本发明首次在传统工艺上增加无氰一次浸锌工艺，无毒无害，废
水处理简单，可使得到的铝制品涂装后
耐磨性能大大提高，从而延长器件的使用寿命。与传统工艺对比，通过本发明得到铝制品，涂装后得到的涂覆层耐磨性好，试验耐磨次数可达90次以上，是传统工艺得到的涂覆层耐磨性能的三倍（试验耐磨次数＜30次）。
[0035] （2）本发明提供的无氰浸锌溶液与一般的无氰浸锌溶液相比，具有耐磨性能好且稳定的特点。
具体实施方式
[0036] 下面结合
实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0037] 实施例1
[0038] （1）无氰浸锌溶液的制备：
[0039] ①用去离子水将硫酸锌、氯化铁、氢氧化钠、焦磷酸钾、三乙醇胺、乙二胺四乙酸二钠、BOZ、ALS和SP溶解，得到开缸剂；其中各成分的浓度为锌离子40g/L、铁离子1g/L、氢氧化钠150g/L、焦磷酸钾100g/L、三乙醇胺10g/L、EDTA二钠3g/L、BOZ0.1g/L、ALS1.85g/L、SP0.05g/L。
[0040] ②开缸剂300ml/L，其余为去离子水，得到无氰浸锌溶液。
[0041] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0042] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0043] ①研磨：使用两根3M尼龙辊刷对铝板材制备的
工件进行研磨，每根辊刷的转速为60转/min，铝板前进速度为20m/min。
[0044] ②无氰一次浸锌：使用步骤（1）制备的无氰浸锌溶液对工件于18℃浸泡60S（秒）；
[0045] ③蚀刻：采用的蚀刻液A进行处理，阳极为工件，阴极为不锈钢板，温度为40℃，电
镀时间为1.5min，阳极电流密度为50A/dm2，阴极电流密度为10A/dm2；蚀刻液A的组成如下：氯化钠70g/L；
[0046] ④阳极氧化：采用的阳极氧化液B进行氧化，阳极为工件，阴极为不锈钢板，温度为45℃，处理时间为1min，电压为20V；阳极氧化液B的组成如下：硫酸190g/L；
[0047] ⑤涂覆涂层及后续工艺：工件先于150℃烘干8min，采用热固性环氧聚酯粉末涂料（佛山市沃隆化工有限公司，永涂丽牌）进行喷涂，喷涂参数：喷枪移动速度3m/min，供粉量220g/min，输出电压75Kv、输出电流25μA；180℃固化20min，然后冷却和检验。
[0048] 实施例2
[0049] （1）无氰浸锌溶液的制备：
[0050] ①用去离子水将氧化锌、硫酸铁、醋酸钴、氢氧化钠、HEDP、一乙醇胺、四乙烯五胺、DEP、PS和MESS溶解，得到开缸剂；其中各成分的浓度为锌离子20g/L、铁离子0.05g/L、钴离子1g/L、氢氧化钠80g/L、HEDP50g/L、一乙醇胺20g/L、四乙烯五胺5g/L、DEP1g/L、PS0.2g/L、MESS0.05g/L。
[0051] ②开缸剂500ml/L，其余为去离子水，得到无氰浸锌溶液。
[0052] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0053] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0054] ①研磨：使用三根3M尼龙辊刷对铝板材制备的工件进行研磨，每根辊刷的转速为60转/min，铝板前进速度为20m/min。
[0055] ②无氰一次浸锌：使用步骤（1）制备的无氰浸锌溶液对工件于20℃浸泡40S；
[0056] ③蚀刻：同实施例1；
[0057] ④阳极氧化：采用的阳极氧化液B进行氧化，阳极为工件，阴极为不锈钢板，温度为45℃，处理时间为20min，电压为10V；阳极氧化液B的组成如下：硫酸180g/L；
[0058] ⑤涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0059] 实施例3
[0060] （1）无氰浸锌溶液的制备：
[0061] ①用去离子水将氯化锌、醋酸镍、氯化亚铜、硝酸铁、ATMP、焦磷酸钾、氨三乙酸、二乙醇胺、PPS-OH、PA、IZEC和TPS溶解，得到开缸剂；其中各成分的浓度为锌离子30g/L、镍离子6g/L、铜离子0.001g/L、铁离子0.5g/L、氢氧化钾160g/L、ATMP50g/L、焦磷酸钾30g/L、氨三乙酸20g/L、二乙醇胺10g/L、PPS-OH0.5g/L、PA0.2g/L、IZEC0.05g/L、TPS0.08g/L；
[0062] ②开缸剂400ml/L，其余为去离子水，得到无氰浸锌溶液。
[0063] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0064] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0065] ①研磨：同实施例1；
[0066] ②无氰一次浸锌：使用步骤（1）制备的无氰浸锌溶液对工件于40℃浸泡10S；
[0067] ③蚀刻：同实施例1；
[0068] ④阳极氧化：采用的阳极氧化液B进行氧化，阳极为工件，阴极为不锈钢板，温度为45℃，处理时间为10min，电压为15V；阳极氧化液B的组成如下：硫酸200g/L；
[0069] ⑤涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0070] 实施例4
[0071] （1）无氰浸锌溶液的制备：开缸剂450ml/L，其余为去离子水。
[0072] 其中，开缸剂的成分为醋酸锌（锌离子含量为28g/L）、硝酸镍（镍离子含量为2g/L）、氯化铜（铜离子含量为0.2g/L）、氯化铁（铁离子含量为0.6g/L）、硫酸钴（钴离子含量为4g/L）、氢氧化钠（浓度为200g/L）、焦磷酸钾（浓度为80g/L）、二乙醇胺（浓度为20g/L）、硼酸（浓度为10g/L）、PAP（浓度为0.1g/L）、PME（浓度为0.1g/L）、IZE（浓度为1.5g/L）、MESS（浓度为0.12g/L）。
[0073] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0074] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0075] ①研磨：同实施例2；
[0076] ②无氰一次浸锌：同实施例1；
[0077] ③蚀刻：同实施例1；
[0078] ④阳极氧化：同实施例1；
[0079] ⑤涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0080] 实施例5
[0081] （1）无氰浸锌溶液的制备：开缸剂350ml/L，其余为去离子水。
[0082] 其中，开缸剂的成分为氧化锌（锌离子含量为30g/L）、硫酸镍（镍离子含量为5g/L）、硫酸铜（铜离子含量为0.4g/L）、氯化钴（钴离子含量为2g/L）、氢氧化钠（浓度为140g/L）、焦磷酸钾（浓度为60g/L）、HEDP（浓度为10g/L）、三乙醇胺（浓度为15g/L）、四乙烯五胺（浓度为25g/L）、DEPS（浓度为0.01g/L）、PABS（浓度为0.01g/L）、BEO（浓度为0.02g/L）、BPC（浓度为0.02g/L）、TPHE（浓度为0.01g/L）。
[0083] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0084] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0085] ①研磨：同实施例2；
[0086] ②无氰一次浸锌：同实施例1；
[0087] ③蚀刻：同实施例1；
[0088] ④阳极氧化：同实施例1；
[0089] ⑤涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0090] 实施例6
[0091] （1）无氰浸锌溶液的制备：开缸剂500ml/L，其余为去离子水。
[0092] 其中，开缸剂的成分为氧化锌（锌离子含量为24g/L）、硫酸镍（镍离子含量为8.5g/L）、氯化铁（铁离子含量为0.4g/L）、氯化钴（钴离子含量为1g/L）、氢氧化钠（浓度为160g/L）、焦磷酸钾（浓度为80g/L）、HEDP（浓度为20g/L）、三乙醇胺（浓度为10g/L）、四乙烯五胺（浓度为15g/L）、DEP（浓度为0.3g/L）、BMP（浓度为0.1g/L）、SP（浓度为0.3g/L）。
[0093] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0094] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0095] ①研磨：同实施例2；
[0096] ②无氰一次浸锌：25℃，45S；
[0097] ③蚀刻：同实施例1；
[0098] ④阳极氧化：同实施例1；
[0099] ⑤涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0100] 对比例1
[0101] 铝板材制备的工件按传统工艺进行：研磨→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺。
[0102] ①研磨：同实施例2。
[0103] ②蚀刻：同实施例1；
[0104] ③阳极氧化：采用的阳极氧化液B进行氧化，阳极为工件，阴极为不锈钢板，温度为45℃，处理时间为20min，电压为10V；阳极氧化液B的组成如下：硫酸180g/L；
[0105] ④涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0106] 对比例2
[0107] （1）无氰浸锌溶液：国外知名品牌的四元（Zn-Ni-Cu-Fe）无氰沉锌溶液500ml/L，其余为去离子水。
[0108] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0109] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0110] ①研磨：同实施例1；
[0111] ②无氰一次浸锌：同实施例1；
[0112] ③蚀刻：同实施例1；
[0113] ④阳极氧化：同实施例1；
[0114] ⑤涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0115] 对比例3
[0116] （1）无氰浸锌溶液：国外知名品牌的四元（Zn-Ni-Cu-Fe）无氰沉锌溶液500ml/L，其余为去离子水。
[0117] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0118] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0119] ①研磨：同实施例2；
[0120] ②无氰一次浸锌：同实施例1；
[0121] ③蚀刻：同实施例1；
[0122] ④阳极氧化：同实施例1；
[0123] ⑤涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0124] 对比例4
[0125] （1）无氰浸锌溶液：国外知名品牌的二元（Zn-Fe）无氰沉锌溶液500ml/L，其余为去离子水。
[0126] （2）用上述制备得到的无氰浸锌溶液对铝制品进行涂装处理，步骤为：
[0127] 研磨→水洗→浸锌→水洗→蚀刻→水洗→阳极氧化→水洗→涂覆涂层及后续工艺；水洗步骤均为用去离子水洗涤；
[0128] ①研磨：同实施例1；
[0129] ②无氰一次浸锌：同实施例1；
[0130] ③蚀刻：同实施例1；
[0131] ④阳极氧化：同实施例1；
[0132] ⑤涂覆涂层及后续工艺：同实施例1。
[0134] 采用国际标准ISO2409（2007E）划格法测定色漆和
清漆的附着力，结果见表1（OK表示合格，NG表示不合格，等级数值越小表明耐磨性能越好）。
[0135] 表1附着力结果
[0136] 等级 判定
实施例1 1 OK
实施例2 0 OK
