噴涂鋁合金型材具有優(yōu)良的耐蝕性和耐候性，堅固耐用，外觀裝飾好，生產(chǎn)工藝比陽極氧化簡單，環(huán)保安全等特點，在建筑、裝潢、運輸?shù)刃袠I(yè)得到廣泛應(yīng)用。鋁合金型材在噴涂前處理中必須進(jìn)行化學(xué)清洗和浸蝕，清除其表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰塵等污染物，使鋁合金基體裸露出來，形成均勻的活化表面，這是保證鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜質(zhì)量和噴涂質(zhì)量的關(guān)鍵。本文研究的酸蝕脫脂工藝將傳統(tǒng)工藝的脫脂、堿蝕、除污出光三道工序合為一道工序，降低成本和節(jié)省能源，經(jīng)處理后的鋁合金表面平滑光潔，保持鋁合金原有的光澤，鋁材溶解損耗量和槽液沉淀少，與鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理配套性能好，特別適用于鋁合金型材噴涂前的表面處理。
一、鋁合金型材噴涂前處理工藝
工藝流程：工件裝掛→酸蝕脫脂→水洗→水洗→鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理→水洗→純水洗→瀝水→烘干→噴涂→固化。
鋁型材噴涂前處理生產(chǎn)線分為全自動噴淋立式線和間歇式全浸漬臥式線兩種。立式線適用于批量大、形狀簡單的工件，生產(chǎn)效率高，處理質(zhì)量穩(wěn)定，缺點是設(shè)備復(fù)雜、投資大；臥式線適宜處理形狀復(fù)雜的工件，投資少，應(yīng)用廣，缺點是處理速度較慢、生產(chǎn)效率低。
酸蝕脫脂工藝配方和參數(shù)：硫酸（97％），30g/L-50g/L;氟化氫銨，3g/L-8g/L；檸檬酸，2g/L-4g/L；硝酸鈉，1g/L-3g/L；硫酸鐵，0.5g/L-1.5g/L；二丙二醇，1g/L-2g/L；脫脂劑，0.1g/L-0.5g/L；溫度，5℃-40℃；時間，3min-5min浸漬，1min-3min噴淋；噴淋壓力，0.1MPa-0.2MPa。
二、成分和工藝參數(shù)的影響
1.硫酸
稀硫酸是一種非氧化性的無機酸，對鋁合金型材有輕微的化學(xué)浸蝕作用，使用成本較低，酸霧揮發(fā)性少。硫酸能溶解、剝離鋁及鋁合金表面形成的自然氧化膜；裸露的鋁合金基體與硫酸發(fā)生反應(yīng)，起到活化鋁表面的作用。當(dāng)槽液中硫酸濃度低于30％時，鋁的化學(xué)溶解速度隨硫酸濃度的增加而緩慢地增加，鋁材溶解損耗量少；當(dāng)槽液中硫酸濃度超過30％以后，鋁的腐蝕速度迅速加快，易產(chǎn)生過腐蝕，光亮度下降。一般來說，槽液中硫酸濃度不宜超過15％。
2.氟化氫銨
氟離子在酸蝕脫脂液中作脫除氧化膜的加速劑，能加速溶解鋁表面的氧化膜，消除或減少擠壓模痕和其他缺陷，使鋁型材表面平整光潔、均勻一致。氟是一種體積小、電負(fù)性較強的鹵族元素，對鋁能起強烈的氧化作用，與雜質(zhì)有一定的絡(luò)合能力，能溶解鋁合金表面的錳、銅、硅等合金元素和雜質(zhì)，抑制和除去鋁材上的黑色掛灰，獲得較光亮的金屬表面。氟化氫銨的化學(xué)穩(wěn)定性強于氫氟酸的，對人體皮膚的傷害作用小于氫氟酸的，因此，采用氟化氫銨取代氫氟酸為溶液提供氟離子，在生產(chǎn)中使用比較安全，還可以減輕氟離子對不銹鋼設(shè)備的腐蝕。脫除氧化膜的腐蝕速度隨氟化氫銨濃度的增加而增長，氟化氫銨含量不宜過高，否則反應(yīng)劇烈易造成過腐蝕，降低鋁表面光澤，不利于后續(xù)的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理。
3.檸檬酸
檸檬酸在酸蝕脫脂液中主要起緩蝕作用，能有效地抑制鋁在酸性介質(zhì)中的腐蝕。檸檬酸是三元有機酸，能在鋁基體表面進(jìn)行物理和化學(xué)吸附，改變金屬/溶液界面的雙電層結(jié)構(gòu)，增加金屬離子化過程的活化能，從而使腐蝕速度減慢，降低鋁材的損耗量，避免發(fā)生過腐蝕。檸檬酸是金屬離子的絡(luò)合劑，能與從酸蝕液中溶解下來的鋁、鎂、鐵等離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，減少槽液中鋁離子的含量，掩蔽槽液中雜質(zhì)的干擾，使溶液穩(wěn)定，減少沉淀，從而延長酸蝕脫脂液的使用壽命。檸檬酸的加入，對減少鋁損耗、降低化工材料消耗、減少槽液沉渣、改善操作條件均有一定的作用。
4.硝酸鈉
硝酸鈉是酸蝕脫脂液中的氧化劑，對鋁合金具有良好的光亮和整平效果。硝酸鈉的作用是使鋁材表面發(fā)生氧化反應(yīng)，形成的氧化鋁鈍化膜遏制了鋁表面凹陷處的酸性擇優(yōu)浸蝕，使鋁型材的腐蝕面平整、光潔。
5.硫酸鐵
三價鐵離子能加速對鋁型材表面進(jìn)行腐蝕和脫除氧化膜，F(xiàn)e3+可以在鋁材表面發(fā)生置換反應(yīng)，形成微電池，使鋁表面產(chǎn)生微量氫氣，將油污帶出鋁表面，反應(yīng)過程AL+Fe3++2H+→AL3++Fe2++H2↑。槽液中的氧化劑能將上述反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+重新氧化成Fe3+，減少Fe2+的積累，使槽液穩(wěn)定，因此Fe3+在反應(yīng)過程中自身不消耗，主要起促進(jìn)作用，可提高鋁材的除污速度和光潔度。
6.二丙二醇
在酸蝕脫脂液中加入二丙二醇等易溶于水、微毒類的有機低分子增溶劑，能大大降低溶液的表面張力，顯著改善酸蝕脫脂液的清洗能力和溶液穩(wěn)定性。油脂的分子結(jié)構(gòu)中有較長的烴基，與有機溶劑的結(jié)構(gòu)相似，可以互相溶解，因此，利用有機溶劑對油脂具有很強的溶解能力的特點，可以提高酸蝕脫脂液的脫脂效果。
7.脫脂劑
鋁材表面上的油脂通?？煞譃榈V物油脂和動植物油脂兩大類型，表面活性劑對上述油脂有良好的潤濕、乳化能力，在酸蝕脫脂過程中，表面活性劑吸附在油與溶液的界面上，其親水基因指向溶液，親油基因指向油污，定向地排列，使油和溶液的界面張力大大降低，油脂在金屬表面的附著力減弱，在酸腐蝕金屬產(chǎn)生氫氣的機械剝離作用下，油污松動，容易分散成極小的油珠脫離金屬表面懸浮于溶液中，表面活性劑的增溶作用可防止脫下來的油污再粘附到鋁材表面。常溫下提高除油效率的關(guān)鍵是表面活性劑的選擇和配比優(yōu)化，應(yīng)根據(jù)表面活性劑的表面張力、濁點、臨界膠束濃度以及親憎平衡值（HLB值），選擇多種對油污吸附性、潤濕性和分散性好，滲透力和乳化力特別強，泡沫少，生物降解性好，在酸性溶液中性能穩(wěn)定的陰離子型和非離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，復(fù)配時要將HLB值調(diào)整至12-16，以適合溶液清洗的范圍。復(fù)配后兩者的協(xié)同效應(yīng)可以達(dá)到互相補償及增效之目的，使溶液的表面張力和臨界膠束濃度下降，濁點升高，表面活性增加，潤濕性能和凈洗作用都得到明顯的改善。在采用噴淋方式進(jìn)行酸蝕脫脂時，由于機械力的作用會產(chǎn)生大量泡沫，使溶液以泡沫的形式大量從槽中溢出，因此，應(yīng)加入適量的消泡劑抑制泡沫的產(chǎn)生。試驗表明，選擇磺酸鹽類陰離子型表面活性劑和烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚類非離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，可以獲得良好的除油效果。
8.溫度
試驗結(jié)果表明，除油脫除氧化膜的速度隨溫度升高而加快，溫度的升高可以降低油污黏度和界面張力，提高酸液對鋁材的浸蝕能力，增強表面活性劑與油污的乳化作用。溫度低于5℃時，除油脫除氧化膜的速度減慢，影響生產(chǎn)進(jìn)度；溫度高于40℃時，酸蝕脫脂液組分易揮發(fā)，產(chǎn)生酸霧，酸液損耗增大，能耗增加，鋁材易產(chǎn)生過腐蝕和黑色掛灰。因此，酸蝕脫脂液的使用溫度應(yīng)控制在5℃-40℃范圍內(nèi)。
9.時間
處理時間過短，工件表面的油污、自然氧化膜沒有完全除凈，會阻礙鉻酸鹽轉(zhuǎn)化成膜反應(yīng)的正常進(jìn)行；處理時間過長，會使鋁的損耗量增加，工件表面粗糙，光澤度下降，生產(chǎn)效率降低。處理時間與鋁材成分、表面油污的多少、自然氧化膜的厚度、處理溫度和方式等密切相關(guān)，一般取1min-5min，以油污、自然氧化膜完全清除干凈為原則來確定該工件的最佳酸蝕脫脂時間。
三、酸蝕脫脂工藝的應(yīng)用
1.槽液配制
先在槽中加入1/2體積的自來水，在攪拌下緩慢加入計算量的濃硫酸，冷卻至40℃左右；再依次加入計算量的氟化氫銨、檸檬酸等其他化學(xué)藥品，攪拌至完全溶解；然后加水至規(guī)定體積，攪拌均勻，測定酸度后即可投入使用。
2.槽液管理
隨著鋁合金型材處理量的不斷增加，酸蝕脫脂液在使用過程中不斷被消耗、帶出，酸度和脫脂效果降低，各種有效成分逐漸下降，因此，應(yīng)定時定期分析槽液，及時補加硫酸、氟化氫銨和其他化學(xué)藥品，使槽液各工藝參數(shù)保持在規(guī)定范圍內(nèi)。工件表面的油污被置換、分散、凝集后懸浮于酸蝕脫脂液表面，需經(jīng)常把液面上的油污溢流掉，以防止工件出槽時二次沾上油污。長期使用后，當(dāng)槽液中鋁離子積累過高時，應(yīng)部分或全部更換槽液。
3.質(zhì)量檢驗
目視檢查，經(jīng)酸蝕脫脂液處理后鋁合金型材表面露出金屬本色，平整光亮，油污和自然氧化膜全部除凈，水洗后水膜連續(xù)、完整，表面完全潤濕，不掛水珠，無黑色掛灰和過腐蝕現(xiàn)象。
四、結(jié)論
1.酸蝕脫脂工藝將脫脂、堿蝕、除污出光等工序一次性完成，與分槽處理工藝相比，簡化工序，減少占地面積和設(shè)備投資，節(jié)約化工原料和清洗用水。
2.常溫使用，槽液不需要加熱，節(jié)省能源，無酸霧揮發(fā)，不污染工作環(huán)境，能抑制酸性物質(zhì)對不銹鋼設(shè)備和廠房的侵蝕，延長清洗設(shè)備和廠房的使用壽命。
3.清除油污能力強，脫除氧化膜速度快，緩蝕效率高，鋁材溶解損耗量少，無過腐蝕和黑色掛灰現(xiàn)象。工件處理后呈銀白色，光潔發(fā)亮，表面質(zhì)量好。
4.溶液性能穩(wěn)定，沉淀物少，管理維護(hù)方便，槽液可連續(xù)循環(huán)使用期長，每槽可用1年以上。
