应用于门窗幕墙铝型材表面处理的绿色新工艺——无铬转化膜处理技术

　　【小百科】铬(Chromium)，化学符号Cr，单质为钢灰色金属。元素名来自于希腊文，原意为“颜色”，因为铬的化合物都有颜色。铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍,并易被人体吸收且在体内蓄积，三价铬和六价铬可以相互转化。铬的污染源有含铬矿石的加工、金属表面处理、皮革鞣制、印染等排放的污水。三价的铬是对人体有益的元素，而六价铬是有毒的。

　　表面使用无铬钝化，其钝化液中不含铬及铬的任何价位离子，在源头上控制了铬离子的存在，使生产企业做到了使用新产品进行清洁生产的目的，同时，钝化后的产品不含任何铬离子，也保证了最终产品符合环保要求，不会存在对人体有害的铬。有些人认为三价铬也是无铬钝化，这是非常错误的观念，因为三价格也能最终转化为六价铬，因此，真正的无铬钝化是不含任何铬离子的。

　　一、铝材无铬钝化技术研究摘要

　　为满足工业铝材的不同要求和延长其使用寿命，铝合金表面往往需要进行装饰保护性处理。迄今为止用于铝材表面处理中最成功的技术一直是铬酸盐化学转化(钝化)传统工艺，该技术广泛应用于航天航空、电子、汽车、机械等工业领域的多种金属及其合金的保护。

　　可是，近年来的研究调查表明，由于铬酸盐是一种毒性极强的致癌物质，铬酸盐处理技术在生产、废水排放、产品使用及废弃产品每个环节都对环境和人类产生强烈而致命的健康危害。

　　因此，取消拥有百年历史的铬酸盐化学转化处理的传统工艺、开发其替代技术已经成为铝合金无铬钝化技术研究的热点。技术先进、环保节能的铝合金表面无铬转化膜处理技术的开发、应用和推广对于节约能源、促进社会的可持续发展具有十分重要的意义。

　　二、铝材无铬钝化介绍

　　本文主要研究了铝合金表面氟铝酸盐钝化工艺,通过实验确定了双氧水-氟铝酸盐钝化的最佳工艺。研究表明,通过大量的物理性能检测和化学性能的试验,双氧水-氟铝酸盐钝化工艺的界面涂层附着力性能优异,铝合金的抗腐蚀能力有着显著的提高,与铬酸盐钝化工艺的耐蚀性相接近。

　　近年来，无铬钝化工艺已经在应用生产过程中取得了积极的进展，无铬钝化工艺毫无疑问就是未来的发展方向。目前应用的无铬钝化技术主要包括三种：三价铬盐、高锰酸盐和锆钛盐转化膜技术。但是，这些技术存在着下述三个缺点而使它们的应用受到影响或限制：第一，处理过程中转化液需要加热到40℃，耗费能源;第二，只适用于一般铝合金，对含有铜、锌、硅量较高的其他铝合金，如航天航空铝合金、铸造铝合金该技术并不适用;第三，三价铬盐、高锰酸盐和锆钛盐的浓度变化对转化膜的质量影响非常大，因此，必须经常对这些盐的浓度进行复杂的化学分析。

　　虽然无铬钝化处理技术存在着上述中的种种问题，但是无铬钝化工艺无疑是环保型钝化处理技术发展的方向。本文就提出了双氧水-氟铝酸盐钝化工艺可以替代铬酸盐转化而真正地成为绿色环保型的无铬钝化。

　　三、技术优势概述

　　研究表明,利用氟离子对铝的强刻蚀性迅速形成稳定的氟铝络合离子、进而反应产生氟铝酸盐沉淀的原理在铝合金表面形成转化膜。双氧水-氟铝酸盐钝化化膜技术优点如下：

　　1、绿色环保节能

　　铝合金表面氟铝酸盐转化膜制备技术不使用六价铬铬和磷酸盐，生成的转化膜自然不含六价铬和磷酸盐。采用这种技术处理的铝合金不仅环保，废旧产品的回收也更为方便。另外，氟铝离子对铝合金的强刻蚀性，使得氟铝酸盐转化膜能够在常温条件下(10～40度)在铝合金表面形成。

　　2、高效性能稳定

　　氟离子对铝的强刻蚀性以及氟铝络合离子的高度稳定性，使得氟铝酸盐转化膜常温条件下短时间(1～5分钟)就能够在铝合金表面形成。与传统的铬酸盐转化膜和磷化膜技术不同，氟铝酸盐转化膜技术由于铝合金表面被刻蚀的铝离子本身参与了氟铝酸盐转化膜的生成，使得膜层颗粒细小、致密，转化膜与铝合金本身基体结合牢固，耐蚀性能好、与有机涂层附着力强。

　　3、工艺操作简便

　　处理过程关键的控制条件是PH。虽然铝刻蚀过程转化液PH将上升，但由于氟铝酸盐转化膜的形成与PH无关，结果使得转化反应过程中转化液的PH几乎不发生变化。又由于转化反应在常温条件下进行，因此，生产处理过程工艺控制操作简单，使用、维护方便。

　　4、适用范围广、通用性好

　　通过在转化液中加入配位化合物络合反应过程中铝合金表面溶解出来的铜、锌、镁等金属离子，可以消除这些有害杂质对转化膜形成的影响，因而该工艺不仅适用于一般铝合金，还适用于铜、锌或镁含量较高的航天航空、铸造等其他铝合金。

　　总之，与三价铬盐、高锰酸盐和锆钛盐三种铝合金表面无铬转化膜处理技术相比，氟铝酸盐转化膜新技术具有绿色环保节能、高效高性能、工艺操作简便、适用范围广泛等许多优点而具有极强的市场竞争力，市场应用前景非常广阔。