[发明专利]铝合金无铬钝化剂及铝合金无铬钝化处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术，具体涉及一种铝合金无铬钝化剂及铝合金无铬钝化处理系统。

背景技术

我国是世界第一大铝生产国和消费国。由于铝合金具有优异的物理化学和机械加工等性能，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等领域，全国每年加工处理铝合金约1300万吨，仅佛山市每年加工的铝合金就达到350万吨，产值超过1000亿元。然而，铝合金在潮湿、含工业气体、燃料气体、盐分和尘埃大气等环境中使用时极易发生点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等，限制其应用范围，缩短铝合金的使用寿命。为满足工业的不同要求和延长其使用寿命，金属表面往往需要进行装饰和保护性处理。迄今为止用于金属表面处理中最成功的技术、一直是拥有百年历史的一种传统加工工艺——铬酸盐化学转化（钝化），该技术广泛应用于航天航空、电子、汽车、制药、印刷、机械、化工、食品加工等工业领域的多种金属及合金的保护。

近年来的研究调查表明，铬酸盐易在人体内积聚而导致皮肤溃疡、扁平上皮癌、肉瘤和乳腺癌等多种疾病，是一种毒性极强的致癌物质，尤其是铬酸盐不像氰化物那样容易被分解处理，金属表面铬酸盐处理技术在生产、废水排放、废渣、产品使用每个环节都对环境和人类产生强烈而致命的健康危害。

根据我国对镀铬车间工作工人的职业健康调查发现，由于吸入大量铬（酸）雾，有的工人鼻梁软骨腐烂，有的工人被查出患有白血病。一公斤铬酸渗入地下，将使五公里半径内的地下水会受到污染成为致癌的毒水。当今世界电子电气产业的迅猛发展及其产品设备更新换代速度的加快，大量电子垃圾的产生已经给全球生态环境和非可持续资源的再生利用造成了严重危害。在这方面，金属表面铬酸盐处理的废弃产品对环境和人类健康的影响表现得尤其严重。

金属腐蚀对武器装备的作战性能、安全性、可靠性和使用寿命以及国防建设有着广泛而重要的影响。铬酸盐处理是金属腐蚀保护最常见的化学转化处理工艺，国防工业上广泛应用。尤其是极端条件以及热带和海洋性气候环境下、武器装备及各种金属零件的腐蚀保护，铬酸盐金属表面处理技术被广泛应用。例如，美国海军每年用于战斗机腐蚀保护而采用铬酸盐处理维护费用超过十亿美元。因此，美国海军每年都投入大量经费用于高强度铝合金的无铬转化膜研究。

与钢铁材料相比较，铝合金材料具有强度高、耐蚀性好的优点，因而在航空领域上的使用量上占很大的比例。铬酸盐化学转化处理作为一种提高金属材料耐蚀性的工艺方法，一直是航空器中铝及铝合金零件使用最普遍、最有效和最经济的方法之一。

铝合金铬酸盐化学转化处理工艺在飞机制造工业中应用十分广泛，无论是国外还是国内战斗机的制造，这种工艺都在大量使用。例如，由于使用环境的恶劣，被用于机身建造的高强度铝合金必须采用铬酸盐进行表面处理。在美国Oklahoma州的Tinker空军基地每天产生一百四十万加仑含铬的表面处理工业废水。西安作为国家航空航天产业基地，其航天航空铝合金表面处理一直采用铬酸盐化学转化处理技术。因此，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。

迄今为止，建筑用铝及其合金型材一般通过形成化学转化膜来保护其表面（钝化处理）。目前应用最为广泛的铝及其合金的表面化学转化膜仍然是有近百年历史的六价铬转化膜（铬酸盐膜），如图1所示，为现有技术的钝化工艺流程示意图，包括除油、水洗1、水洗2、铬化、水洗3、水洗4以及烘干步骤，该钝化处理工艺采用铬酸盐为钝化液，采用含氟的促进剂，具有铬酸盐成本低廉、钝化膜有良好的附着力和抗腐蚀能力、工艺成熟等优点，通常亦作为其它转化膜技术的衡量标准[铝合金国标GB-5237.4-2004]。但是，由于铬酸盐钝化处理液中含有对人体及环境极为有害的有毒致癌元素六价铬，不仅金属表面防腐处理过程中会造成严重的环境污染和人体伤害，而且钝化膜中的六价铬还将导致被处理产品在日后使用及废弃时对环境造成二次污染。因此，欧美等发达国家已明令禁止在金属表面处理过程中使用有铬工艺。2003年2月13日，欧盟发布了“报废电子电气设备指令”和“关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令”，这两个限制性的文件就是所谓的“RoHS指令”。RoHS指令的生效使得铬酸盐在金属处理中的使用最终将被禁止。我国电子工业部也在2002年3月6日宣布，拟从2002年7月起对致癌化合物六价铬（铬酸盐）实行限量使用，并与欧盟同步在2006年7月前取消使用铬酸盐。一系列政府政策的出台和实施，使铝和铝合金生产企业陷入生死存亡的境地，也促使铝和铝合金无铬钝化技术的研究成为热点。