有色金属材料涂装的预处理技术

工程上常用的有色金属材料主要包括铝及铝合金、锌及锌合金、镁及镁合金等，这些材料的预处理工艺与钢铁材料的预处理工艺有所不同。

1.铝及铝合金的涂装预处理

铝及铝合金与氧的结合力强，在大气中很容易形成一层氧化膜（厚度一般为0.01～0.02μm），该膜具有一定的耐蚀性，但能使工件失去原有的光泽；该膜厚度较薄，疏松、不均匀，直接在氧化膜上涂装，会使涂膜的附着力不强，因而必须对其进行氧化处理，以提高涂膜的附着力。目前，铝及铝合金的氧化处理分为化学氧化和电化学氧化两种。

（1）铝及铝合金的化学氧化 化学氧化主要采用铬酐氧化，所得氧化膜较薄（一般为0.5～4μm），多孔，有良好的吸附能力，质软不耐磨，耐蚀性较低，主要作为涂装底层。该工艺操作方便，生产率高，成本低，不受工件形状大小限制。按工艺规范可分为碱性氧化和酸性氧化。

1）碱性氧化：它是在含有碱金属的铬酸盐溶液中进行的。其氧化液成分及工艺条件如下：

碳酸钠 50g/L

氢氧化钠 2～2.5g/L

铬酸钠 15g/L

其余 水

温度 80～100℃

时间 5～20min

氧化处理后经水洗净，此时生成的薄膜保护能力较差，还应在20g/L铬酐水溶液中处理，使膜密实；然后用冷水冲洗，再用温水（不超过50℃）冲洗，于60℃烘干。

2）酸性氧化：其氧化膜的耐蚀性高于碱性氧化膜，基本上接近阳极氧化。酸性氧化法工艺配方较多，现举一例说明：铬酐3.5～4.0g/L，氟化钠1.0g/L，重铬酸钠3～5g/L，室温处理3～5min。

3）化学氧化的工艺流程：工件→脱脂→热水洗→冷水洗→碱蚀（氢氧化钠50g/L，50～70℃，1～3min）→水洗→化学氧化→水洗→封闭处理（酸性氧化：铬酐40g/L，90～95℃，5～10min，冲洗干净后于70℃下烘烤；碱性氧化：铬酐20g/L，室温处理5～15s，冲洗干净后在低于50℃的温度下烘烤）。

（2）铝及铝合金的阳极氧化（电化学氧化） 目前铝及铝合金涂装前阳极氧化主要采用硫酸阳极氧化法。在质量分数为15%～25%的硫酸电解液中，通以直流或交流电进行铝合金零件的阳极氧化，称为硫酸阳极化法。用这种方法可在铝零件表面上获得一层硬度高、吸附力强的无色氧化膜。经过热水或重铬酸钾溶液填充处理后，具有较高的防锈能力。此法所用的电解液单纯，溶液稳定，氧化工艺过程简单，时间短，操作易掌握，成本低，因而在工业上应用较广。

溶液成分和工艺条件如下：

硫酸（密度为1.84g/cm³） 180～200g/L

溶液温度 13～26℃

电流密度 0.8～2.5A/dm²

槽端电压 13～22V

处理时间 20～40min

另外，也有采用180～200g/L硫酸和15～20g/L草酸的混合溶液。草酸是作为槽液的添加剂加入的，其主要作用是降低电解液对氧化膜的溶解活性。但这并没改变氧化膜溶解的反应机理，而是草酸离子吸附在氧化膜表面，形成一层氢离子浓度大为降低的缓冲层，从而使氧化膜溶解速度降低，这样对提高氧化膜硬度和厚度都有良好效果。

在缺少直流电源设备的情况下，也可采用交流电硫酸阳极氧化，三相或单相交流电均可。工艺条件如下：(www.xing528.com)

硫酸（密度为1.84g/cm³） 130～150g/L

槽端电压 18～28V

电流密度 1.5～2A/dm²

槽液温度 13～26℃

处理时间40～50min

当交流电阳极氧化时，生成同样膜厚比用直流电时间上要多一倍。交流电阳极氧化时，阳极和阴极均可挂零件，但每根汇电杠上挂的零件面积应相等。对于容差小和光亮度要求高的零件，不宜采用交流电阳极氧化。

当铜含量较高的硬铝合金用交流电阳极氧化时，氧化膜常有绿色，往往因含铜量高而造成氧化膜腐蚀。当溶液中铜含量达0.02g/L时，氧化膜质量变坏，出现斑点或暗色条纹。为了防止这种现象发生，可在电解液中加入铬酐2～3g/L。加有铬酐的电解液中，铜含量允许到0.3～0.4g/L，也可加硝酸6～10g/L来消除铜的影响。

阳极氧化工艺流程为：工件→脱脂→热水洗→冷水洗→碱蚀（氢氧化钠50g/L，50～70℃，1～3min）→热水洗→冷水洗→出光（10%HNO₃）→阳极氧化（时间视膜厚要求而定）→冷水洗→热水洗→封闭（沸水封闭15～30min，或用快速封闭剂封闭）→热水洗→冷水洗→70～80℃干燥10～15min→涂装。

2.锌及锌合金的化学处理

锌及锌合金在工程上的应用日益广泛，而且随着钢铁基体耐蚀性要求的提高，许多工件要求先镀锌后再涂装，因此锌及锌合金的表面处理量逐年增加。

由于锌及锌合金表面平滑，与涂膜的附着力差，而且涂料的游离成分易与锌发生化学反应生成金属皂，影响涂膜的固化和性能，所以先要进行化学处理改变其表面的状态，增强涂膜的附着力。常用的方法有磷化和氧化两种。

磷化适用于电镀锌和熔融镀锌制品，所采用的促进剂通常是氟化物或含氟的化合物。该法最大特征是在极短的时间内形成有磷酸锌的致密薄膜，因此在锌的预处理中，必须尽量采用缓和的试剂，避免用强酸、强碱，否则容易使锌表面侵蚀。

磷化处理工艺规范见表4-9。

表4-9 磷化处理工艺规范 （单位：g/L）

锌及锌合金的化学氧化一般采用铬酸盐氧化法，其处理时间短，氧化膜耐蚀性好。其工艺规范为：铬酐120g/L，盐酸50mL/L，磷酸10mL/L，于30～35℃处理数秒，得到草绿色氧化膜。

3.镁及镁合金的化学处理

镁合金具有密度小、比强度大等特点，在航空航天、通信器材、计算机等领域具有广泛的应用。但镁合金的化学活泼性高，在空气中自然形成的碱式碳酸盐膜防护性很差。因此，镁合金作为工程材料时，必须进行表面防护，涂装是常用的方法之一，涂装前表面预处理要进行转化膜处理，主要有化学氧化和电化学氧化。

化学氧化工艺规范为：重铬酸钠65～80g/L，硝酸7～15mL/L，磷酸二氢钠65～80g/L，亚硝酸钠10～20g/L，80～90℃浸5min后水洗，干燥。

磷化处理工艺规范为：磷酸（85%）3～6mL/L，磷酸二氢钡40～70g/L，氟化钠1～2g/L，pH值为1.3～1.9，90～98℃，处理10～30min。

为了提高氧化膜或磷化膜的耐蚀性，镁及镁合金氧化膜或磷化膜一般应进行封闭处理，其封闭处理工艺为：重铬酸钾40～50g/L，90～98℃，处理15～20min。

阳极氧化处理工艺规范为：锰酸铝钾20～50g/L，磷酸三钠40～60g/L，氟化钾80～120g/L，氢氧化铝40～60g/L，氢氧化钾140～180g/L，电流密度2～5A/dm²，交流电压60～80V，小于40℃氧化10～30min。