一种绿色环保铝型材喷涂前处理工艺

技术领域

本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其涉及一种绿色环保铝型材喷涂前处理工艺。

背景技术

传统的铝合金型材喷涂前处理工艺主要采用酸洗铬化工艺，其中的酸洗工序除油效果好；铬化处理后则在铝型材表面形成铬化膜，耐蚀性能强。但是酸洗铬化工艺也存在一定的不足，具体表现在：第一，普通的酸对铝合金表面氧化膜的清除效率不高，不能高效地满足工业生产，因此在生产除油剂的时候往往会加入无机强酸-氢氟酸，与铝合金迅速反应，提高清除效率。我国废水排放标准中对氟离子含量规定严格，含氟废水不能随意排放，需要先除氟方能排放，通常的废水除氟工艺是在废水中加入氢氧化钙，生成氟化钙析出。氟化钙是一种工业危废，据2019年最新统计，我国铝型材产量在1900万吨左右，其中喷涂型材占比为60-70％，每生产1吨铝型材，至少产生6％废渣，也就是60kg废渣。经过测算，2019年的废渣量在68.4-79.8万吨之间。我国新出台的环保法规定，工业危废要出厂要缴交处理费，每吨400元，废渣处理费金额高昂，大大增加了生产成本。更重要的是，六七十万吨的工业危废可能对环境所造成恶劣影响，危害我们的子孙后代的生存与发展。第二，虽然铬化膜的耐蚀性好，也能提高喷涂涂层附着性，但铬作为一种重金属，对人体伤害是很大的，废水排放标准要求铬的浓度非常低，因此处理废水时又产生大量的危废铬渣。

发明内容

因此，针对以上内容，本发明提供一种绿色环保铝型材喷涂前处理工艺，解决现有铝型材喷涂前处理工艺产生大量的含氟、含铬工业废渣，不仅处理费用高昂，而且易污染环境以及水资源的问题。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种绿色环保铝型材喷涂前处理工艺，所述铝型材顶部吊挂在连续输送系统上，输送过程中进行各种喷涂前处理，具体包括以下步骤:

(1)水洗：

用自来水对铝型材进行清洗，除尘除屑；

(2)碱洗除油：

将脱脂剂溶解于水中配成脱脂液，对铝型材进行喷淋除油，所述脱脂剂包括以下重量份计的各组分：氢氧化钠15-20份、氢氧化钾5-10份、氢氧化铝1-2份、葡萄糖酸钠4-6份、亚硝酸钠3-5份、硫代硫酸钠0.1-0.3份；

(3)水洗：

用自来水清洗碱洗除油后的铝型材表面；

(4)中和：

用硫酸溶液喷淋铝型材表面，除去碱洗除油后产生并残留于铝型材表面的氧化物挂灰；

(5)水洗：

(6)纯水洗：

(7)无铬钝化：

将无铬钝化剂溶解于水中配成钝化液，喷淋在铝型材表面，对铝型材进行表面钝化处理；

(8)烘干。

进一步的改进是：步骤(2)中脱脂液的浓度为1.5-2％。

进一步的改进是：所述脱脂液循环使用，监测脱脂液的离子浓度并控制在以下范围内：游离碱点数6-20g/L，铝离子浓度≤15g/L，若超出该范围需要及时补充。

进一步的改进是：步骤(2)碱洗除后铝型材的蚀刻量＞0.5g/m

进一步的改进是：步骤(3)水洗的次数至少两次。

进一步的改进是：步骤(4)硫酸溶液的浓度为0.6-0.8％。

进一步的改进是：步骤(5)水洗的次数至少两次。

进一步的改进是：步骤(6)中纯水的电导率＜80us/cm，pH＞5。

进一步的改进是：步骤(7)钝化时间15-30s，钝化液浓度为0.4％。

进一步的改进是：步骤(7)钝化液pH要求在2.8-3.8范围内，电导率在200-600us/cm范围内。

进一步的改进是：步骤(7)钝化液要求pH在3.2-3.6范围内，电导率在280-450us/cm范围内。

进一步的改进是：烘干温度为80-100℃，时间10-30min。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的铝型材喷涂前处理工艺采用碱性除油配合无铬钝化技术，克服了现有采用酸洗铬化处理工艺废水中含有大量的氟离子、铬离子，废水处理后又产生氟渣和铬渣这些工业危废的问题。本发明在现有工艺的基础上进行优化改进，没有额外增加新的繁琐处理工序，采用现有的设备装置处理即可，无需进行更换改动，废水中无氟无铬，废水处理后不再产生氟渣和铬渣，只有普通的固废氢氧化铝，氢氧化铝废渣可以作为生产原料，制备工业净水剂聚合氯化铝，这样不仅变废为宝，创造经济效益，实现铝的全利用，也充分展现了“绿色化学”的经济理念。

碱性除油其实是老工艺，但现在却很少应用在除油上，这主要是因为传统碱洗除油技术有瑕疵，具体表现在：(1)铝合金的碱蚀反应受合金成分的影响，有明显金属间化合物的择优浸蚀现象，无法进行均匀的普遍腐蚀，得不到均匀的金属表面。(2)碱蚀除油槽中，铝离子的含量会随着生产的进行越来越高，槽液变得越来越粘稠，槽液的带出量很大，导致铝型材表面粘附的碱液也越多，不利于后续进行除灰。本发明对碱性除油过程采用的脱脂剂进行大量研究，寻找合适的表面活性剂、缓蚀剂和络合剂等组成添加剂，最终确定了脱脂剂的组分，包括以下重量份计的各组分：氢氧化钠15-20份、氢氧化钾5-10份、氢氧化铝1-2份、葡萄糖酸钠4-6份、亚硝酸钠3-5份、硫代硫酸钠0.1-0.3份，可以很好的解决铝合金表面均匀腐蚀以及槽液粘稠问题。

附图说明

图1是现有的铝型材喷涂前处理工艺路线图；

图2是本发明的铝型材喷涂前处理工艺路线图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。

实施例一

一种绿色环保铝型材喷涂前处理工艺，所述铝型材顶部吊挂在连续输送系统上，输送过程中进行各种喷涂前处理，具体包括以下步骤:

(1)水洗：

用自来水对铝型材进行清洗，除尘除屑；

(2)碱洗除油：

将脱脂剂溶解于水中配成脱脂液，脱脂液的浓度为1.5％，对铝型材进行喷淋除油，所述脱脂剂包括以下重量份计的各组分：氢氧化钠15份、氢氧化钾8份、氢氧化铝1份、葡萄糖酸钠5份、亚硝酸钠5份、硫代硫酸钠0.1份；

所述脱脂液循环使用，监测脱脂液的离子浓度并控制在以下范围内：游离碱点数6-20g/L，铝离子浓度≤15g/L，若超出该范围需要及时补充，碱洗除后铝型材的蚀刻量＞0.5g/m

(3)水洗：

用自来水清洗碱洗除油后的铝型材表面，水洗的次数为两次；

(4)中和：

用浓度为0.6％的硫酸溶液喷淋铝型材表面，除去碱洗除油后产生并残留于铝型材表面的氧化物挂灰；

(5)水洗：

用自来水清洗铝型材表面，水洗的次数为两次；

(6)纯水洗：

用纯水清洗铝型材表面，控制纯水的电导率＜80us/cm，pH＞5；

(7)无铬钝化：

将氟锆酸溶解于水中配成钝化液，喷淋在铝型材表面，对铝型材进行表面钝化处理，钝化液浓度为0.4％，钝化时间15s，钝化液要求pH在2.8-3.8范围内，电导率在200-600us/cm范围内；

(8)烘干：

无铬钝化处理后的铝型材免水洗，直接在80℃温度下进行烘干，烘干时间为30min。

在本实施例处理后铝型材表面喷涂粉末涂料(或氟碳漆)，根据GB/T5237.4-2017标准检测喷粉型材的各项性能。以热固性聚酯涂料(MF-PT3635)为例，测试结果如表1所示。

表1

实施例二

一种绿色环保铝型材喷涂前处理工艺，所述铝型材顶部吊挂在连续输送系统上，输送过程中进行各种喷涂前处理，具体包括以下步骤:

(1)水洗：

用自来水对铝型材进行清洗，除尘除屑；

(2)碱洗除油：

将脱脂剂溶解于水中配成脱脂液，脱脂液的浓度为1.8％，对铝型材进行喷淋除油，所述脱脂剂包括以下重量份计的各组分：氢氧化钠18份、氢氧化钾10份、氢氧化铝1.5份、葡萄糖酸钠4份、亚硝酸4份、硫代硫酸钠0.2份；

所述脱脂液循环使用，监测脱脂液的离子浓度并控制在以下范围内：游离碱点数6-20g/L，铝离子浓度≤15g/L，若超出该范围需要及时补充，碱洗除后铝型材的蚀刻量＞0.5g/m

(3)水洗：

用自来水清洗碱洗除油后的铝型材表面，水洗的次数为两次；

(4)中和：

用浓度为0.7％的硫酸溶液喷淋铝型材表面，除去碱洗除油后产生并残留于铝型材表面的氧化物挂灰；

(5)水洗：

用自来水清洗铝型材表面，水洗的次数为两次；

(6)纯水洗：

用纯水清洗铝型材表面，控制纯水的电导率＜80us/cm，pH＞5；

(7)无铬钝化：

将氟锆酸溶解于水中配成钝化液，喷淋在铝型材表面，对铝型材进行表面钝化处理，钝化液浓度为0.4％，钝化时间22s，钝化液要求pH在3.2-3.6范围内，电导率在280-450us/cm范围内；

(8)烘干：

无铬钝化处理后的铝型材免水洗，直接在100℃温度下进行烘干，烘干时间为10min。

在本实施例处理后铝型材表面喷涂热固性聚酯涂料，根据GB/T 5237.4-2017标准检测喷粉型材的各项性能。测试结果见表2。

表2

实施例三

一种绿色环保铝型材喷涂前处理工艺，所述铝型材顶部吊挂在连续输送系统上，输送过程中进行各种喷涂前处理，具体包括以下步骤:

(1)水洗：

用自来水对铝型材进行清洗，除尘除屑；

(2)碱洗除油：

将脱脂剂溶解于水中配成脱脂液，脱脂液的浓度为2％，对铝型材进行喷淋除油，所述脱脂剂包括以下重量份计的各组分：氢氧化钠20份、氢氧化钾5份、氢氧化铝2份、葡萄糖酸钠6份、亚硝酸钠3份、硫代硫酸钠0.3份；

所述脱脂液循环使用，监测脱脂液的离子浓度并控制在以下范围内：游离碱点数6-20g/L，铝离子浓度≤15g/L，若超出该范围需要及时补充，碱洗除后铝型材的蚀刻量＞0.5g/m

(3)水洗：

用自来水清洗碱洗除油后的铝型材表面，水洗的次数为两次；

(4)中和：

用浓度为0.8％的硫酸溶液喷淋铝型材表面，除去碱洗除油后产生并残留于铝型材表面的氧化物挂灰；

(5)水洗：

用自来水清洗铝型材表面，水洗的次数为两次；

(6)纯水洗：

用纯水清洗铝型材表面，控制纯水的电导率＜80us/cm，pH＞5；

(7)无铬钝化：

将氟锆酸溶解于水中配成钝化液，喷淋在铝型材表面，对铝型材进行表面钝化处理，钝化液浓度为0.4％，钝化时间30s，钝化液要求pH在3.2-3.6范围内，电导率在280-450us/cm范围内；

(8)烘干：

无铬钝化处理后的铝型材免水洗，直接在90℃温度下进行烘干，烘干时间为20min。

在本实施例处理后铝型材表面喷涂热固性聚酯涂料，根据GB/T 5237.4-2017标准检测喷粉型材的各项性能。测试结果见表3。

表3

由表1-3可以看出，采用本发明技术方案处理的铝型材，喷涂涂料后的所有相关技术指标达到国家标准，完全能够满足工业需求，可以大规模推广应用。

控制脱脂液浓度以便保证除油效果，清除干净表面氧化膜，脱脂液浓度过低或过高，都会影响钝化成膜效果，降低涂料在铝型材表面的附着力。脱脂液浓度过低还会造成除油效率低，生产效率下降。游离碱度也是重要的控制指标，游离碱度过低，除油效果相对较差；游离碱度过高，不仅造成材料浪费，也给后道水洗工序增加负担。钝化液的pH值以及电导率的大小对转化膜的形成起着重要的作用，pH值以及电导率过高或过低都会加剧钝化反应的难度，造成成膜困难或成膜不完全，以及出现膜层粉化的情况。本发明将钝化液pH值控制在2.8-3.8范围内，电导率控制在200-600us/cm范围内，可以在铝型材表面生成转化膜，提高漆膜的附着力和耐腐蚀性。更为优选，钝化液pH在3.2-3.6范围内，电导率在280-450us/cm范围内，钝化成膜效果更加稳定、优异。自来水中含有一定量的氯离子和次氯酸根，若水洗后直接进行无铬钝化处理，转化膜化学键的稳定性容易受到氯离子和次氯酸根破坏，因此需要在无铬钝化前用纯水清洗铝型材表面。纯水电导率控制在80us/cm以内，若电导率过高，说明纯水内含有大量具有导电性的杂质，容易影响转化膜的性能。碱性除油后用自来水水洗两次，避免单次水洗后仍残留在铝型材表面的碱液影响中和工序的进行；同理，中和后用自来水水洗两次，避免单次水洗后仍残留在铝型材表面的硫酸影响钝化工序的进行。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。