铝及铝合金前处理原理:

1、 铝的特点：铝是一种具有银白色光泽的比较活泼的轻金属，其耐蚀性具

有以下两个特点：①纯度越高，耐蚀性越好，主要是因为纯铝在空气中与氧发生 作用，在铝表面生成一层很薄的致密的自然氧化膜，其厚度 0.01卩m.0.015卩m

比其他金属氧化膜生成得更快而且厚得多，进而阻止空气中有害气体和水分的进 一步腐蚀，起到保护作用。②纯铝在通常情况下，对于水分，各种有机酸，硫化 物和浓的硝酸是耐腐蚀的，但对碱性溶液和无机酸是不耐蚀的。

2、 铝合金的特点：铝合金的机械强度高，但耐蚀性低。纯铝的耐蚀性能好， 但机械强度差，这在一定程度上制约了铝的应用。 为此，人们在铝中加入了适量 的金属、铜、锌等其它金属，制成各类铝合金，使铝的机械强度大大提高，应用

范围扩大，但耐蚀性比铝差。

3、 铝件前处理的种类和特点

根据铝及铝合金的特性，目前铝件处理选用药品分为：锌磷化剂、铬化剂、 铬磷化剂三种；脱脂剂常用的分为酸性脱脂，碱性脱脂，中性脱脂三种。下面将 详述铬磷化剂及脱脂剂的原理组成及操作。

二、铬磷化及铬磷化液的工艺条件。

铬磷化也称为绿膜铬酸盐处理，美国称为Alodine或Bondernate法，日本 称为Alochrom法。这种方法于1945年起源于美国。铬磷化液主要成分为磷酸、 铬酸或铬酸盐和氟化物， PH值约1.5、3.0，所产生的磷化膜外观随膜重

(0.1g/m²、0.5g/m²)呈无色、光亮彩虹色至翡翠绿色变化。而铬化色泽变化则由 无色 > 淡兰色 > 金黄色 > 棕色。

1、成膜机理：

铬磷化中CrO3在水中溶解，存在形式：CrO^2-和CrO^2-。三级电离有三种阴离 子：HPO^-，HP©^-和PQ^3-。有研究者认为，铝在含有 HPQ、CrQ、HF的溶液中钝 化和磷化兼而有之，且成膜机理大致分为三个过程：

① 铝溶解；②氧化膜生成；③磷酸盐或铬酸盐的成长。三个过程不是截然 分开的，而是相互衔接的。

当铝件浸到含有HPQ、CrQ、HF的铬磷化液中时由于有游离 F的存在，一 方面它与反应生成的Al³⁺和 Cr³⁺形成铬离子，进而延续了铝的溶解，另一方面， 在槽液与铝的界面由于原电池反应，PH值升高，酸性下降，因而减缓铝的溶解； 且在被溶解的铝表面，金属晶格裸露在含有CrO^2-和CrQ^2-的槽液中，是很容易钝 化的，表面很快生成一层很薄的、致密的氧化膜，它把铝表面溶液隔开，进而阻 止铝的溶解。这时磷酸盐开始在氧化膜上沉积。

铝腐蚀反应：6HF+2AI > 2AIF3 +3H

阳极：Al-3e > Al³⁺ 阴极：3rf+3e > 3/2H2

这些极化区分布在铝件表面成为活化中心，铬磷化的基本反应便发生：

AI³⁺+PQ^3-=AIPQJ Cr ³⁺+P(Q^3-=CrP(^^ 2Cr ³⁺+3HPQ^-=Cr2(HPQ) 3J

由于槽液中的F是一种很强的活离子，易在带正电荷的膜上吸附，因而中 和了膜表面上的正电荷，这样加速了磷酸膜的成长。

AlFa时，也会形成络化物的盐，如 AlFe^3-，这

3+

CrF4 Cr y

- + 3+ - 3+

3[F ,H ]+AI t 3F +AI AIF 3

3

Cf³⁺.cr⁶d 3H （^AIF e）- ’ +PQ3 tCrP04

~+C「2Q t Cr2（C「2C7）3

以上反应，可用下列简图表示:

由于铬磷化槽液逐步被 Al³⁺和Cr³⁺污染并逐步抑制对铝的浸蚀，结果降低了 磷化槽液的质量。这就必须要在配制磷化液时，比例一定要合理。

要得到抗蚀性能好的磷化膜，须控制铬磷化膜的CrQ/HsPQ比值在0.2范 围。磷化膜的组成成分和厚度随 CrQ/H 3PQ比值的变化而变化：

2、 膜的组成及特点：

铬磷化膜的主要成分为带有水合铬氧化物（ CrQ.XH2Q）的水合磷酸铬，以

及富集在铝件基体与磷化膜之间界面上的铬盐和氧化物组成。基本分子式为： AI2Q.2CrPQ4.8H2O 或 CrPQ.4H2Q,膜重一般为 0.1、5 g/m²。

铬磷化膜具有以下特点：

① 非结晶膜。铝及其合金的铬磷化膜属于非结晶性膜层，能溶于稀硝酸中， 但经过加热干燥后，膜层就不溶于硝酸了。

② 膜层薄，一般1 g/m²以下。

③ 膜层无毒，由于铬磷化膜本身不含 Cr⁶⁺。

3、 工艺流程：

通常经典流程是从铝的阳极氧化演变而来。浸液法典型流程：脱脂 '水洗

、碱蚀、水洗 '活化、水洗、铬磷化、水洗、水洗、去离子水洗、烘干。

药剂选择应注意以下几点：

① 、脱脂选用中性脱脂，PH<8.5。如本公司ZYT-130具有良好的润湿洗 涤能力，对铝件的腐蚀性小，反絮凝结能力强，分散性好，对皮肤无刺激，抗硬

水能力强，处理温度40~50,C处理时间1~3分钟。

② 、 碱蚀，碱蚀的目的是去除铝表面氧化层（ AbQ）同时完成铝表面粗 化，能使铝与涂层结合力好，碱蚀液一般为 50g/L~80g/L的NaQH处理温度为 50~60 C,时间为2~3Min ，也可用本公司的产品ZYT-146，它可使碱蚀温度很 低20 C左右完成，且粗化后不易产生因腐蚀不均而产生“流痕”，后章对碱蚀和 流痕专门详述。

③ 、活化（出光），经过碱蚀后的铝表面往往残留不溶性的粉状物和合金 中的硅镁等。须用酸处理，去掉这些杂质，这道工序也有书中称为出光。

④ 、铬磷化，不同的工艺及配方选用的铬磷化不同。药剂采用本公司

ZYT-252，PH 1.4-2.0 （具体见说明书）20 C, 3- 5Min完整整膜覆盖，生成 彩虹色或淡绿色皮膜，抗蚀能力，漆层大于 25卩m超过500小时盐雾。

⑤ 、固化，通常铬化、铬磷化膜为非结晶膜层，经固化后膜层才变硬， 抗蚀。

工艺一：见浸液法典型流程；

工艺二：中性脱脂—水洗—表调—水洗—铬化—水洗—纯水—固化；

工艺三：三合一脱脂—水洗—水洗—铬磷化—水洗—纯水—固化；

注：此三种工艺中第二种适用于喷淋，也可浸泡，其它工艺以浸泡为佳，“三 合一”中三合一脱脂是指脱脂、粗化、活化（表调），一次完成且温度较低。

4、工艺条件及常见缺陷：

① 保持液面清洁，要防止油污及杂质二次污染工件;

② 铬磷化工作温度20-30 C,以防F挥发；

③ 严格按工艺指标操作。

铬磷化膜的性能指标

常见缺陷及解决方法:

5、铬化与铬磷化对比

铬化：1950年美国出现了酸性铬酸盐处理法，颜色从亮黄，彩虹，到深棕

色也叫黄膜铬酸盐处理，美国称之为Alodine法，日本称之为Alochrom法。 铝及其合金的铬酸铬处理成膜反应为：

2AI+6HL 2AIF3+3H

HCi207 +HO^ 2Cr04^2-+3H

3H+HCQ^- — 2Cr(OH)3+OH

2Cr(OH)3+CrO +2H—Cr(OH)3.Cr(OH).CrO 4 J +2HO— Cr(OH)2.HCrO4 J +2H0

2AL +6OFH2AI(OH)3—AbQ J +3H2O

对以Cr⁶⁺、F^-无机酸为主要成分的非促进剂型铬酸铬溶液处理所形成的膜 的组成为：Cr(OH)2 HCrQAI(OH) 3.2H2Q 对于以Cr⁶⁺、F^-、CN为主要成分的铬酸 铬溶液处理所形成的膜的组成为：CrFe(CN)6.Cr(OH) 3.H2CQ.4AI 2Q.8H2Q

铝件和铝合金件铬化和铬磷化都能形成较好的膜层，铬化更薄，通常低于 仆m膜重0.3-2g/m ²,具有非常低的接触电阻，非常利于点焊，铬化的不足之处 在于其烘干温度不能高于65度，烘干时间变长效率降低，同时 Cr⁶⁺在污水处理

过程不好控制，增加排污成本。

本篇工艺描述过程都有纯水洗工序，此工序常被忽略，去离子水主要是为 了防止金属离子和CI^-离子对涂膜的破坏，要求其电导率低于 100」s/cm。

烘干温度，通常铬化不应高于 65 C,铬磷化不应高于85 C，根据金相观 测，在膜层中会产生裂纹，随着烘干温度升高，裂纹数目会增多并变宽。

注：生产及控制应严格遵守 GB/T17460-1998《化学转化膜，铝及铝合金上 漂洗和不漂洗铬酸盐转化膜》。

（主篇完，副篇“ 1、生产过程中“水痕发花”产生的原因 2、碱蚀及表调 的作用）

参考文献：1〈英〉S•维尔利克.R.皮聂尔合著《铝及其合金的化学与电解处理》国

防 工业出版社

2 黄奇松《铝的阳极氧化合染色》香港万里书店出版

3 杂志：《材料保护》、《电镀与环保》《表面技术》《腐蚀与防护》