黄工
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一、背景
铝及铝合金的除油，早期是延用钢铁的除油工艺，即槽液为Na2CO3、Na2SiO3、Na3PO4溶液，操作温度40～70 ℃,时间5～15 min,这种工艺性能稳定，寿命长，但槽液成本高，不易洗净，现已基本不用。60年代，人们采用NaOH或Na2CO3添加Na3PO4、络合剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂在室温下脱脂，时间3～5 min，除油效率高，成本低，节能，但槽液易产生絮状沉淀，络合剂、表面活性剂易带入后续槽形成污染，目前仅有少数厂仍在使用。从80年代 开始，酸性脱脂逐步普及，槽液为H2SO4或H3PO4加入HF、Fe3+、H2O2、NO2-和非离子表面活性剂，室温下操作，时间为3～5 min。这种工艺效率高，不污染后续槽，是较好的脱脂工艺，现在应用越来越广泛。
喷涂铝合金型材具有优良的耐蚀性和耐候性，坚固耐用，外观装饰好，生产工艺比阳极氧化简单，环保安全等特点，在建筑、装潢、运输等行业得到广泛应用。铝合金型材在喷涂前处理中必须进行化学清洗和浸蚀，清除其表面粘附的油脂、自然氧化膜和灰尘等污染物，使铝合金基体裸露出来，形成均匀的活化表面，这是保证铬酸盐转化膜质量和喷涂质量的关键。本文研究的酸蚀脱脂工艺将传统工艺的脱脂、碱蚀、除污出光三道工序合为一道工序，降低成本和节省能源，经处理后的铝合金表面平滑光洁，保持铝合金原有的光泽，铝材溶解损耗量和槽液沉淀少，与铬酸盐转化处理配套性能好，特别适用于铝合金型材喷涂前的表面处理。
二、 铝合金型材喷涂前处理工艺 工艺流程：工件装挂→酸蚀脱脂→水洗→水洗→铬酸盐转化处理→水洗→纯水洗→沥水→烘干→喷涂→固化。铝型材喷涂前处理生产线分为全自动喷淋立式线和间歇式全浸渍卧式线两种。立式线适用于批量大、形状简单的工件，生产效率高，处理质量稳定，缺点是设备复杂、投资大；卧式线适宜处理形状复杂的工件，投资少，应用广，缺点是处理速度较慢、生产效率低。
三、铝材酸性脱脂剂。
由于H2SO4、H3PO4、HF的强酸性体系，对金属具有一定的腐蚀性，并且具有挥发性气体对人体具有一定的伤害。因此，目前市场上出现了弱酸性脱脂剂，并且具有除油，除锈二合一，效果好，能快速有效的乳化各种油脂，并能除去工件上的锈蚀及氧化皮。
3.1配 方基本组成。
酸性脱脂剂主要由无机酸、氧化剂、高价金属离子及表面活性剂等成分组成。其中，无机酸可以是H2SO4、H3PO4、HF、亚磷酸、硼酸等。H2SO4对铝合金有弱浸蚀能力，能润湿整个金属表面，使自然氧化膜溶解，油污松动。高价金属离子一般选用Fe3+,一般以硫酸铁、硝酸铁等铁盐形式加入，以加速铝的腐蚀，铁离子可以在铝表面发生置换反应，形成微电池，使铝表面产生微量氢气，将油污带出铝表面；同时，铁离子还可以抑制脱脂液对不锈钢设备的腐蚀。氧化剂主要是H2O2或NO2-(如NaNO2)等，作为Fe3+的稳定剂，将还原产生的二价铁离子氧化成为三阶铁离子，并起到Fe3+类似的功能。由于亚硝酸盐在酸性溶液中容易释放出NOx有毒气体，所以最好使用H2O2作为氧化剂。加入表面活性剂可以提高铝合金表面的润湿性，降低油污的附着力，使油污乳化均匀地分散在脱脂液中，在酸性脱脂液中，选择耐酸性强的非离子或阴离子表面活性剂如长链脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基二甲基胺氧化物为最佳。
1．硫酸：稀硫酸是一种非氧化性的无机酸，对铝合金型材有轻微的化学浸蚀作用，使用成本较低，酸雾挥发性少。硫酸能溶解、剥离铝及铝合金表面形成的自然氧化膜；裸露的铝合金基体与硫酸发生反应，起到活化铝表面的作用。当槽液中硫酸浓度低于30％时，铝的化学溶解速度随硫酸浓度的增加而缓慢地增加，铝材溶解损耗量少；当槽液中硫酸浓度超过30％以后，铝的腐蚀速度迅速加快，易产生过腐蚀，光亮度下降。一般来说，槽液中硫酸浓度不宜超过15％。
2．氟化氢铵：氟离子在酸蚀脱脂液中作脱除氧化膜的加速剂，能加速溶解铝表面的氧化膜，消除或减少挤压模痕和其他缺陷，使铝型材表面平整光洁、均匀一致。氟是一种体积小、电负性较强的卤族元素，对铝能起强烈的氧化作用，与杂质有一定的络合能力，能溶解铝合金表面的锰、铜、硅等合金元素和杂质，抑制和除去铝材上的黑色挂灰，获得较光亮的金属表面。氟化氢铵的化学稳定性强于氢氟酸的，对人体皮肤的伤害作用小于氢氟酸的，因此，采用氟化氢铵取代氢氟酸为溶液提供氟离子，在生产中使用比较安全，还可以减轻氟离子对不锈钢设备的腐蚀。脱除氧化膜的腐蚀速度随氟化氢铵浓度的增加而增长，氟化氢铵含量不宜过高，否则反应剧烈易造成过腐蚀，降低铝表面光泽，不利于后续的铬酸盐转化处理。
3．柠檬酸：柠檬酸在酸蚀脱脂液中主要起缓蚀作用，能有效地抑制铝在酸性介质中的腐蚀。柠檬酸是三元有机酸，能在铝基体表面进行物理和化学吸附，改变金属/ 溶液界面的双电层结构，增加金属离子化过程的活化能，从而使腐蚀速度减慢，降低铝材的损耗量，避免发生过腐蚀。柠檬酸是金属离子的络合剂，能与从酸蚀液中溶解下来的铝、镁、铁等离子形成稳定的络合物，减少槽液中铝离子的含量，掩蔽槽液中杂质的干扰，使溶液稳定，减少沉淀，从而延长酸蚀脱脂液的使用寿命。柠檬酸的加入，对减少铝损耗、降低化工材料消耗、减少槽液沉渣、改善操作条件均有一定的作用。
4．硝酸钠：硝酸钠是酸蚀脱脂液中的氧化剂，对铝合金具有良好的光亮和整平效果。硝酸钠的作用是使铝材表面发生氧化反应，形成的氧化铝钝化膜遏制了铝表面凹陷处的酸性择优浸蚀，使铝型材的腐蚀面平整、光洁。
5．硫酸铁：三价铁离子能加速对铝型材表面进行腐蚀和脱除氧化膜，Fe3+可以在铝材表面发生置换反应，形成微电池，使铝表面产生微量氢气，将油污带出铝表面，反应过程AL+ Fe3++2H+→AL3++Fe2++H2↑。槽液中的氧化剂能将上述反应产生的Fe2+重新氧化成Fe3+，减少Fe2+的积累，使槽液稳定，因此 Fe3+在反应过程中自身不消耗，主要起促进作用，可提高铝材的除污速度和光洁度。
6．二丙二醇：在酸蚀脱脂液中加入二丙二醇等易溶于水、微毒类的有机低分子增溶剂，能大大降低溶液的表面张力，显著改善酸蚀脱脂液的清洗能力和溶液稳定性。油脂的分子结构中有较长的烃基，与有机溶剂的结构相似，可以互相溶解，因此，利用有机溶剂对油脂具有很强的溶解能力的特点，可以提高酸蚀脱脂液的脱脂效果。
3.2、酸蚀脱脂工艺的应用
1．槽液配制。先在槽中加入1/2体积的自来水，在搅拌下缓慢加入计算量的浓硫酸，冷却至40℃左右；再依次加入计算量的氟化氢铵、柠檬酸等其他化学药品，搅拌至完全溶解；然后加水至规定体积，搅拌均匀，测定酸度后即可投入使用。
2．槽液管理。随着铝合金型材处理量的不断增加，酸蚀脱脂液在使用过程中不断被消耗、带出，酸度和脱脂效果降低，各种有效成分逐渐下降，因此，应定时定期分析槽液，及时补加硫酸、氟化氢铵和其他化学药品，使槽液各工艺参数保持在规定范围内。工件表面的油污被置换、分散、凝集后悬浮于酸蚀脱脂液表面，需经常把液面上的油污溢流掉，以防止工件出槽时二次沾上油污。长期使用后，当槽液中铝离子积累过高时，应部分或全部更换槽液。3．质量检验：目视检查，经酸蚀脱脂液处理后铝合金型材表面露出金属本色，平整光亮，油污和自然氧化膜全部除净，水洗后水膜连续、完整，表面完全润湿，不挂水珠，无黑色挂灰和过腐蚀现象。
