铝合金无污染处理技术.doc

一 铝合金表面环保节能无铬转化处理技术

1）、市场需求
a). 为满足工业的不同要求，金属表面需要进行装饰和保护性处理。铬酸盐化学转化处理技术是一种拥有百年历史的传统金属表面处理技术，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。但由于铬酸盐的致癌性，欧洲联盟通过了自2006年7月1日起，投放欧盟市场的电子电气产品不得含有六价铬等六种有毒有害物质的ROHS 指令，我国也于2007年3月1日起执行欧盟RoHS指令。

b)．我国2008年铝合金产量1500万吨（挤压铝1350万吨，铸铝150万吨），按其中约三份之一(另外三分之二为阳极氧化、电泳法处理)及铸铝全部采用化学转化处理技术处理（约500万吨）以及处理每吨铝合金产品价格5000~10000元计算，铝合金表面化学转化处理技术市场产值在250~500亿元之间，利润达50~100亿元（按20%计）。

2）、技术水平

铝合金表面环保节能无铬转化处理技术由西安建筑科技大学郭瑞光教授在国家自然科学基金、教育部留学回国人员科研启动基金、教育部高等学校博士学科点专项科研基金、中国人民解放军总装备部、陕西省科技厅、陕西省教育厅和西安市科技局的支持下，历时十年自主创新研发成功的拥有自主知识产权铝合金表面无铬转化处理技术，目前在产品、技术性能和经济指标等许多方面达到国际国内领先水平。
中国发明专利： ZL200410026047,ZL200710017506.3,ZL200910021275.2,201010047989.3。

3）、技术特点

a）绿色环保、通用性好：处理过程不使用六价铬，经SGS检测，产品符合RoHS指令，既适用于一般铝合金，又适用于硬铝和铸造铝合金；
b）工艺简单、经济高效：酸洗、转化两步工艺，常温几分钟转化处理，节能省时生产效率高、成本低；
c）产品性能稳定：唯一生产控制指标为pH，生产操作控制容易，产品性能稳定，满足ASTM B921 2002 CL01标准。

二 铝合金表面无铬转化处理国内外技术对比

赛德克（德国）
建大技术
备注

产 品 性 能
成膜外观
压铸铝：浅蓝色
挤压铝：透明
硬铝、压铸铝：亚光
挤压铝：透明，亚光

防腐性能
压铸铝：80小时左右
挤压铝：120小时以上
硬铝、压铸铝：72~240
挤压铝120小时以上
标准中性盐雾实验
有机涂层附着性
OK
OK
与有机涂层附着力强
钝化膜的导电性
OK
OK
可用于电子电器产品
工 艺 性 能
典型工艺： 酸洗 → 水洗 → 转化处理 → 水洗 → 干燥
传统工艺： 除油脱脂 → 水洗 → 碱洗 → 酸洗出光 → 水洗 → 转化处理 → 水洗 → 干燥

通用性
不同转化液处理不同铝合金
转化液可同时处理硬铝、铸铝和一般铝合金

转化液
工艺控制
pH
处理过程对pH、三价铬浓度范围控制要求严格，须经常检测。（三价铬浓度需每天分析，每次分析耗时40分钟）
处理过程只需控制pH值。（处理过程转化液pH值几乎不会变化，但建议每天花2分钟测试1次溶液pH值）
pH值对产品性能影响大。西安、深圳企业应用已经证明pH值的稳定性
温度
需要加热到40度
不需要加热

时间
压铸铝：10分钟
挤压铝：1~3分钟
压铸铝：3~5分钟
挤压铝：1~5分钟
指工件的浸泡时间
稳定性
弱（对三价铬浓度要求苛克，低于一定浓度时转化液需补加或替换）
强（只需调节转化液pH值，并补充损耗即可。

定期循环过滤
需要
不需要

挂盘通用型
OK
OK
测试为钛合金挂盘
经 济 性 能
投资成本

低 （一条生产线可用于各种铝合金）

处理成本
高（产品为浓缩液，运输、储存费用高、不方便。不能同时处理各种铝合金）
低（产品为粉剂，运输、储藏费用低、方便。能同时处理各种铝合金）

水、电、废水处理成本
高（加热处理，废水排放量更多）
低（常温处理，废水排放量更少）

三 铝合金表面铬酸盐转化膜处理替代技术介绍

1）、 技术背景
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工艺 --铬酸盐化学转化处理技术，该技术由于具有极佳的防腐和粘合性能而被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几乎所有金属及合金的保护。
可是，最近的研究调查表明，六价铬是致癌物，而且与剧毒氰化物不同，六价铬在自然环境条件下稳定、不能分解，而且极易在生物和人体内积聚，水中微量（达到0.1 mg/L时）就会对人体产生鼻出血、乳腺癌、霍奇金、流产、白血病、脊椎骨退化等各种病症。此外，六价铬在自然环境中非常容易扩散。一公斤的铬酸渗入地下，将使方圆五公里半径内的地下水变成致癌的毒水。
由此可见，金属表面铬酸盐转化处理在给人类带来文明和进步的同时，也给人类带来了麻烦。尤其是随着全球电子信息产业的迅猛发展，产品更新换代速度的加快，世界各国每年产生的电子垃圾达百万、千万吨而且逐年攀升。美国、欧洲是世界上最大的电子产品生产地，同时也是最大的电子垃圾制造者，每年产生的电子垃圾均超过上千万吨。在我国每年报废的手机超过上亿部，电视、洗衣机、冰箱、电脑等产品每年的淘汰量在2000万台以上。铬酸盐处理的电子电器产品由于转化膜中含有致癌物六价铬，其废弃物对环境造成的影响、对人类健康造成的严重危害已经受到了全世界的关注。为了提高报废电子电器产品的回收及再循环率、减少电子电器产品废弃物对水源和土壤引起的二次污染、保障社会的可持续发展，欧盟于2006年7月1日实施了《关于在电子电器设备中限制使用某些有害物质》的RoHS（The Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electric Equipment）指令。指令规定从2006年7月1日起，进入欧盟市场的新电子电器产品不得含有包括六价铬等六种有害物质。我国也于2007年3月1日起执行欧盟RoHS指令，禁止在金属表面处理工艺过程中使用六价铬等有害物质。金属表面铬酸盐转化处理技术这一具有百年历史的传统工艺已经面临着被取消的命运。

2）、市场分析
金属表面化学转化处理一种通过移除金属表面自然形成的氧化膜而在其表面代之以一个防腐性能更好和与有机涂层结合力更佳的新的氧化膜或其它化合物膜层的技术。转化膜不像油漆一样附着在金属的表面，而是一个通过转化液与金属表面发生化学反应并在金属表面上生成与金属表面熔为一体的产物，因此转化膜又称为化学反应底漆，其重要性如同建造房屋的地基一样，是奠定金属和有机涂层良好性能表现的基础。统计资料表明，超过80%的金属表面腐蚀或有机涂层失败是由于化学反应底漆性能不足所引起。由于铬酸盐转化膜极佳防腐和粘合性能，以及铬酸盐转化处理技术具有不需用电、操作简单、经济有效、无特殊设备要求、适用于大件、复杂件处理等优点使该技术百年以来一直被广泛应用于几乎所有金属及合金的表面处理。目前，中国的金属表面处理公司虽然经多年削减，至今仍有15000家。
铝合金是工业和日常生活中使用量排名第二的金属，素有第二钢铁之称，以铝代替钢、铜和木材是当今世界的发展趋势。但由于铝本身形成的自然氧化膜抗腐蚀性差，铝制品在室外和海洋环境条件下极易腐蚀，而铬酸盐转化处理技术由于转化膜防腐性能佳、与有机涂层粘合力强和技术经济方便有效一直是铝合金表面腐蚀保护处理中最常用的技术之一。我国2008年铝合金产量1500万吨（挤压铝1350万吨，铸铝150万吨），其中有大约三份之一采用铬酸盐转化技术处理，另外阳极氧化、电泳法处理各占三分之一（阳极氧化、电泳法不能够处理铸造铝合金）因此，按处理每吨铝合金产品价格5000~10000元计算，铝合金表面无铬转化处理技术市场产值在250~500亿元之间，利润50~100亿元。
金属表面转化处理是在保持金属基体材料固有特征的基础上，运用化学手段改变金属表面的成分和组织结构，赋予金属表面耐蚀性、装饰性、与有机涂料良好粘合性等各种特性，从而满足材料对环境的特殊要求，其最大优势在于以极少的材料和能耗制备出基体材料本身难以获得的性能优异的表面薄层，从而大大延长服役金属的使用寿命、获得最大的经济效益。但是，与其它工业生产制造过程相比，由于金属表面铬酸盐处理行业在生产过程、废水排放及废弃产品三个环节都对环境造成严重的污染和破坏，具有污染面广、对环境影响深而成为全世界最大的工业污染源之一，面对世界环境的日趋恶化和资源枯竭，在循环经济和清洁生产作为我国国策、节能减排成为国家大事的今天，采用环境友好金属表面处理新技术和节能减排新工艺是金属表面处理行业可持续发展现在和今后所面临的必然选择。由于金属表面铬酸盐处理技术应用的广泛性和必要性，技术先进、经济可行的环境友好型六价铬替代技术的研究、开发、应用前景广阔。
三、技术特点及水平
新技术利用氟离子对铝的强刻蚀性迅速形成稳定氟铝络离子、进而与转化液中的钠离子（钾离子或铵离子）反应生成氟铝酸盐沉淀的原理在铝合金表面形成转化膜。
与传统的铬酸盐转化膜和磷化膜技术相比，由于氟铝酸盐转化膜技术具有以下优点：
（1）绿色环保节能：a. 铝合金表面氟铝酸盐转化膜制备技术不使用六价铬和磷酸盐，生成的转化膜也不含六价铬和磷酸盐。b. 由于氟离子对铝合金的强刻蚀性以及迅速形成稳定氟铝络合离子的特点，使得氟铝酸盐转化膜能够在常温条件下在铝合金表面迅速形成，c. 本发明由于起刻蚀作用的氟离子、被刻蚀的铝离子均参与了转化反应，成为转化膜的一成分，所以废弃资源得到有效利用、废液对环境的影响也大大减轻。d. 氟铝酸盐，如，冰晶石，是铝冶炼的助熔剂，使得采用这种技术处理的铝合金废旧产品的回收更为方便。
（2）高效高性能：氟离子对铝的强刻蚀性以及氟铝络合离子的高度稳定性，使得氟铝酸盐转化膜常温条件下3~5分钟就能够在铝合金表面形成。与传统的铬酸盐转化膜和磷化膜技术不同，氟铝酸盐转化膜技术由于铝合金表面被刻蚀的铝离子本身参与了氟铝酸盐转化膜的生成，使得膜层颗粒细小、致密，转化膜与铝合金本身基体结合牢固，耐蚀性能好、与有机涂层附着力强。
（3）工艺操作简便适用范围广：由于转化反应在常温条件下进行，处理过程唯一控制的工艺操作参数是pH。虽然铝刻蚀过程转化液pH将上升，但由于氟铝酸盐转化膜形成过程中钠离子（或钾、铵离子）的消耗，结果使得转化反应过程中转化液pH不发生变化，溶液稳定性好，使用简单，维护方便。而通过在转化液中加入配位化合物络合转化成膜反应过程中铝合金表面溶解出来的铜、锌、镁等金属离子，可以消除这些有害杂质对转化膜形成的影响，因而该工艺不仅适用于一般铝合金, 还适用于铜、锌或镁含量较高的其它铝合金。
总之，与德国赛德克、汉高，法国安美特、日本奥野等国外公司的铝合金表面无铬转化膜处理技术相比，氟铝酸盐转化膜新技术具有技术先进起点高、绿色环保节能、高效高性能、工艺操作简便、适用范围广等许多优点，应用前景广阔。

简介
西安建筑科技大学环境工程国家重点学科，一级学科带头人，博士生导师。美国罗德岛大学博士，美国Newport海军地下战时中心博士后。先后在国内外获得化学工程、环境工程、材料科学高等教育学位，拥有材料、化学、化工和环境工程多年所受教育和研究的多学科背景，主要从事钢铁、钢铁镀锌、铝、镁、铜等金属表面环境友好转化处理新技术的工业应用研发工作。

项目联系人：芦路 13319288787

铝合金表面环保节能无铬转化处理技术

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