一种环保航空铝合金阳极氧化前处理脱氧溶液及脱氧方法

1.本发明涉及一种环保航空铝合金阳极氧化前处理脱氧溶液及脱氧方法，具体属于铝合金表面处理技术领域。


背景技术：

2.航空铝材是一种超高强度变形铝合金，且其服役环境严苛。例如，飞机上常用的2024铝合金含铜量高达4%，铝含量不到93%，加入改善其机械性能的铜等合金元素，热处理会造成铝合金微观结构的不均匀，使其耐蚀性下降，阳极氧化是提高航空铝合金材料耐蚀性最常用的表面处理手段。铝合金在自然环境下会生成一层氧化膜，这层氧化膜的存在会影响铝合金阳极氧化膜生长过程，进而影响阳极氧化膜层性能。因此，铝合金的阳极氧化前必须进行脱氧处理，将铝合金表面的自然氧化膜去除，即脱氧处理。
3.我国航空工业一直采用的铝合金脱氧溶液由hno3、铬酐和hf按照一定比例配制而成（简称三酸脱氧）。三酸脱氧通过hf来腐蚀基体表面的氧化物，cr
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可以有效地抑制hf对基体的腐蚀速率，hno3的主要作用是清除挂灰。三酸脱氧处理后的航空铝合金表面均匀光滑，缺陷少，为后续阳极氧化等表面处理提供了有利条件。cn202110386092.1提出了一种铝合金化学氧化方法，其前处理脱氧处理采用了三酸进行脱氧。cn201811582641.7和 cn201410009213.0航空铝合金化学铣切加工前处理脱氧也都采用三酸脱氧处理，但是三酸脱氧液中cr
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有毒且致癌。马梦婷等改进三酸脱氧工艺，在保留硝酸及氢氟酸的同时，采用硫酸铁及添加剂替代铬酐。由于该工艺含有氢氟酸，氢氟酸亦具有毒性及强刺激性，也会造成一定的安全生产隐患。显然，含铬/氟的铝合金脱氧工艺将被更环保的工艺取代，因此目前急需一种安全、环保型航空铝合金阳极氧化前处理脱氧溶液及脱氧方法。


技术实现要素：

4.在满足航空铝合金脱氧要求的前提下，为解决目前航空铝合金三酸脱氧液的高污染问题，本发明提供了一种环保航空铝合金阳极氧化前处理脱氧溶液及脱氧方法。
5.本发明一种环保航空铝合金阳极氧化前处理脱氧溶液由碳酸钠、氢氧化钠、缓蚀剂、整平剂和表面活性剂组成，其质量浓度依次为：70～90g/l、7～10g/l、10～20g/l、15～20g/l和0.5～1g/l。
6.所述的脱氧溶液的脱氧方法具体分两个步骤：步骤1：将除油后的铝合金置入脱氧溶液进行脱氧处理3～9min，控制脱氧溶液ph为12.5～13.5、温度为50～60℃；步骤2：步骤1处理后的铝合金用去离子水清洗，然后在30wt%的硝酸中进行出光处理，室温条件下出光30～70 s。
7.所述的缓蚀剂为钼酸钠、硝酸钠中的一种或两种的组合。
8.所述的整平剂为硫脲。
9.所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
10.所述的铝合金为2000系铝合金、7000系铝合金或6000系铝合金。
11.铝合金是两性金属，能与碱发生反应。强碱与铝合金反应速度很快，容易造成铝合金过腐蚀导致其表面粗糙（见实施例6图3），因此本发明采用较高浓度弱碱性的碳酸钠。碳酸钠在水溶液中水解，电离出的co
32-与水中h

结合成hco
3-，使得碳酸钠的水溶液呈碱性。此外，碳酸钠还起到缓冲作用。由于碳酸钠溶液oh-浓度低，铝合金反应很慢，加入少量氢氧化钠后能加快反应速度。
12.钼酸钠可以与铝形成中性的铝钼酸盐复合物覆盖在铝表面，形成保护性缓蚀膜, 从而减小腐蚀。硝酸钠是一种氧化性的缓蚀剂，它可以在金属表面形成钝化膜，从而产生缓蚀效果。在脱氧溶液中，加入钼酸钠、硝酸钠可以稳定铝合金腐蚀反应速度。
13.硫脲可以在铝合金表面形成了一层稠性的粘膜或钝化膜，保护凹处，避免溶解过快，而表面微观凸处的溶解速度显著大于凹处的溶解速度，降低了表面的粗糙度，使铝合金表面在腐蚀过程中趋于平整。
14.十二烷基硫酸钠是一种阴离子表面活性剂，可以降低溶液界面张力，使腐蚀反应产生的氢气泡难以在铝合金表面停留。所以在脱氧过程中十二烷基硫酸钠可以减少铝合金表面因氢气泡产生缺陷。
15.本发明脱氧处理后的铝合金表面有黑色挂灰，这是由于铝合金中铜等合金元素析出造成的，采用30wt%的硝酸可以将这些挂灰清除，获得光亮的铝合金表面。
16.本发明有益效果：1、本发明脱氧溶液不含六价铬及氟离子，有利于操作者健康与环境，脱氧效果可以满足铝合金阳极氧化前处理脱氧要求，可以有效克服传统三酸脱氧液工艺的有毒致癌及不环境污染等问题。
17.2、采用本发明脱氧液脱氧的效果与三酸脱氧相比，铝合金表面金相形貌无明显区别（具体见图1与图2），并且后续进行硫酸阳极氧化加封闭后，中性盐雾测试800 h后无腐蚀。
附图说明
18.图1为本发明实施例1传统三酸脱氧液脱氧处理2024-t3铝合金试样金相形貌；图2为本发明实施例2脱氧液脱氧处理2024-t3铝合金试样金相形貌；图3为本发明实施例6仅用naoh作为脱氧液处理2024-t3铝合金试样金相形貌；图4为本发明实施例2脱氧液脱氧处理2024-t3铝合金试样宏观形貌；图5为本发明实施例2脱氧液脱氧处理2024-t3铝合金试样经过硫酸阳极氧化 封闭处理后进行800h中性盐雾试验实验结果。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
20.实施例1
传统三酸脱氧溶液配方为：hno3浓度为100ml/l，铬酐浓度为50g/l，hf浓度为10ml/l，对型号为2024-t3的铝合金进行脱氧处理。
21.传统三酸脱氧液，控制脱氧处理温度为20℃，脱氧时间为3 min。
22.实施例2脱氧溶液配方为：碳酸钠浓度为80g/l，氢氧化钠浓度为8g/l，钼酸钠浓度2g/l，硝酸钠浓度为10g/l，硫脲浓度为20g/l，十二烷基硫酸钠浓度为0.6g/l，对型号为2024-t3的铝合金进行脱氧处理。
23.脱氧液ph为13.5，控制脱氧处理温度为55℃，脱氧时间3 min；然后在30wt% hno3溶液进行50 s出光处理。
24.实施例3脱氧溶液配方为：碳酸钠浓度为70g/l，氢氧化钠浓度为7g/l，钼酸钠的浓度1g/l，硝酸钠浓度为12g/l，硫脲浓度为15g/l，十二烷基硫酸钠浓度为0.7g/l，对型号为6061的铝合金进行脱氧处理。
25.脱氧液ph为12.5，控制温度为60℃，脱氧时间6 min；然后在30wt% hno3溶液进行30 s出光处理。
26.实施例4脱氧溶液配方为：碳酸钠浓度为70g/l，氢氧化钠浓度为7g/l，钼酸钠浓度3g/l，硝酸钠浓度为15g/l，硫脲浓度为20g/l，十二烷基硫酸钠浓度为0.5g/l，对型号为6063的铝合金进行脱氧处理。
27.脱氧液ph为12.8，控制温度为60℃，脱氧时间8 min；然后在30wt% hno3溶液进行40 s出光处理。
28.实施例5脱氧溶液配方为：碳酸钠浓度为90g/l，氢氧化钠浓度为8g/l，钼酸钠的浓度3g/l，硝酸钠浓度为17g/l，硫脲浓度为20g/l，十二烷基硫酸钠浓度为0.9g/l，对型号为7075的铝合金进行脱氧处理。
29.脱氧液ph为13.1，控制温度为57℃，脱氧时间9 min；然后在30wt% hno3溶液进行60 s出光处理。
30.实施例6naoh脱氧溶液配方为：naoh浓度为50g/l，对型号为2024-t3的铝合金进行脱氧处理。
31.naoh脱氧液，控制温度为45℃，脱氧时间为3 min.本发明实施效果见图1～图5。
32.图1与图2分别是采用实施例1及实施例2对2024-t3铝合金进行脱氧处理后的金相照片。由图1与图2可见，实施例2脱氧后的形貌和传统三酸脱氧液脱氧形貌非常相似，铝合金表面较为平整。图3是用氢氧化钠脱氧的2024-t3金相照片。从图3可见，氢氧化钠脱氧后铝合金表面存在大量缺陷，脱氧效果远不如实施例2与三酸脱氧。由图4可见，采用实施例2处理2024-t3铝合金表面平整光亮，可以满足航空铝合金阳极氧化生产的要求。
33.由图5可见，在采用实施例2处理2024-t3铝合金试样经过硫酸阳极氧化 封闭，经中性盐雾试验测试，达到800h后无腐蚀，远超航标规定的336h，表明实施方案2脱氧可以用
于2024-t3铝合金阳极氧化前处理。
34.上述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。