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脱脂是铝材化学预处理的第一道工序,目的是清除铝表面的油脂和灰尘等污染物,使后道碱洗比较均匀,以提高阳极氧化膜的质量。脱脂质量的好坏可通过表面润湿性效果来检查,铝材经过脱脂、水洗后,表面应完全均匀润水,并以润水膜连续性至少保持 30s以上为合格。铝材的脱脂大致可分为三种类型,即酸性脱脂、碱性脱脂和有机溶剂脱脂。
1.酸性脱脂
酸性脱脂大都在常温下进行,生产控制容易而且成本较低,目前已替代传统的碱性脱脂,而成为铝材(尤其是铝型材)脱脂的主体工艺。在以硫酸、磷酸或硝酸为基的酸性脱脂溶液中,油脂会发生水解反应,生成甘油和相应的高级脂肪酸,在溶液中添加少量的润湿剂和乳化剂,则有利于油脂的软化、游离、溶解和乳化,明显提高脱脂效果。当酸性脱脂溶液中硫酸含量不足时,也可利用阳极氧化槽内的“废硫酸”来补充,这样既可确保脱脂槽液所需的硫酸浓度并且同时可以有效降低阳极氧化槽内的铝离子浓度,又不需要增加脱脂的生产成本和废水处理负担。
“三合一”预处理流程的清洗剂(也称低温抛光剂)通常由磷酸、硫酸、氢氟酸、络合剂、氧化剂和少量表面活性剂组成。该溶液在常温下对铝材表面有轻微的浸蚀作用,浸渍处理 5~10min左右可去除自然氧化膜,经水洗干净后,一般就能顺利进行阳极氧化或化学转化成膜处理。在建筑铝型材粉末喷涂的预处理场合,“三合一”清洗剂已被广泛使用。而在阳极氧化预处理场合,主要从保持原始铝材光泽度考虑,也许还与节省生产成本有关,“三合一”工艺较少采用。
2.碱性脱脂
铝材表面预处理中采用碱性脱脂是传统工艺。铝属两性金属,容易受碱性溶液浸蚀,因此可用碱性较低的溶液作表面脱脂清洗处理。碱性太强的脱脂溶液有可能引起铝材表面的不均匀浸蚀,因为它倾向于较快地浸蚀铝材的清洁表面,而对有油脂的表面浸蚀速度较慢,从而有可能导致铝材表面出现清洗斑痕。
碱性脱脂的作用原理是碱与油脂发生皂化反应,生成可溶性的肥皂,用皂化反应来消除油脂与铝材表面的结合,从而达到脱脂的目的。皂化反应是油脂(主要是硬脂类)与碱性物质(如氢氧化钠)一起加热发生化学反应,生成肥皂和甘油,其反应方程式如下:
(C17H35COO)3C3H5+3NaOH3C17H35COONa+C3H5(OH)3
一般来说,碱性脱脂溶液应满足如下几点要求:
① 所有盐类物质应当能完全溶解,性能稳定,并且容易清洗掉;
② 碱性程度对基体金属铝合适,pH值最好在9~11;
③ 碱度的缓冲性好,有利于维持稳定的活性;
④ 具有较好的湿润能力,清洗时间一般不超过15min;
⑤ 具有较高的乳化能力,能有效溶解和消散油脂,与之形成可溶性的皂化物;
⑥ 对其他如灰尘类污染物具有散凝能力,靠胶体作用将污染颗粒消散于溶液中;
⑦ 对铝基体的浸蚀有抑制作用;
⑧ 环保与卫生要求对皮肤无刺激作用,最好应该是无毒的,废水处理方便;
⑨ 使用硬水配制时,硬水中的盐不会沉积在铝表面上。
当然还必须考虑生产成本,化学预处理的工艺选择中,生产成本是必须考虑的因素。
碱性脱脂最大的问题是溶液需要加温,这样不但带来生产成本的提高,也给生产控制来一定难度。碱性脱脂溶液一般控制温度为 45~65℃,在生产过程中温度常常会下降,不得不需要频繁加热升温。使用厂家应严格按脱脂剂供应商规定的温度范围进行有效控制,一般如温度过低和过高,都对脱脂处理效果产生较为严重的影响,甚至可能导致产品报废,为此有条件的厂家最好安置温度自控装置。另外,碱性脱脂剂的浓度范围控制相对酸性脱脂剂要窄得多,生产过程中还必须注意控制浓度变化。
3.有机溶剂脱脂
有机溶剂脱脂是利用油脂易溶于有机溶剂这一特点进行脱脂。有机溶剂既能溶解皂化油,也能溶解非皂化油,具有很强的脱脂能力,而且速度快,对铝基体无腐蚀性,只是有机溶剂易燃有毒,除非真正需要,应该尽可能避免使用。可供选择使用的有机溶剂为:四氯化碳、三条乙烯、苯、汽油、煤油、酒精和丙酮等。
有机溶剂脱脂以后,一般不能获得如同酸性脱脂或碱性脱脂一样干净的表面,处理后的表面往往还有一层残留薄膜,需要作进一步的后道处理(碱洗)。另外,有机溶剂挥发性有强,易着火,成本也高,因此在推广使用上很受限制,主要用于小批量、小工件,或是极为污秽的铝制品。如清洗机械抛光铝制品表面的残留物,因为用酸性脱脂或碱性脱脂处理,需较长的清洗时间,会出现严重失光,但是用有机溶剂脱脂不存在腐蚀问题,也就不存在失光问题,经有机溶剂脱脂后只需很短的后道处理即可完成清洗,从而有效保持原有抛光获得的光亮度。对某些坯料表面原先用羊毛脂或某种油漆保护的特殊铝工件,也常用有机溶剂预清除保护膜。三氯乙烯常用于蒸气浴脱脂,三氯乙烯沸点为 87.19℃,蒸气的密度约为空气的4.5倍,因而容易外逸,但三氯乙烯有毒性,必须安装冷凝设备。