鋁閥體環(huán)保成膜工藝試驗(yàn)研究

陶 利

（廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 528300）

引言

鋁是一種兩性金屬，但同時(shí)也是容易發(fā)生腐蝕的材料，雖然鋁及鋁合金在大氣中會(huì)與氧氣反應(yīng)生成氧化膜，但是這種自然氧化膜極薄，耐蝕性能低，故遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)上應(yīng)用的需要。目前鋁合金腐蝕防護(hù)處理中應(yīng)用最簡(jiǎn)單有效的是金屬表面鈍化處理技術(shù)，實(shí)際上就是通過生成一層鈍化膜把金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，防止腐蝕性介質(zhì)滲入金屬基體從而降低金屬腐蝕速率[1]。傳統(tǒng)的鋁合金防腐方法是鉻酸鹽鈍化處理，但鉻酸鹽有毒會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因而采用環(huán)保鈍化工藝技術(shù)具有十分重要的意義。

鋁閥體所使用的材料是壓鑄鋁，牌號(hào)ADC12，ADC12是日本牌號(hào)，相當(dāng)于中國國產(chǎn)的合金代號(hào)為YL113，合金牌號(hào)是YZAlSi11Cu3，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15115-2009。ADC12又稱12號(hào)鋁料，Al-Si-Cu系合金，是一種壓鑄鋁合金，適合氣缸蓋罩蓋、傳感器支架、缸體類、閥體等[2]。未鈍化處理的鋁閥體經(jīng)2 h中性鹽霧試驗(yàn)（NSS）后，表面已嚴(yán)重腐蝕，如圖1所示?？梢钥闯?，未處理的鋁閥體的耐腐蝕性能較差，在較短的時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)氧化變色現(xiàn)象，不僅影響產(chǎn)品外觀，還影響產(chǎn)品使用性能。壓鑄鋁成分中的硅含量相對(duì)較高，在鈍化過程中硅元素的析出會(huì)影響成膜效果，故壓鑄鋁鈍化后的耐蝕性能相比其它類型的合金鋁會(huì)差一些。

圖1 未鈍化鋁閥體鹽霧前后形貌變化

1 工藝試驗(yàn)

為提高鋁閥體的耐腐蝕性能，行業(yè)中大多是采用三價(jià)鉻鈍化處理工藝，雖然防腐效果不錯(cuò)，但溶液中含有三價(jià)鉻離子，隨著環(huán)保要求的提高，部分企業(yè)的廢水標(biāo)準(zhǔn)里已明確要求不能含有鉻、鎳等第一類污染物。因此，需要開展鋁閥體無鉻鈍化環(huán)保成膜的工藝試驗(yàn)研究。

本次工藝試驗(yàn)，在生產(chǎn)線上選取同型號(hào)批次的鋁閥體，預(yù)先除油干凈后，分別選取多家供應(yīng)商的無鉻鈍化劑產(chǎn)品，按照各產(chǎn)品的施工工藝技術(shù)要求進(jìn)行開槽和鈍化處理，再將處理后的鋁閥體樣品編號(hào)后進(jìn)行加速腐蝕實(shí)驗(yàn)，分析幾種無鉻鈍化成膜工藝的特點(diǎn)，其中樣品S鋁閥體為我司外購件，S鋁閥體性能優(yōu)，在行業(yè)中也有一定影響力，因此作為本次試驗(yàn)的對(duì)標(biāo)樣本，用于試實(shí)驗(yàn)參照。具體實(shí)驗(yàn)情況如表1。

表1 各鈍化劑成膜實(shí)驗(yàn)情況

鋁閥體經(jīng)過各種無鉻鈍化劑處理后，表面成膜外觀效果如圖2所示。

圖2 鋁閥體鈍化處理后形貌

由表1、圖2中各鈍化成膜實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出，樣品D、G可實(shí)現(xiàn)鈍化后免水洗工藝，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，方便操作；樣品Z、W開槽添加藥劑比例較高；樣品Z施工工藝較復(fù)雜，工藝成本高；另外成膜外觀也有差別，其中樣品D、G免水性工藝的成膜顏色不均勻，外觀效果稍差。

2 加速腐蝕試驗(yàn)

2.1 中性鹽霧試驗(yàn)

為驗(yàn)證各鈍化膜的耐蝕性能，根據(jù)GB/T 1771中性鹽霧試驗(yàn)要求，對(duì)樣品進(jìn)行24 h中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中不定期觀察，若有樣品出現(xiàn)腐蝕應(yīng)取出試驗(yàn)箱停止實(shí)驗(yàn)，未出現(xiàn)腐蝕的樣品繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 中性鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)效果圖如圖3所示。

圖3 鹽霧腐蝕后樣品的形貌

由以上結(jié)果可知，對(duì)標(biāo)樣本S的耐鹽霧時(shí)間為8 h。樣品D、J的耐鹽霧時(shí)間只有6 h，耐蝕性稍差。樣品H、G的耐鹽霧時(shí)間為18 h，耐蝕性相對(duì)較好。

2.2 潮熱試驗(yàn)

由于未鈍化的鋁閥體耐蝕性差，閥口易腐蝕并與膜片粘連，易造成粘閥問題。為驗(yàn)證已鈍化鋁閥體的防粘閥性能，將經(jīng)上述工藝處理的鋁閥體樣品組裝為比例閥總成，放入溫度為70 ℃、濕度為93 %RH的試驗(yàn)箱里實(shí)驗(yàn)168 h，模擬鋁閥體的實(shí)際工作狀況，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取出，在常溫下放置8 h后，在氣壓2 000～3 000 Pa、電流120 mA的條件下，測(cè)試電磁閥是否能夠正常打開。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 潮熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，已鈍化處理的樣品均可以正常開閥，而未鈍化處理的樣品中有1個(gè)粘閥不開閥，1個(gè)開閥電流136 mA，偏大于正常開閥電流120 mA，屬輕微粘閥，說明鋁閥體表面鈍化處理對(duì)于解決粘閥問題有效果。

3 總結(jié)

本文通過鋁閥體表面環(huán)保成膜工藝對(duì)比試驗(yàn)研究，討論了不同成膜方案的特點(diǎn)。鋁閥體表面化學(xué)鈍化不僅可以解決鋁閥體氧化變色問題，而且對(duì)粘閥問題也有改善。同時(shí)也實(shí)驗(yàn)了免水洗成膜工藝，施工工藝簡(jiǎn)單，但外觀效果還需改善。本試驗(yàn)研究為后期鋁閥體鈍化工藝的實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。當(dāng)然，鋁閥體表面處理還有其它方法，比如鈍化加封閉、涂層處理等等，后期再作討論。