1.前言
在越来越严峻的环保形势下，特别是随着欧盟RoHS ELV和WEEE等法规的实施，传统的铬酸盐钝化工艺已不适合用于铝型材涂装的前处理，随之逐步替代的锰盐、钛锆、稀土、硅烷、植酸等无铬转化技术在铝材涂装行业的应用，虽然缓解了部分环保压力，但实际生产上还是显现出附着力不稳定，耐候性较差，工艺要求过于严格，频繁更换槽液，实际操作控制困难，以及成本高出铬酸盐许多等问题，而新型环保无铬钝化技术，采用纳米硅晶和改性苯丙材料，形成独特配方的纳米材料钝化剂，不但使用工艺简单，槽液寿命长久，成本低廉，关键的是各项性能均优于铬化。
2．新型纳米无铬钝化工艺是一种不含重金属和氟化物、不含磷酸盐的新型环保工艺，所形成的膜层基于钝化剂的双重高效反应性，即具有无机反应性和有机反应性，其反应效率是硅烷类的两到三倍。
2.1 有机酸缓冲剂保证槽液酸度的稳定，提供纳米硅晶、改性苯丙物和植酸的成膜环境。
成分中的琥珀酸是一种环保产品，已被美国FDA 认定为GRAS(一般认为安全)，并且，在工业使用上它有多种优异性能，它是制备树脂和有机合成物的主要原料。琥珀酸是很好的缓冲剂，在化学试剂应用中，用作碱量法标准试剂和缓冲剂；在无铬钝化剂的使用中具有很好的缓冲性，能够保证槽液稳定的PH值。实验表明，琥珀酸含量为5%的钝化溶液，PH值可以稳定在3-4左右，给纳米硅晶在基材表面形成致密稳定的钝化膜创造宽松的环境。同时，琥珀酸溶于水和脂类溶剂反应生成的复合琥珀酸-酯类物质是树脂、油漆的中间体，同时和植酸及纳米硅共同作用，使金属表面的膜层具有良好的曲挠性和弹性。
2.2 改性苯丙材料、植酸和纳米硅晶相互作用，在较宽松的槽液环境下，在铝材表面形成均匀致密的钝化膜。
改性苯丙材料、植酸的作用：钝化膜的主要成膜物质。它的作用是提供膜中所需的羟基和磷酸基。植酸亦称肌醇六磷酸，分子式为C6H18O24P6，分子量为660.4，无毒，广泛存在于油类和谷类种子中。由于它分子中含有6个磷酸基，故易溶于水，具有较弱的酸性。植酸分子中具有能同金属配合的24个原子，12个羟基和6个磷酸基，因此，植酸是一种少见的金属多齿螯剂，当与金属络合时，易形成多个螯合环，络合物稳定性高，即使在强酸性环境中，植酸也能与金属离子形成稳定的络合物。植酸分子中6个磷酸基只有一个在α位，其他5个均在e位上，其中4个磷酸基处于同一个平面上，因此，植酸在金属表面同金属络合时，易在金属表面形成一层致密的单分子保护膜，能有效阻止O2等进入金属表面，从而减缓了金属的腐蚀，植酸处理后的金属表面由于形成的单分子有机膜层同有机涂料具有相近的化学性质，同时膜层中含有的羟基和磷酸基等活性基团能与有机涂层发生化学作用，因此，植酸处理过的金属表面与有机涂料有很强的粘结能力，研究表明，植酸既是金属表面处理的理想的螯合剂，又是金属的优良缓蚀剂，经植酸处理的金属及合金不仅能抗腐蚀，而且还能改善金属有机涂层的粘接性。改性苯丙物质主要提供钝化膜抗冲击力和抗弯曲性。
植酸的浓度在（3-9）g/L范围内越高对成膜越有利，当钝化时间相同，植酸浓度越高膜层越厚。当植酸浓度大于10g/L时，其抗腐蚀性提高不大，反而使钝化液成本增加。
酸性纳米硅晶的作用：纳米硅是指硅晶体粒径为纳米级（10-9米）的超细材料，具有很好的小尺寸效应、表面效应，纳米硅晶还有一些特殊的性质就是自由运动的电子会被囚禁在一个纳米颗粒径内，颗粒内电子运动受限制，决定纳米硅极强的惰性。纳米硅溶液具有很好的分散性，较好的耐磨性，因其小尺寸效应、表面效应、良好惰性，所以通过特殊方法溶融得到的含有酸性纳米硅的钝化溶液，可以在金属表面形成厚度在几个纳米到几个微米之间的均匀、致密、耐腐蚀的膜层，生成的膜层在与改性苯丙物质和植酸的相互作用下，与金属基体附着紧密，同时又与树脂粉末或油漆等相互交联，保证了基材和涂层之间良好附着力。
2.3 络合剂、溶剂及表面活性剂的作用。
酸性纳米硅溶液具有很好的亲水性，但如果溶液中有多种金属离子会导致纳米硅的憎水性，在钝化液中脱水结团，浑浊，甚至沉淀，丧失硅晶的良好性能。在钝化剂中加入络合剂AT，络合溶液中的杂质钾、钠、钙、铁等金属离子，既维护了钝化液的稳定，又避免杂质离子在金属表面的沉积而影响膜层的附着性能，同时络合阴离子，抑制如氯离子、硝酸根等在转化膜和基材间形成的腐蚀。所以，SBA-803NM生产环节可以全程使用自来水，对槽液的检测只需控制PH值就行，不像其他的无铬工艺中既要控制电导率又要控制点数和PH值那么繁杂。
无铬钝化剂中加入小分子量酯类，促进各类物质的溶解，同时酯类水解生成的醛基、羧基等与琥珀酸作用衍生出的琥珀酸酯类物质，对纳米硅晶成膜有极大协同的作用。
表面活性剂促进酸性纳米硅晶均匀分布。纳米硅晶在水中的溶解受外部条件的影响。一般酸性硅晶溶解的溶液PH值需控制在3-4内，碱性的控制在9上下，其溶解分散性才好。加入含量较低（约0.1%-0.2%）的非离子表面活性剂，可以促进硅晶的均匀分散，保证钝化剂的存放稳定。
3.大量的实验证明，使用纳米硅晶、改性苯丙材料、络合剂、溶剂、掩蔽剂、植酸等环保材料组成新一代纳米无铬剂SBA-803NM，具有明显超越传统钝化体系的处理性能，专用于建筑铝型材、工业型材树脂、氟碳及晶泳涂装工艺，尤其是汽车配件如铝合金轮毂等高端预处理。
3.1 基本工艺
工艺流程：除油-水洗-水洗-水洗-钝化-（水洗）-烘干-喷粉
槽液配置：
除油：采用SBA-801除油剂，5%开槽，处理时间4-8分钟。
钝化：去离子水或自来水/SAB803NM=99:1(体积份数)
充分搅拌备用，开缸无需调整PH值。
无铬钝化工艺管理：
SBA-803NM：1%(V/V)
PH: 2-4
温度：20-30℃
操作时间：浸涂2-5min 喷淋30-60s
3.2 性能测试
相对于各种体系的钝化工艺，其钝化处理后各种性能优劣差异较大，GB/T5237-4.2008及Qualicoat 质量标准 《建筑用铝型材表面喷漆、粉末涂装的质量控制规范》中的控制标准，都只是对涂层后的材料性能进行检测，没有明确钝化后裸膜的性能要求。为了更好了解不同无铬体系处理的效果，我们在进行了国标和Qualicoat标准检测的基础上，再进行了更深度的检测，对钝化后裸膜性能进行盐雾实验、耐碱耐酸实验、车间环境抗污染实验，并对聚合物涂层后的铝材进行破坏性试验（如5%氯化钠溶液浸泡实验、高低温交变实验等）。实验采用同一型号6063铝材、同一型号的粉末或漆，不同钝化体系依据各自前处理工艺进行处理，钝化膜干燥温度85℃、时间15min，涂层固化温度依据粉末或漆的工艺规定控制，涂层厚度为60-70um。
3.2.1 与铬化、锰盐、钛锆、硅烷等钝化体系处理性能对比。实验中冲击、杯突和弯曲除观察有无开裂现象外，还需用胶带在突起部位粘附，检查有无剥落情况。实验中胶带符合标准（粘接强度= （ 10 +/-1 ）牛顿/ 每 25 毫米宽）。附着力检测划格刀齿的间距在涂层厚度为60微米时为1毫米，涂层厚度为60 至120微米之间时为2毫米。沸水附着力检测为常压下沸水煮2小时。 结果见表一。
