专利名称：一种在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法
技术领域：
本发明涉及金属粉的表面处理领域，具体为一种在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法。
背景技术：
铝粉是常见的金属颜料之一。具有特殊的二维结构与优良的物理化学性能，广泛应用于涂料、塑料和印刷油墨等行业。随着国外限制向大气排放有毒物的规定日趋严格，人们在许多产品中试图用水代替有机溶剂和稀释剂，例如水性漆、水性油墨等，作为水性涂料用的铝颜料要求具有较好的耐水、耐酸碱性能，而片状铝粉具有很大的比表面积，很容易与水反应，在水性体系中它的金属光泽会遭到破坏，由此产生的氢气还会诱发燃烧或爆炸的危险。因此，铝粉颜料用于水性体系中必须保护其表面不与水反应，同时还应考虑不损害颜料性能，成本也应适宜。铝粉的表面钝化是最早使用的化学保护法，该方法是钝化剂处理铝粉，使其表面形成一层钝化膜，最有效的钝化剂是铬酸盐。但由于六价的铬离子对环境的污染极其严重，并且还有致癌作用，因此在使用上受到了限制。人们正在寻求其它有效而对社会无害的方法来对铝粉进行表面处理，使其在涂料体系中有较好的稳定性。目前，国内外对铝粉表面处理研究较多，其主要集中在铝粉的包覆处理上。包覆法是在铝粉表面包覆一层或多层有机/无机纳米粒子，隔绝铝颜料与腐蚀介质的接触，保护铝颜料不受腐蚀介质的腐蚀，同时保持了颜料的特有光泽。但是此方法工艺复杂，而且其对析氢的抑制效果不理想，目前无法满足实际的水性涂料的生产要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，解决现有铝粉在水性涂料中稳定性差，容易发生析氢的实际问题，其制作工艺简单、且又能显著提高铝粉的抑制析氢性能，适合大规模的生产。本发明采取以下技术方案一种在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，包括如下步骤和工艺条件第一步，以质量份数计，将5 20份铝粉分散于50 150份脱酯溶液中，15 60°C下搅拌1 8分钟，之后用30 60°C的热水进行漂洗，烘干；第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为15 60V，阳极电流密度为1-10安/分米2，温度18-35°c，经30 80min阳极氧化处理后，即可出槽；本发明所配制的电解液为酸性电解液，酸性电解液为硝酸、硫酸、盐酸、酒石酸、草酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸、苯甲酸、水杨酸、咖啡酸中的一种或一种以上水溶液组成，所稀释的浓度范围为
硝酸5 80g/L ；硫酸7 100g/L ；盐酸3 15g/L ；酒石酸2 15g/L ；草酸1 10g/L ；苹果酸0. 1 5g/L ；枸椽酸(柠檬酸):2 8g/L ；抗坏血酸0. 5 3g/L ；苯甲酸0. 2 1. Og/L ；水杨酸5 15g/L ；咖啡酸:0. 1 1. 2g/L。第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在30 80°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。本发明所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径一般为0. 5 ΙΟΟμπι，厚度一般为0. 05 1 μ m。本发明所选用的脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成，各组分的含量如下氢氧化钠20-30g/L，碳酸钠15-20g/L，磷酸三钠10_15g/L，硅酸钠l_3g/L，其余为水。本发明所选用的阳极材料为金属钛、DSA电极(钛基尺寸稳定电极)、钼、金、不锈钢其中的一种。本发明所选用的阴极材料为金属钛、DSA电极(钛基尺寸稳定电极)、钼、金、不锈钢、石墨其中的一种。本发明的优点1、本发明工艺简单，生产周期短，适合工业生产。2、本发明采用的阳极氧化电解液可以是酸性，选择范围较广，且对处理后的铝粉无腐蚀影响。3、本发明处理后的铝粉，具有较好的耐析氢性能。
具体实施例方式以下实施例中的份数，均为质量份数。实施例一第一步，以质量份数计，将10份铝粉分散于90份脱酯溶液中，20°C下搅拌2分钟，之后用40°C的热水进行漂洗，烘干；本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为0. 5 2μπι，厚度为0. 05 1 μ m0第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为40V，阳极电流密度为5安/分米2，温度20°C，经60min阳极氧化处理后，即可出槽；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在40°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下氢氧化钠25g/L ；碳酸钠17g/L ；磷酸三钠13g/L ；硅酸钠1. 5g/L，余量为水。电解液组成如下，硝酸:20g/L ；硫酸:15g/L ；盐酸8g/L ；酒石酸4g/L ；苯甲酸:0. 2g/L ；水杨酸:6g/L ；咖啡酸0. 3g/L，余量为水。阳极采用金属钛，阴极采用不锈钢。
经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了 90%。析氢实验中的腐蚀介质及实验方法参照文献李庆鹏，丁国强，刘建国，赫秀娟，严川伟.S^2包覆铝粉对锌铝混合粉的析氢抑制[J].腐蚀科学与防护技术，2010，22 (6) :484-489.实施例二 与实施例一不同之处在于，第一步，以质量份数计，将15份铝粉分散于120份脱酯溶液中，25°C下搅拌3分钟，之后用50°C的热水进行漂洗，烘干；本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为5 10 μ m，厚度为0. 05 1 μ m0第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为30V，阳极电流密度为4. 5安/分米2，温度25°C，经30min阳极氧化处理后，即可出槽；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在60°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下氢氧化钠^g/L ；碳酸钠17g/L ；磷酸三钠13g/L ；硅酸钠3g/L ；余量为水。电解液组成如下，硝酸:25g/L ；硫酸:20g/L ；草酸8g/L ；苹果酸3g/L ；枸椽酸(柠檬酸)4g/L;苯甲酸0.4g/L;余量为水。阳极采用不锈钢，阴极采用石墨。经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了 88%。实施例三与实施例一不同之处在于，第一步，以质量份数计，将8份铝粉分散于80份脱酯溶液中，30°C下搅拌4分钟，之后用35°C的热水进行漂洗，烘干；本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为20 30 μ m，厚度为0. 05 1 μ m0第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为50V，阳极电流密度为3安/分米2，温度30°C，经45min阳极氧化处理后，即可出槽；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在55°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下氢氧化钠22g/L ；碳酸钠19g/L ；磷酸三钠14g/L ；硅酸钠2g/L ；余量为水。电解液组成如下，硝酸40g/L;盐酸10g/L;苹果酸3g/L;枸椽酸(柠檬酸)4g/L ；抗坏血酸2g/L ；余量为水。阳极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)，阴极采用不锈钢。经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了 93%。
实施例四与实施例一不同之处在于，第一步，以质量份数计，将20份铝粉分散于150份脱酯溶液中，25°C下搅拌5分钟，之后用40°C的热水进行漂洗，烘干；本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为40 50 μ m，厚度为0. 05 1 μ m0第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为45V，阳极电流密度为6安/分米2，温度25°C，经70min阳极氧化处理后，即可出槽；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在60°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下氢氧化钠27g/L ；碳酸钠16g/L ；磷酸三钠12g/L ；硅酸钠1. 5g/L ；余量为水。电解液组成如下，硫酸:30g/L ；盐酸:12g/L ；酒石酸5g/L ；草酸4g/L ；苹果酸lg/L ；水杨酸:6g/L ；咖啡酸0. 3g/L ；余量为水。阳极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)，阴极采用石墨。经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了 96%。实施例五与实施例一不同之处在于，第一步，以质量份数计，将12份铝粉分散于100份脱酯溶液中，35°C下搅拌4分钟，之后用50°C的热水进行漂洗，烘干；本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为60 70 μ m，厚度为0. 05 1 μ m0第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为15 60V，阳极电流密度为3. 5安/分米2，温度30°C，经55min阳极氧化处理后，即可出槽；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在70°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下氢氧化钠Mg/L ；碳酸钠17g/L ；磷酸三钠12g/L ；硅酸钠2. 5g/L ；余量为水。电解液组成如下，硝酸18g/L ；硫酸25g/L ；酒石酸3g/L ；草酸5g/L ；苹果酸2g/L ；枸椽酸(柠檬酸):4g/L ；余量为水。阳极采用金属钼，阴极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)。经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了 92%。实施例六与实施例一不同之处在于，第一步，以质量份数计，将5份铝粉分散于50份脱酯溶液中，50°C下搅拌2分钟，之后用60°C的热水进行漂洗，烘干；本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为80 90 μ m,厚度为0. 05 1 μ m0第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为30V，阳极电流密度为3. 5安/分米2，温度25°C，经45min阳极氧化处理后，即可出槽；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在65°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下氢氧化钠30g/L ；碳酸钠18g/L ；磷酸三钠13g/L ；硅酸钠2g/L ；余量为水。电解液组成如下，硝酸30g/L ；硫酸15g/L ；盐酸4g/L ；酒石酸2 15g/L ；枸椽酸(柠檬酸)3g/L;抗坏血酸lg/L;水杨酸7g/L;余量为水。阳极采用金属金，阴极采用不锈钢。经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了 87%。实施例七与实施例一不同之处在于，第一步，以质量份数计，将15份铝粉分散于130份脱酯溶液中，55°C下搅拌6分钟，之后用的热水进行漂洗，烘干；本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为0. 5 lym，厚度为0. 05 1 μ m0第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为35V，阳极电流密度为4安/分米2，温度30°C，经65min阳极氧化处理后，即可出槽；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在55°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下氢氧化钠20g/L ；碳酸钠15g/L ；磷酸三钠15g/L ；硅酸钠3g/L ；余量为水。电解液组成如下，硝酸:19g/L ；硫酸:23g/L ；草酸3g/L ；苹果酸4g/L ；枸椽酸(柠檬酸):5g/L ；抗坏血酸:lg/L ；咖啡酸0. 6g/L ；余量为水。阳极采用金属钛，阴极采用石墨。经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了 86%。实施例八与实施例一不同之处在于，第一步，以质量份数计，将13份铝粉分散于125份脱酯溶液中，45°C下搅拌4分钟，之后用50°C的热水进行漂洗，烘干；本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为3 8μπι，厚度为0. 05 1 μ m0
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为40V，阳极电流密度为5. 5安/分米2，温度20°C，经50min阳极氧化处理后，即可出槽；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在70°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下氢氧化钠25g/L ；碳酸钠15g/L ；磷酸三钠10g/L ；硅酸钠lg/L ；余量为水。电解液组成如下，硝酸:40g/L ；硫酸:20g/L ；酒石酸3g/L ；草酸3g/L ；苹果酸2g/L ；枸椽酸(柠檬酸):5g/L ；抗坏血酸:lg/L ；苯甲酸0. 3g/L ；余量为水。阳极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)，阴极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)。经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了 93%。结果表明，本发明采用阳极氧化技术，首先将铝粉进行化学脱脂酸、清洗后置于酸性电解液中，在搅拌下，使铝粉随时接触阳极，实现铝粉的阳极氧化，从而在铝粉表面形成氧化物膜，达到抑制铝粉析氢目的。本发明方法工艺简单，具有较好的耐析氢性能。
权利要求
1.一种在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，包括如下步骤和工艺条件第一步，以质量份数计，将5 20份铝粉分散于50 150份脱酯溶液中，15 60°C下搅拌1 8分钟，之后用30 80°C的热水进行漂洗，烘干；第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态，接通直流电源，控制电压为15 60V，阳极电流密度为1 10安/分米2，温度18-35°C，经30 SOmin阳极氧化处理后，即可出槽；电解液为酸性电解液，酸性电解液为硝酸、硫酸、盐酸、酒石酸、草酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸、苯甲酸、水杨酸、咖啡酸中的一种或一种以上水溶液组成；第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在30 60°C的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
2.按照权利要求1所述的在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，铝粉为片状铝粉。
3.按照权利要求1所述的在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，脱酯溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成，其各组分的含量如下氢氧化钠20-30g/L ；碳酸钠15-20g/L ；磷酸三钠10_15g/L ；硅酸钠l_3g/L，其余为水。
4.按照权利要求1所述的在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，酸性电解液的浓度范围为硝酸5 80g/L ；硫酸7 100g/L ；盐酸3 15g/L ；酒石酸2 15g/L ；草酸1 10g/L ；苹果酸0. 1 5g/L ；枸椽酸2 8g/L ；抗坏血酸0. 5 3g/L ；苯甲酸0. 2 1. Og/L ；水杨酸5 15g/L ；咖啡酸0. 1 1. 2g/L。
5.按照权利要求1所述的在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，阳极采用金属钛、DSA电极、钼、金、不锈钢中的一种。
6.按照权利要求1所述的在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，阴极采用金属钛、DSA电极、钼、金、不锈钢、石墨其中一种。
全文摘要
本发明涉及金属粉的表面处理领域，具体为一种在酸性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法。采用阳极氧化技术，首先将铝粉进行化学脱脂酸、清洗后置于酸性电解液中，在搅拌下，使铝粉随时接触阳极，实现铝粉的阳极氧化，从而在铝粉表面形成氧化物膜，达到抑制铝粉析氢目的。本发明解决现有铝粉在水性涂料中稳定性差，容易发生析氢的实际问题，其制作工艺简单、且又能显著提高铝粉的抑制析氢性能，适合大规模的生产。
文档编号C25D11/06GK102554212SQ20101060378
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者严川伟, 刘建国, 李庆鹏 申请人:中国科学院金属研究所