CH499630A

CH499630A - Bain chimique de traitement des surfaces d'aluminium et d'alliages d'aluminium et procédé de préparation de ce bain

Info

Publication number: CH499630A
Application number: CH500968A
Authority: CH
Inventors: L Mickelson Floyd; W Bland Robert
Original assignee: Diversey S A
Priority date: 1967-05-22
Filing date: 1968-04-04
Publication date: 1970-11-30
Also published as: BE715412A; FR1565017A; GB1167293A; US3510430A

Description


  
 



   Bain chimique de traitement des surfaces d'aluminium et d'alliages d'aluminium et procédé de préparation de ce bain
 La présente invention se rapporte à la technique des traitements des surfaces métalliques. Elle concerne plus particulièrement un bain chimique de traitement des surfaces d'aluminium et d'alliages d'aluminium pour éliminer les dépôts fins restant après attaque par les alcalis.



   L'une des techniques classiques exploitées pour préparer la surface de l'aluminium à un traitement ultérieur consiste à décaper ladite surface dans une solution alcaline. Après décapage, il reste sur la surface de l'aluminium une matière en fines particules analogue à une poussière, peu adhrrente à la surface et qui peut souvent être éliminée facilement par frottement. La composition de ce dépôt varie avec l'alliage mais en général il est constitué des oxydes des métaux alliés éventuels, y compris la silice, ainsi que d'alumine et des composés métalliques qui ne se dissolvent pas au cours du décapage. Ce dépôt ternit la surface du métal et si on ne l'élimine pas, les revêtements subséquents, par exemple les revêtements par conversion chimique, comme les revêtements de chromate ou les applications de peinture, ne sont pas uniformes et manquent d'adhérence.



   Le traitement des surfaces d'alliage d'aluminium par des   désoxydants   acides classiques ne permet pas d'éliminer suffisamment les oxydes formos à haute température au cours des diverses opérations de fabrication et de formage. On utilise couramment à cet effet une solution d'acide nitrique ou d'acide chromique. Ces solutions sont très réactives et peuvent, en 30 secondes, attaquer la surface à un point où elle ne convient plus pour les traitements ultérieurs. Même réalisés avec soin, les revêtements chimiques subséquents sont irréguliers et sont loin de donner satisfaction. Les désoxydants du type acide chromique provoquent également des problèmes de rejet en raison de la pollution des eaux qu'ils peuvent provoquer.



   On utilise non seulement des désoxydants chimiques pour éliminer le dépôt en fines particules restant après décapage et décrit en introduction mais également afin de préparer les surfaces d'aluminium à un soudage subséquent par   r sistance.    Pour cette préparation, le décapage caustique n'est pas nécessaire dans la plupart des cas, de sorte que le dépôt fin en question ne se forme pas et n'a pas à être éliminé ultérieurement par le désoxydant. Par conséquent, on utilise les désoxydants dans la préparation de la surface d'aluminium immédiatement après un nettoyage destiné à éliminer les souillures et les graisses. Un désoxydant efficace à cet effet doit éliminer efficacement les oxydes superficiels de manière à ramener la résistance électrique à des valeurs acceptables et permettant des soudages sûrs avec des consommations minimales d'énergie.



   La présente invention concerne un bain chimique de traitement des surfaces d'aluminium et d'alliages d'aluminium permettant d'éliminer les dépôts fins restant après attaque alcaline et, également, de désoxyder ces surfaces.



   Ce bain est caractérisé en ce qu'il consiste en une solution aqueuse contenant à l'état dissous:
 Composant g/l
 Sulfate ferrique 7,5 -90
 Bisulfate de métal alcalin 0,75-36
 Nitrate de métal alcalin 0,75-29
 Fluosilicate de métal alcalin 0,15-10
 L'invention a d'autre part pour objet un procédé de préparation du bain susmentionné, caractérisé en ce que   l'on    dissout dans de   l'eau    de 15 à 119 g/l d'un mélange comprenant:  
 Composant   O/o    en poids
 Sulfate ferrique . 50-75
 Bisulfate de métal alcalin . 5-30
 Nitrate de métal alcalin - 5-24
 Fluosilicate de métal alcalin 1- 8
 Un tel bain aqueux dissout les oxydes et les impuretés superficiels sans attaque gênante de l'aluminium.



   Par ailleurs, on- peut en outre introduire dans ledit bain un ou plusieurs surfactifs, supprimer alors le nettoyage préalable de l'aluminium avant désoxydation et effectuer simultanément le nettoyage et la désoxydation.



   On peut utiliser comme bisulfate alcalin dans ledit bain du bisulfate de sodium et/ou du bisulfate de potassium. Le bisulfate de sodium est plus avantageux en raison de son prix.



   De même on peut utiliser comme nitrate alcalin le nitrate de sodium et/ou le nitrate de potassium mais on préfère le premier nommé pour les mêmes raisons.



   On peut également utiliser le fluosilicate de sodium et/ou le fluosilicate de potassium. Ici et pour les mêmes raisons, on préfère le premier nommé.



   Bien que   l'on    ait tenté de remplacer les fluosilicates des bains selon l'invention par d'autres fluorures, aucun des composés essayés n'a donné satisfaction. Le bifluorure de sodium a tendance à attaquer l'aluminium et dans les alliages d'aluminium tels que les alliages types 2024, 6061 et 7075, cette attaque provoque l'apparition d'un dépôt fin de couleur sombre analogue à ceux mentionnés en introduction.



   Le fluosilicate de sodium donne de meilleurs résultats de désoxydation que le bifluorure de sodium dans les bains répondant par ailleurs aux formules ci-dessus.



   L'introduction d'un nitrate de métal alcalin dans le bain selon l'invention constitue une caractéristique importante de cette dernière. Le nitrate empêche les attaques par piqûres qui constituent un problème particulièrement fréquent dans la désoxydation de certains alliages d'aluminium, en particulier l'alliage de type 6061-T6.



   Un tel bain se prépare facilement par mélange des composants conformément à des techniques classiques.



  Pour permettre des manipulations faciles, il est   recoin-    mandé de préparer un m lange de ces composants à l'état granulaires.



   Bien qu'on puisse utiliser des compositions répondant aux formulations assez larges données ci-dessus, on obtient habituellement des meilleurs résultats avec des compositions répondant aux formulations ci-après:    en en poids   
 Sulfate ferrique 50-70
 Bisulfate de métal alcalin 15-25
 Nitrate de métal alcalin 10-20
 Fluosilicate de métal alcalin 1- 5
 On prépare commodément le bain selon l'invention par dissolution d'une quantité suffisante d'une composition susmentionnée dans l'eau; il faut de 1,05 à 11,8 g d'ions nitrates par litre, de 0,1 à 4,0g d'ions fluorures par litre, de 0,1 à 0,52 g d'ions hydrogènes par litre et de 2,1 à 16g d'ions ferriques par litre. Ce bain peut être utilisé pour la désoxydation et l'élimination des dépôts fins mentionnés en introduction sur les surfaces d'aluminium.

  En fait, pour permettre des calculs plus faciles, il convient en général de dissoudre d'environ 14 à 117 g de la composition par litre d'eau pour former un bain.



   Le traitement des surfaces d'aluminium par ces solutions peut être effectué à une   tempjrature    quelconque appropriée; en général, on opère entre le voisinage de la température ambiante et 820C avec des durées de contact par immersion d'environ 0,5 à 10 minutes. Après traitement, la surface d'aluminium peut être rincée à   l'eau    et séchée à l'air.



   Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter; dans ces exemples, les indications de parties et de pour cent s'entendent en poids, sauf indication contraire.



   Exemple   1   
 On prépare une composition solide granulaire par mélange des composants suivants:
 Composants   O/o    en poids
 Sulfate ferrique 59,0
 Bisulfate de sodium 21,0
 Nitrate de sodium 15,0
 Fluosilicate de sodium 5,0
 100,0
 Une telle composition après dissolution dans de   l'eau    provoque une élimination complète et rapide des dépôts fins mentionnés en introduction et qu'on trouve sur l'aluminium après décapage alcalin. On l'utilisera de préférence sur les alliages d'aluminium qui ne présentent pas une forte teneur en silicium.



   On prépare le bain par dissolution d'environ 14 à 117 g de ladite composition par litre d'eau. Ce bain est utilisé au voisinage de la température ambiante (21270 C).



   Avant l'élimination des dépôts fins, I'article d'aluminium est soumis à un nettoyage préalable servant à éliminer les souillures et les graisses puis attaqué par un bain de décapage caustique et rincé à l'eau. Un bain de décapage peut contenir environ 45g d'alcali par litre, à une température d'environ 60 à 660 C. Une durée d'attaque de 3 minutes donne satisfaction.

 

   Après le décapage alcalin, l'article d'aluminium peut être immergé dans le bain à la température de 240 C. La durée nécessaire pour éliminer complètement les dépôts fins varie avec la nature de l'alliage d'aluminium traité et la concentration du bain, conformément aux indications   rapportes    dans le tableau ci-après:
 Alliages   d'aluminium (t)    Durée de nettoyage à 240 C
 59 g/l 118 g/l
 1100-0 .

  . 30 sec 30 sec
 2024-0 et 2024-T3   5-7 mn    4-5 mn
 3003-0 1 mn 30 sec
 5052-0 . 1 mn 30 sec
 6061-T6 3-4 mn 2-3 mn
 6063-T6 - 30 sec 30 sec
 7075-0 et 7075-T6   3-4 mn    2-3 mn
   (t)    On donne ci-après la composition de certains de ces alliages:  1100-0 plus de   99,00/o    d'Al 2024-0 et 2024-T3   4,S0/o    de Cu;   1,5 ouzo    de   Mg;    0,6% de Mn;
 solde: Al 3003-0   1,2 oxo    de Mn;
 solde:   Al    5052-0   2,5 0/o    de Mg; 0,25   o/o    de Cr;
 solde: Al 6061   1 0/o    de Mg;   O,60/o    de Si;   0,25  /o    de Cu;
   0,25%    de Cr;
 solde:

  Al 6063-T6 0,7% de Mg;   0,4%    de Si;
 solde: Al 7075-0 et 7075-T6 5,5% de   Zn;    2,5% de Mg; 1,5% de Cu;
 0,3% de Cr;
 solde: Al
 Les durées de nettoyage données ci-dessus sont celles exigées en l'absence d'agitation. Une agitation modérée en cours d'opération diminue les durées nécessaires d'environ 25    /o.   



   Ledit bain peut également être utilisé pour désoxyder les surfaces d'aluminium avant soudage par résistance.



   1. Désoxydation de surfaces d'aluminium non déca    pes -   
 Les surfaces d'aluminium sont nettoyées pour élimination des souillures et des graisses, rincées et   désoxy-    dées avec la solution de la composition ci-dessus à la concentration de 118 g/l à 240 C pendant 5 mn, rincées à   l'eau    froide et séchées à l'air. La résistance superficielle moyenne obtenue avec des alliages d'aluminium variés est rapportée dans le tableau ci-après:
 Valeurs des résistances superficielles   (microhms - moyenne    de cinq lectures) obtenues sur divers alliages d'aluminium.



   Résistance superficielle Résistance superficielle
 Alliage d'aluminium initiale au bout de 24 h
 1100-0 5 5
 2024-0 15 15
 2024-T3 13 15
 Alclad 2024-T3 20 62
 3003-0 5 5
 5052-0 5 5
 6061-T6 49 57
 6063-T6 10 12
 7075-T6 10 25
 Alclad 7076-T6 11 22
 2. Désoxydation de surfaces d'aluminium déca
 pées 
 Les alliages d'aluminium qui n'ont pas été traités à la chaleur sont soumis à un nettoyage préalable destiné à éliminer les souillures et les graisses, rincés à   l'eau,    décapés par un bain alcalin à la concentration de 45   g/l    à   660 C    pendant 3 mn, rincés à nouveau à   l'eau    et désoxydés à l'aide du bain susmentionné à la concentration de 118 g/l, rincés à nouveau à   l'eau    froide et séchés à l'air.

  La résistance superficielle moyenne obtenue sur divers alliages d'aluminium est rapportée dans le tableau suivant:
 Valeurs de résistances superficielles (microhms - moyenne de cinq lectures) obtenues sur des alliages d'aluminium décapés non traités à la chaleur.



   Résistance superficielle Résistance superficielle
 Alliage d'aluminium initiale au bout de 24 h
 1100-0 12 14
 2024-0 5 6
 3003-0 14 14
 5052-0 9 13
 7075-0 5 19  
 Exemple 2
 On prépare une composition solide granulaire contenant des surfactifs par mélange des composants sui   vants:

  :   
 Composants   O/o    en poids
 Sulfate ferrique 69,0
 Nitrate de sodium 15,0
 Bisulfate de sodium 10,0
 Fluosilicate de sodium 1,0
 Polyéther aliphatique
 (  Antarox BL-330  ) 1,0
 Acide dodécylbenzène sulfonique 1,0
 Isooctylphénylpolyéthoxyéthanol
 (OPE 9-10) ( Triton   X-100 )    1,0
 Ether éthylique de l'éthylèneglycol
 (solvant   EE   Dowanola > )   
 On prépare un bain destiné à l'élimination des dépôts fins provoqués par les décapages alcalins par dissolution de cette composition dans   l'eau    à la concentration de 45 g/l (pH 1,6-1,7); on chauffe le bain à 710 C.



   Avant traitement, on soumet les surfaces d'aluminium à un nettoyage destiné à éliminer les souillures et les graisses, on rince à l'eau, on décape par une solution d'alcali à 45 g/l à 660 C et on rince à nouveau à l'eau.



  On traite ensuite l'aluminium à l'aide du bain ci-dessus.



  Les durées de nettoyage observées sont les suivantes, pour un résultat satisfaisant:
 Alliage d'aluminium Durée nécessaire 1100-0 10-15 sec 2024-T3 3-3   V2    mn 3003-0   1 mon    5052-0 30 sec 6061-T6   21/2-3mn    6063-T6 10-15 sec 7075-T6   21/4-20/4 mn   
 On obtient de meilleurs résultats dans l'élimination des dépôts fins à la concentration de 59 g/l de la composition dans le bain.



   La composition de cet exemple peut être également utilisée pour nettoyer et désoxyder simultanément les surfaces d'aluminium.



   On prépare un bain de nettoyage-désoxydation combiné par introduction de 45 g de la composition dans un litre d'eau et chauffage de la solution à 710 C. Des durées de traitement de 5 à 10 minutes donnent satisfaction: on rince l'aluminium à   l'eau    froide et on le sèche à l'air.



  Ce mode opératoire donne les résultats rapportés dans le tableau ci-après:
 Valeurs de résistances superficielles   (microIms - moyenne    de cinq lectures) sur alliages d'aluminium non décapés.



   Traitement de 5 minutes Traitement de 10 minutes
 Résistance superficielle Résistance superficielle
Alliage d'aluminium initiale Au bout de 24h initiale Au bout de 24h 1100-0 5 11 12 16 2024-T3 5 50 6 20
Alclad 2024-T3 39 370 75 600 3003-0 1 1 11 37 5052-0 5 34 8 69 6061-T6 7 44 12 72 6063-T6 5 15 8 22 7075-T6 6 19 8 61
Alclad 7075-T6 . 12 88 6 75
 Tous les alliages sont correctement nettoyés, sans piqûres ni apparition de colorations parasitaires.



   Si on utilise le même bain à 600 C, il faut habituellement un traitement de 10 mn. Un traitement de 5 minutes à 820 C donne également satisfaction mais il peut apparaître des colorations parasitaires ou des dépôts fins avec certains alliages tels que les aluminiums de type 2024-T3 et 7075-T6; mais pour ces alliages, un traitement de moins de 5 minutes à 820 C donne en général satisfaction. A   93O    C, il apparaît des colorations parasitaires et des dépôts fins sur certains alliages et il n'est pas recommandé d'utiliser les solutions de l'invention à cette température.

 

     Exernple    3
 On prépare des mélanges solides granulaires possédant les compositions ci-après:
   O/o    en poids
 Composants A B C
 Sulfate ferrique 59,0 59,0 75,0
 Bisulfate de sodium 21,0 21,0 20,0
 Nitrate de sodium 15,0 15,0 
 Bifluorure de sodium   -    5,0 5,0
 Fluosilicate de sodium 5,0 -   
 On soumet des éprouvettes d'aluminium à un nettoyage préalable destiné à éliminer les souillures et les graisses puis on procède à leur désoxydation dans des bains préparés à partir des compositions A, B et C à la concentration de 118 g/l, en 5 mn à 240 C, on rince à
I'eau froide et on sèche.

  On mesure ensuite la résistance superficielle des éprouvettes d'aluminium non décapées (moyenne de cinq lectures) on obtient les résultats rapportés ci-après:
 Valeurs de résistances superficielles (microhms - moyenne de cinq lectures) sur alliages d'aluminium non décapés.



   A B C
 Alliage d'aluminium Valeur initiale   Au bout de 24 h    Valeur initiale Au bout de 24 h Valeur initiale Au bout de 24 h 1100-0 5 5 10 8 15 16 2024-T3 10 18 13 17 15 15
Alclad 2024-T3 20 ' 62 203 205 77 322 3003-0 5 5 9 12 5 5 5052-0 5 5 9 9 15 15 6061-T6 49 57 103 159 39 54 6063-T6 10 12 8 8 4 10 7075-T6 10 25 44 106 15 16
Alclad 7075-T6 11 22 103 159 118 137
 On n'observe pas de piqûres, sur aucune des éprouvettes d'aluminium désoxydées. Les compositions B et
C, qui contiennent tous deux du bifluorure de sodium, provoquent l'apparition d'un dépôt fin et de couleur sombre sur l'aluminium 6061-T6 désoxydé. La composition
A qui contient du fluosilicate de sodium ne provoque pas ces dépôts fins.



   Le fluosilicate de sodium de la composition A donne des résultats de désoxydation nettement supérieurs   Åa    ceux du bifluorure de sodium des compositions B et C.



   On examine l'aptitude à la désoxydation des compositions A et C sur des alliages d'aluminium non traités à la chaleur mais décapés à l'alcali; on soumet les éprouvettes d'aluminium à un nettoyage préalable destiné à éliminer les souillures et les graisses, on décape les éprouvettes par une solution d'alcali à 45 g/l en 3 minutes à 660 C, on rince les éprouvettes à   l'eau    et on les soumet à désoxydation à l'aide des solutions des compositions A et C à la concentration de 118 g/l en 5 minutes à 240 C. On obtient les résultats suivants:
Valeurs de résistances superficielles   (microhms - moyenne    de cinq lectures) sur alliages d'aluminium décapés.

 

   A C
 Alliage d'aluminium Valeur initiale Au bout de 24 h Valeur initiale Au bout de 24 h
 1100-0 12 14 18 18
 2024-0 5 6 18 18
 3003-0 14 14 33 105
 5052-0 9 13 18 30
 7075 . 5 19 10 25
 Les résultats obtenus montrent que la composition A provoque une meilleure désoxydation que la composition
C.



   L'invention ayant été décrite en détail, on comprendra que diverses modifications peuvent y être apportées sans pour cela sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS

I. Bain chimique de traitement des surfaces d'aluminium et d'alliages d'aluminium pour éliminer les dépôts fins restant après attaque par les alcalis, caractérisé en ce qu'il consiste en une solution aqueuse contenant à l'état dissous Composant g/l Sulfate ferrique 7,5 -90 Bisulfate de métal alcalin 0,75-36 Nitrate de métal alcalin 0,75-29 Fluosilicate de métal alcalin 0,15-10 II. Procédé de préparation du bain selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on dissout dans de l'eau de 15 à 119 g/l d'un mélange comprenant: Composant O/o en poids Sulfate ferrique 50-75 Bisulfate de métal alcalin 5-30 Nitrate de métal alcalin 5-24 Fluosilicate de métal alcalin 1- 8 SOUS-REVENDICATIONS 1.

Bain chimique selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il contient à l'état dissous Composant g/l Sulfate ferrique 7,5 -84 Bisulfate de métal alcalin 2,25-30 Composant g/l Nitrate de métal alcalin 1,5 -24 Fluosilicate de métal alcalin 0,15- 6 2. Bain chimique selon la revendication I, caractérisé en ce que lesdits sels de métal alcalin sont des sels de sodium.

3. Bain chimique selon la sous-revendication 2, ca ractérisé en ce qu'il contient à l'état dissous Composant g/l Sulfate ferrique 8,85 -83 Bisulfate de sodium 1,5 -25 Nitrate de sodium 1,5 -24 Fluosilicate de sodium 0,15 - 6 Surfactif 0,075- 0,6