CN101423965A - 阳极化铝或铝合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阳极化铝或铝合金的方法，其中该铝或铝合金部件被浸渍在温度介于0℃和140℃之间、优选在0℃和130℃之间的水溶液中，其中所述溶液包括：－硫酸，－酒石酸，以及－选自至少一种过渡金属、镧系元素、锕系元素及其组合的的元素的至少一种无机盐，并施加受控电势差，得到具有和通过传统铬酸溶液阳极化得到的那些氧化铝层性质一样或甚至更好的氧化铝层。

Description

阳极化铝或铝合金的方法
技术领域
本发明涉及一种阳极化铝或铝合金部件的方法，所述铝或铝合金包括纯的或几乎纯的铝及其与其他元素以任意比例的组合。
背景技术
一般地，用于阳极化方法的酸性溶液由高浓度硫酸或铬酸组成，后者是用于航空航天工业的主要成分。硫酸不用于航空航天工业，这是由于处理后部件中粘附度低，而铬酸对生物具有高毒性并且对环境有害。
利用酒石酸-硫酸水溶液通过电解法阳极化部件是具有低环境影响的可替代方法，该方法在专利号US 2002/0157961 A1中描述。另一可替代方法是在US4894127中描述的硫酸和硼酸水溶液。这些方法都没有赋予铝或铝合金部件相同于用铬酸处理时的腐蚀性质。
发明内容
本发明的方法使用铝或铝合金部件作为在具有酸性电解液水溶液的电解槽中的阳极，这是为了在所述部件上生成氧化铝表面层。
该表面氧化铝层改善了铝或铝合金部件的抗腐蚀性和表面层粘附性(surfacelayer adherence)。
具体实施方式
本发明涉及一种铝或铝合金的阳极化方法，其中该铝或铝合金部件被浸渍在温度介于0℃和130℃之间的水溶液中，其中所述溶液包括：
-硫酸，
-酒石酸，以及
-选自至少一种过渡金属、一种镧系元素、一种锕系元素及其组合的的元素的至少一种无机盐，并
施加受控电势差。
过渡金属无机盐的浓度可以介于5×10-7和1.5M之间存在，优选浓度介于1×10-6和1M之间。
在本发明的方法中，过渡金属的所述无机盐可以是选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIB、IB和IIB族金属中的至少一种金属的盐、镧系或锕系元素的盐、或前述的组合，优选钼盐。
前面提及的一种或多种无机盐通过防止不同腐蚀反应的发生而起抗腐蚀剂的作用(取决于该无机盐的种类)，从而改善了该部件的防腐蚀性能。
将进行阳极化处理的铝或铝合金部件同时被用作阳极。
根据特定实施方案，电解液是酸性含水电解液，优选是酒石酸-硫酸水溶液。
根据优选的实施方案，作为电解液的水溶液的硫酸浓度在0.1到1.5M之间，优选在0.2M到0.9M之间，L(+)-酒石酸浓度在0.1到1.5M之间，优选0.2到0.8M之间。
根据最优选实施方案，所述溶液的硫酸浓度在0.2M到0.9M之间，L(+)-酒石酸浓度在0.2到0.8M之间，且一种或数种由至少一种或数种过渡金属构成的无机盐的浓度在1×10-6到1M之间。
在阳极化过程中，水溶液的温度保持在0℃和140℃之间，优选0℃和130℃之间，更优选5℃和80℃之间，最优选30到40℃之间。
根据该方法，电解槽被施加0.5V到130V，优选1V到120V之间，更优选2V和100V之间，最优选10到30V之间的电势差。
阳极化方法所持续的时间在1到130分钟之间，优选5到120分钟之间，更优选5到40分钟之间。
本方法具有相对于传统的铬酸阳极化少约40％的持续时间。
由本发明产生的残留物的毒性和对环境的危害与由传统的阳极化方法产生的相比大大减少。
实施例
实施例1
在含有钼盐的酒石酸-硫酸浴槽中阳极化2000系列铝合金
对2000系列铝合金部件(150×100×2mm)进行常规的清洁和表层去除处理：通过浸渍大约10分钟去脂，在蒸馏水中清洗大约5分钟，表层去除大约10分钟，以及在蒸馏水中清洗5分钟。
然后该部件完全浸入电解槽中，其中该部件起阳极作用；阴极由AISI 321不锈钢组成并具有等于或大于该阳极几何面积的几何面积。电解液是由0.40M硫酸、0.53ML(+)-酒石酸和0.25M钠钼制成的酸性水溶液。该电解槽的温度是37℃±1℃。
电势差以2.8V·min-1的速度从0增加到14V并在14V持续20分钟，产生大约2μm的氧化层。
该部件在阳极化的水(anodised water)中清洗大约5分钟，接着在阳极化的水中于沸点封闭(seal)大约40分钟。然后用热空气干燥。
实施例2
在含有钼盐的酒石酸-硫酸浴槽中阳极化2000系列板状铝合金部件(plaquedaluminium alloy part)
对2000系列板状铝部件(150×100×2mm)进行如实施例1所描述的常规的清洁和表层去除处理。
将该部件完全浸入电解槽中，其中该部件起阳极作用；阴极由AISI 321不锈钢制成并具有等于或大于该阳极几何面积的几何面积。电解液和阳极化条件与实施例1相同，得到大约2μm的氧化层。
以如实施例1所描述的方式清洗并封闭该阳极化的部件。
实施例3(比较例)
在酒石酸-硫酸浴槽中阳极化2000系列铝合金
对2000系列铝合金部件(150×100×2mm)进行如实施例1所描述的常规的清洁和表层去除处理。
将该部件完全浸入电解槽中，其中该部件起阳极作用；阴极由AISI 321不锈钢制成并具有等于或大于该阳极几何面积的几何面积。电解液和阳极化条件与实施例1相同，得到大约3μm的氧化层。
以如实施例1所描述的相同方式清洗并封闭该阳极化的部件。
实施例4(比较例)
在酒石酸-硫酸浴槽中阳极化2000系列铝
对2000系列板状铝部件(150×100×2mm)进行如实施例1所描述的常规的清洁和表层去除处理。
然后将该部件完全浸入电解槽中，其中该部件起阳极作用；阴极由AISI 321不锈钢制成并具有等于或大于该阳极几何面积的几何面积。电解液是由0.40M硫酸、0.53ML(+)-酒石酸制成的酸性水溶液。该电解槽的温度维持在37℃±1℃。
电势差以2.8V·min-1的速度从0增加到14V并在14V持续20分钟，产生大约3μm的氧化层。
如实施例1那样清洗并封闭该阳极化的部件。
实施例5(比较例)
用铬酸阳极化
对2000系列板状铝部件(150×100×2mm)进行如实施例1所描述的常规的清洁和表层去除处理。
然后将该部件完全浸入电解槽中，其中该部件起阳极作用；阴极由AISI 321不锈钢制成并具有等于或大于该阳极几何面积的几何面积。电解液是含铬酸的酸性水溶液。该电解槽的温度维持在35℃和40℃之间。
电势差以5V·min-1的速度从0增加到40V并在14V持续45分钟，产生大约3μm的氧化层。
如实施例1那样清洗并封闭该阳极化的部件。
表1 根据前面实施例处理的部件的性质比较
 
部件 厚度(μm) (1)暴露96小时 (1)暴露336小时 (2)干漆的粘附性(Gt) (2)湿漆的粘附性
实施例1 2 通过 通过 0 0
实施例2 2 通过 通过 0 0
实施例3 3 通过 失败 0 0
实施例4 3 通过 失败 0 0
实施例5 3 通过 通过 0 0
(1)根据ASTMB 117标准在盐水雾室中实验。
(2)根据ISO 2409标准试验漆的粘附性(浸渍在蒸馏水中14天之前和之后)。
根据军用标准MIL-A-8625-F在3.7.1.2节设立的对IC类型阳极层的要求，本发明处理的部件在盐水雾中超过336小时。
根据对本发明实施例部件和比较例部件进行测试所得的结果比较后发现，本发明产生的氧化物具有比不含无机盐的酸性水介质所产生的氧化物更好的腐蚀性质。这些性质等于或更好于通过铬酸阳极化得到的性质。

Claims (15)

1、一种铝或铝合金的阳极化方法，其特征在于它包括浸渍铝或铝合金部件在水溶液中，所述溶液包括：
-硫酸，
-酒石酸，以及
-选自至少一种过渡金属、一种镧系元素、一种锕系元素及其组合的元素的至少一种无机盐，
并施加受控电势差。
2、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于所述水溶液还包括浓度在1×10-6到1M之间的过渡金属的一种无机盐。
3、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于所述无机盐是钼盐。
4、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于待阳极化处理的铝或铝合金部件作为阳极。
5、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于使用一种酸性含水电解液。
6、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于所述酸性含水电解液是酒石酸-硫酸水溶液。
7、如权利要求6所述的阳极化方法，其特征在于所述溶液的硫酸浓度在0.2M到0.9M之间，L(+)-酒石酸浓度在0.2到0.8M之间。
8、如权利要求6所述的阳极化方法，其特征在于所述溶液的硫酸浓度在0.2M到0.9M之间，L(+)-酒石酸浓度在0.2到0.8M之间，并且具有至少一种或数种过渡金属的一种或数种无机盐的浓度在1×10-6到1M之间。
9、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于该水溶液的温度在阳极化过程中维持在0℃和130℃之间。
10、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于1V到120V之间的电势差施加在电解槽上。
11、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于该方法需要5到120分钟的时间。
12、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于钢片用作阴极。
13、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于使用酒石酸-硫酸和钼盐的水溶液。
14、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于所述水溶液由浓度在0.20到0.50M之间的硫酸、浓度在0.4到0.55M之间的L(+)-酒石酸以及浓度在0.20M到0.30M之间的钼盐制成。
15、如权利要求1所述的阳极化方法，其特征在于它包括：
-由AISI 321不锈钢制成的阴极，其面积等于或大于阳极的面积，
-由0.40M硫酸、0.53ML(+)-酒石酸和0.25M钼盐制成的水溶液，以及
-电解槽的温度维持在37℃±1℃，包括以2.8V·min-1的速度施加0到14V的电势差，并维持20分钟。
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