CN101768770A - 一种复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合材料及制备方法，属于铝合金领域。本发明是针对铝合金表面渐变色膜层不均匀、无金属光泽、易刮伤、易磨损的缺陷，从而提供一种复合材料，该复合材料包括基材，基材表面为多孔阳极氧化膜层，基材为铝或铝合金，多孔阳极氧化膜层的孔隙中填充至少一种染料，至少部分多孔阳极氧化膜层的孔隙中同种染料含量呈梯度分布。该复合材料制备方法包括：用阳极氧化的方法在铝或铝合金表面形成多孔氧化物膜层；对多孔氧化物膜层染色，染色的方法是控制多孔氧化物膜层不同区域进入染料中的时间，使多孔阳极氧化膜层孔隙中填充的染料含量呈梯度分布。本发明的复合材料膜层均匀、具有金属光泽、不易刮伤和不易磨损，主要应用在电子产品上。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其涉及一种铝合金复合材料及其制备方法。
背景技术
铝或铝合金等基材表面的彩色氧化物膜层的制备方法是将铝或铝合金等基材在硫酸中阳极氧化形成阳极氧化膜层，然后在含有有机染料的溶液中进行染色处理，通过吸附作用，使得染料进入到氧化物膜层的孔隙中，再经过封孔处理，使铝或铝合金等基材表面具有各种各样的颜色。但是这种方法只能形成单一的颜色，不能满足人们对于多色彩的需求。目前铝或铝合金表面渐变色的氧化物膜层的制备主要通过喷涂或者印刷来实现，对于高档数码外壳的渐变色装饰，又以喷涂最为常见。通过使用渐变色喷涂设备，得到一种或几种颜色的渐变。单色渐变过程的实现，可以通过控制油墨的厚薄来控制，但是这样会使表面膜层不均匀，多色的渐变也会有类似情况的发生。喷涂或印刷油墨处理后的表面，丧失了金属光泽和手感的同时，在使用的过程中，很容易刮伤，磨损，使其表面失去光泽不能长久保持其精致外观。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中铝或铝合金的氧化物膜层的渐变的多色彩效果存在的表面膜层不均匀、没有金属光泽、容易刮伤、容易磨损的缺陷，从而提供一种表面膜层均匀、具有金属光泽、不易刮伤和不易磨损的表面具有渐变的多色彩效果的复合材料及其制备方法。
一种复合材料，该复合材料包括基材，该基材的表面为多孔的阳极氧化膜层，所述基材为铝或铝合金，所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中填充有至少一种染料，至少部分所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中同种染料的含量呈梯度分布。
本发明还提供一种复合材料的制备方法，该方法包括：采用阳极氧化的方法在铝或铝合金基材表面形成多孔的氧化物膜层；对所述多孔的氧化物膜层进行染色，所述染色的方法是通过控制多孔的氧化物膜层不同区域进入染料中的时间，使多孔的阳极氧化膜层的孔隙中填充的染料的含量呈梯度分布。
本发明的复合材料的颜色具有深浅渐变的效果。可以是单色的深浅渐变也可以是多色的渐变，过程的重复进行也可以得到幻彩的效果。丰富了铝合金的表面色彩，满足人们对个性的追求。同时还保留了金属本来的光泽和质感，耐刮伤和耐磨损。本发明的制备的方法是利用对膜不同位置染色时间不同来控制其表面颜色的深浅，从而达到渐变的效果，因为此过程的实施过程对阳极氧化膜没有任何的破坏作用，不会影响最终产品的性能。且过程原理简单、成本较低、外观漂亮、量产性强，在高档电子产品外壳装饰领域，比如手机、相机、笔记本等的装饰上都具有非常广阔的市场开发前景。
附图说明
图1是实施例1的单色渐变的产品的示意图。
具体实施方式
一种复合材料，该复合材料包括基材，该基材的表面为多孔的阳极氧化膜层，所述基材为铝或铝合金，所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中填充有至少一种染料，至少部分所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中同种染料的含量呈梯度分布。
所述梯度是指多孔阳极氧化膜层空隙中中染料含量的变化率，该多孔阳极氧化膜层中y处的染料含量为w，在与其垂直距离的dy处该参数为w+dw，则dw称为该含量的梯度，也即含量的变化率。
所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中填充有两种染料，所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中一种染料的含量沿着一个方向呈梯度分布，另一种染料的含量沿着与所述方向相反的方向呈梯度分布。所述多孔阳极氧化膜层中也可以含有两种以上的染料，只要所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中一种染料的含量沿着一个方向呈梯度分布，另一种染料的含量沿着和所述方向不同的方向呈梯度分布，第三种染料沿着第三个方向呈梯度分布，依次类推即可。
所述多孔阳极氧化膜层随着孔隙中同种染料含量的不同形成渐变色，所述渐变色是指一种颜色由深到浅或有浅到深的连续变化所形成的颜色。例如黄色的渐变色是由浅黄到深黄的渐变。如图1所示，是单色渐变的复合材料。
本发明所述的复合材料，可以是整个多孔阳极氧化膜层的表面都形成渐变色，可以是部分形成渐变色，其余部分就是一般的阳极氧化后的染单一颜色，优选为整个多孔阳极氧化膜层的表面都形成渐变色。
沿着多孔的阳极氧化膜层的一个方向上同种染料的梯度可以相同也可以不同，只要能形成渐变色就可以，为了得到的渐变色效果好，优选为梯度相同。
所述阳极氧化膜层的厚度是5-15微米。较薄的阳极氧化膜层不宜进行染色处理尤其是深颜色且表面的性能达不到要求，而过厚的阳极氧化膜所需要的氧化时间过长不利于生产的进行。对于本工艺选取的最佳工艺，膜厚优选为11-14微米。
所述染料为本领域技术人员所公知的各种染料。所述染料是偶氮类、蒽醌类、硝基类、酞菁类中的一种或几种。
一种复合材料的制备方法，该方法包括：采用阳极氧化的方法在铝或铝合金基材表面形成多孔的氧化物膜层；对所述多孔的氧化物膜层进行染色，所述染色的方法是通过控制多孔的氧化物膜层不同区域进入染料中的时间，使多孔的阳极氧化膜层的孔隙中填充的染料的含量呈梯度分布。
所述染色的方法为控制多孔的氧化物膜层沿着一定方向匀速进入染料中，得到单色渐变的复合材料。将所述单色渐变的复合材料沿着所述方向相反的方向匀速进入另一种染料中，得到双色渐变的复合材料。
经过一次染色后，所述阳极氧化膜层的深色区域因为染料含量多，染料填充了这个区域内的多数孔隙，浅色区域的染料含量少，染料只填充了这个区域内的少量孔隙，因此将染过渐变的产品放入另一种染料中去，深色区域只能再填充少量的染料，而对浅色的部位容易着上这种颜色，因此将做过单色渐变的产品沿着多孔阳极氧化膜层的表面旋转0-180度，为了得到均匀的双色渐变色，优选为旋转180度，用升降装置缓慢浸入第二种颜色中，这样之前的浅色部位则染上第二种颜色的深色，之前的深色受到的影响较小，中间部位因为两种颜色的叠加形成过渡色，从而制作出双色相的渐变产品。在此基础上还可以进行第三第四次着色，这样便可以制作出七彩的渐变效果。
本发明的控制多孔阳极氧化膜层进入染料的时间是通过本领域技术人员所公知的各种方法，优选为可以控制多孔阳极氧化膜层进入染料中的速度的升降机构。本发明是通过升降装置缓慢将工件逐步浸入染色液中，通过控制不同部位染色时间的不同来控制颜色的深浅，从而得到渐变色。
所述染色的方法还包括控制染料的温度为25-50℃。此温度适合染色过程的进行，同时通过对温度的调节可以改善上色的速度，温度越高上色越快，但是温度过高会影响染色的质量。
所述染色的方法还包括保持染料液面在同一高度。染色过程中随着多孔阳极氧化膜层的进入，液面会随之的升高，工件不同部位染色的时间将受到升降机构升降速度和液面升高速度两者的影响，从而影响产品的稳定性。所以为了染色的稳定性要控制染料液面在同一高度。
所述多孔阳极氧化膜层进入染料中的速度没有特别的限制，只要能使其最先进入染料的部分多孔阳极氧化膜层的染色时间为4分钟左右。例如一般的数码产品工件尺寸为7厘米左右，所以速度可以为0.015-0.02米/分钟。
本发明所述的制备方法在所述染色之前要将氧化的产品充分水洗后，用压缩气吹干至无明显水滴悬挂在表面。原因是湿润的表面进入染料液中由于染料扩散的作用，会使得表面的渐变发花，为了减小扩散的影响需对其进行吹干处理。所用的压缩空气干燥处理的气流的温度需为室温，所述气流的速度为5-10m/s，所述气流可以为洁净的空气流。
本发明所述的制备方法还可以在染色后进行封孔处理。所述封孔为本领域技术人员所公知的封孔技术。如镍封孔、高温封孔等。将染色后的铝或其合金放在在温度为80-100℃，浓度为5-10g/L的封孔剂(TOP DX-500，杭州奥野科技实业有限公司)中处理15-25min，并在55-65℃条件下烘烤10-20分钟。
所述铝或铝合金的阳极氧化工艺是本领域技术人员所公知的阳极氧化。将基材作为阳极浸入电解液中，同时将不锈钢作为阴极，使阴极和阳极分别与电源的正极和负极电连接。采用由150-200克/升的硫酸、5-10克/升的硫酸铝组成的溶液作为电解液，调节直流电压为10-15伏特，进行阳极氧化20-40分钟。
铝或铝合金在进行阳极氧化之前还要进行前处理。所述铝或铝合金的前处理是本领域技术人员所公知的各种前处理方法。例如可以有下面两步骤：
(1)除油除蜡
将铝或其合金基材浸渍在30-50克/升、温度为50-70℃的合金除油粉溶液中3-8分钟后取出，用水清洗基材表面的合金除油粉。所述除油粉可以商购，如深圳市德盛化工有限公司的LD-208合金除油粉。
(2)化学抛光
将上述进行除油除蜡后的铝或铝合金基材浸渍于由浓度为650-750克/升的磷酸和浓度为150-250克/升的硫酸组成的溶液中化学抛光3-7秒后，立即浸渍于水中以清洗基材表面的残留的酸，然后将基材浸渍于7-15克/升的氢氧化钠溶液中5-15分钟后，立即浸渍于水中清洗基材表面的残留的碱。
用本发明的方法制备的复合材料的外观精美，保持了阳极氧化的表面效果。可以应用于大规模量产。
实施例1
该实施例说明本发明提供的复合材料及其制备方法。
1、前处理
(1)除油除蜡
将具有浮雕效果的型号为6061的铝合金基材浸渍在40克/升、温度为60℃的合金除油粉(购于深圳市德盛化工有限公司的LD-208合金除油粉)溶液中5分钟后取出，用水清洗基材表面的合金除油粉。
(2)化学抛光
将上述进行除油除蜡后的铝合金基材浸渍于由浓度为700克/升的磷酸和浓度为200克/升的硫酸组成的溶液中化学抛光5秒后，立即浸渍于水中以清洗基材表面的残留的酸，然后将基材浸渍于10克/升的氢氧化钠溶液中10分钟后，立即浸渍于水中清洗基材表面的残留的碱。
2、阳极氧化
将上述进行前处理后的基材作为阳极浸入电解液中，同时将不锈钢作为阴极，使阴极和阳极分别与电源的正极和负极电连接。采用由180克/升的硫酸、8克/升的硫酸铝组成的溶液作为电解液，调节直流电压为13伏特，进行阳极氧化35分钟。测得基材表面形成厚度为13微米的阳极氧化膜。将阳极氧化后的基材在100℃的烘箱中烘烤0.5小时。
3、染色
单色的渐变过程：配制黄色染料(杭州奥野科技实业有限公司生产的Yellow 4G)，浓度为5g/L，控制温度为45-55℃，pH为4.5-5.5，将经过阳极氧化后并形成均匀阳极氧化膜层的工件(铝材型号为6061)悬置于升降机构上，用压缩气将表面吹干后缓慢下降，控制颜色最深部位时间为3分钟，最浅部位染色时间为5秒，迅速取出并进行水洗以防产生流痕，然后放入封孔槽中进行封孔处理15分钟。从而得到金黄色由浅到深的渐变的复合材料B1。
实施例2
步骤1-2同实施例1.
3、双色的渐变过程：配制紫色染料(杭州奥野科技实业有限公司生产的violet SLH)浓度为5g/L，控制温度为45-55℃，pH为4.5-5.5；配制蓝色染料(杭州奥野科技实业有限公司生产的Blue 503)浓度为5g/L，控制温度为45-55℃，pH为4.5-5.5。将经过阳极氧化后并形成均匀膜层的工件(铝材型号为6061)悬置于升降机构上，用压缩气将表面吹干后缓慢下降，先着紫色，控制颜色最深部位时间为4分钟，最浅部位染色时间为1秒，迅速取出并进行水洗以防产生流痕，并吹干处理，然后沿着多孔阳极氧化膜层的表面将阳极氧化膜层旋转180度后用升降机控制进入染料中，着蓝色，控制颜色最深部位时间为3min，最浅部位染色时间为1秒，迅速取出并进行水洗以防产生流痕，封孔处理15分钟。从而得到由蓝色到紫色的双色渐变的复合材料B2。
对比例1
步骤1-2同实施例1.
3、采用自动喷涂机向经过上述处理后的多孔阳极氧化膜层的表面喷涂阿克苏诺贝尔长诚涂料(广东)有限公司生产的黄色涂料，控制喷涂时间，得到渐变的颜色的复合材料D1。
性能测试：
按照下述方法分别对实施例1-2制备的复合材料B1-B2以及对比例1制备的复合材料D1进行光泽度测试、耐磨性测试、耐腐蚀性测试以及观察外观。结果分别如下表1所示。
1、光泽度测试：
光泽度采用德国BYK公司生产的型号为A-4460的光泽仪进行60℃检测。仪器参数：4mm光圈，D65光源，观测角度10度，排除镜面反射，记录符合材料的光泽度，光泽度越大，说明具有多色氧化膜的材料的光泽度越好。测试结果如下表1所示。
2、耐磨性测试：
采用佛山翁开尔贸易有限公司生产的型号为7-1BB的纸带耐磨试验机进行测试，记录纸带经过多少圈后符合材料表面露出基材。圈数越多，说明具有多色氧化膜的材料的耐磨性越好。测试结果如下表1所示。
3、盐雾测试(耐蚀性)：
采用无锡苏南实验设备有限公司生产的YWX/Q-250盐雾腐蚀试验箱进行测试。在35℃下用浓度为5重量％的氯化钠水溶液喷溅16小时后，取出后再将基材置于另外一个温度为40℃、相对湿度为80％的恒温恒湿箱中，观察基材，记录在多长时间后基材表面出现异常，时间越长，说明膜层的耐腐蚀性越好。测试结果如下表1所示。
表1
| 光泽度(Gs) | 耐磨性(圈) | 盐雾试验(小时) | 外观 | |
| B1 | 59.3 | 2550 | 353 | 渐变的黄色 |
| B2 | 58.7 | 2540 | 350 | 紫色和蓝色综合的渐变色 |
| D1 | 35 | 1200 | 320 | 渐变的黄色 |
从表1中可以看出实施例1和实施例2的光泽度、耐磨性及耐蚀性都比对比例1好，说明本发明得到的复合材料不仅有渐变色的效果，而且其综合性能也很好，达到实用的要求。
Claims (12)
1.一种复合材料，其特征在于：该复合材料包括基材，该基材的表面为多孔的阳极氧化膜层，所述基材为铝或铝合金，所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中填充有至少一种染料，至少部分所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中同种染料的含量呈梯度分布。
2.根据权利要求1所述的复合材料，所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中填充有两种染料，所述多孔的阳极氧化膜层的孔隙中一种染料的含量沿着一个方向呈梯度分布，另一种染料的含量沿着与所述方向相反的方向呈梯度分布。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述梯度相同。
4.根据权利要求1所述的复合材料，所述阳极氧化膜层的厚度是5-15微米。
5.根据权利要求1所述的复合材料，所述染料是偶氮类、蒽醌类、硝基类、酞菁类中的一种或几种。
6.一种复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
采用阳极氧化的方法在铝或铝合金基材表面形成多孔的氧化物膜层；
对所述多孔的氧化物膜层进行染色，所述染色的方法是通过控制多孔的氧化物膜层不同区域进入染料中的时间，使多孔的阳极氧化膜层的孔隙中填充的染料的含量呈梯度分布。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述染色的方法为控制多孔的氧化物膜层沿着一定方向匀速进入染料中，得到单色渐变的复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，将所述单色渐变的复合材料沿着所述方向相反的方向匀速进入另一种染料中，得到双色渐变的复合材料。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其中，所述匀速的速度为0.015-0.02米/分钟。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述染料是偶氮类、蒽醌类、硝基类、酞菁类中的一种或几种。
11.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述染色的方法还包括控制染料的温度为25-50℃。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述染色的方法还包括保持染料液面在同一高度。
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