CN101845654B - 一种铝带材阳极氧化工艺 - Google Patents
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Abstract
一种铝带材阳极氧化工艺，属于铝及铝合金带材表面处理技术领域，包括亮面或镜面处理、中和、第一阳极氧化、封孔、油墨印刷、碱蚀和雾面处理步骤，并依此重复中和、阳极氧化和封孔，除油墨后即得二次氧化铝带材。本发明工艺处理后耐光、装饰效果好，色彩艳丽、简单处理即可呈现所需图案和花纹。
Description
技术领域
本发明属于铝及铝合金带材表面处理技术领域，具体涉及铝带材阳极氧化工艺。
背景技术
铝材是有色金属中使用最大，应用面最广的金属材料之一，它具有一系列有力的物理、化学和加工性能，其用途广泛；高尖端的科技产品、高档的建筑装饰材料、交通运输、航空航天、灯具照明和电子产品等。
根据铝材的用途不同，有些性能还够理想，如硬度、耐磨、耐蚀等表面性能，这些性能可以通过阳极氧化对其表面加工处理，扩大铝材应用范围和延长使用寿命，起着重大意义。
随着时代的快速发展，人们对阳极氧化铝板的体验，并非完美，如表面的颜色，花纹、图案，都不尽人意。
发明内容
本发明针对上述问题，之目的在于提供一种耐光、装饰效果好，色彩艳丽、简单处理即可呈现所需图案和花纹的铝带材阳极氧化工艺。
本发明的目的通过以下技术方案实现：即一种铝带材阳极氧化工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)铝带材亮面或镜面处理步骤，以加工出镜面铝材；
(2)中和步骤，用以除去附着铝材表面的灰状物和形成钝化表面，所述中和步骤是将铝带材放入10-30％硝酸溶液(v/v)在室温中进行中和1-3分钟；
(3)第一阳极氧化步骤，将步骤(2)的铝带材表面进行阳极氧化处理而获得氧化膜保护层，铝材在阳极氧化槽液中作为阳极连接到氧化电源的正极，氧化槽阴极连接到氧化电源的负极，在外加电压下通过电流以维持电化学氧化反应，所述电解液包含150-220g/L硫酸、10-15g/L羟基乙酸和甘油，氧化温度为18-20℃，电流密度为1.5-5A/dm2，连续阳极氧化时间5-30分钟，形成第一氧化层；
(4)封孔步骤，在5-10g/L高温封孔剂中浸渍5-30分钟，pH值5.3-6.0，封孔剂溶液温度为85-95℃，所述高温封孔剂为碱金属盐，封孔后得一次阳极氧化成品；
(5)油墨印刷步骤，用以形成花色；
(6)碱蚀和雾面处理步骤，除去铝板表面氧化后产生的氧化膜和使铝板表面达到雾面或砂面效果，所述碱蚀槽液为50-100g/L的氢氧化钠，添加缓蚀剂、络合剂和长寿剂为20-50g/L，于40-80℃反应1-10分钟；
上述步骤(6)所得铝带材依次重复步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)进行第二次阳极氧化后，封孔、除油墨得成品。
进一步，所述阳极氧化步骤与封孔步骤之间还包括染色工艺，是将阳极氧化后的铝带材浸渍在以锡盐和镍盐组成混合溶液的电解着色，所述溶液的组成为硫酸亚锡8-12g/L、硫酸镍15-18g/L、硫酸15-18g/L，电解着色添加剂15-25g/L，余量为水，采用交流电，电流密度为0.4-0.8A/dm2，交流电压为12-20V，电解液温度为18～22℃，槽液PH值为1.5-1.8，电解着色时间为1-5分钟。
为获得更丰富的色彩，经铝带材亮面或镜面处理、中和、阳极氧化、染色、封孔得一次阳极氧化成品，再经油墨印刷、碱蚀、雾面处理、中和、再次阳极氧化、染色、封孔、除油墨得二次阳极氧化成品后可依次重复步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)工艺一次以上。
为了获得最佳的效果，工艺之间用水洗净，部分工艺要经过酸或碱中和处理。
本发明方法相比现有技术，耐光、上色快，操作简便，种类繁多，色泽鲜艳，装饰性优异。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
原材料：铝带材厚度0.1-1.5mm；宽度1000-1520mm；卷径≤1600mm；重量≤6000Kg
(1)亮面或镜面处理步骤，加工出镜面铝材，得到亮面或镜面的表面，本发明方法可选择机械抛光、化学抛光或电化学抛光等常规镜面处理方法。
机械处理使铝材表面变化多端，如抛光(包括磨光，抛光、精抛或者镜面精抛光)，喷砂或抛丸、刷光、滚光等。
铝材经过机械表面处理后；使铝材具有良好的表观条件，提高表面精饰质量；提高产品等级，产生美观精致的装饰效果；铝材表面无油污、无锈蚀、颜色光泽均匀一致，充分体现铝材干净的本质表面。
本发明工艺方法可以选择化学抛光与电化学抛光表面处理工艺；光亮的阳极氧化铝材选用精度较高的纯铝材，通过机械处理后，只由采用特殊的化学抛光或电化学抛光处理，才能保证在阳极氧化后有着光亮或高镜面的表面质量。
化学抛光使铝材表面平整光滑，能除去铝材表面较轻微的磨具痕迹和磨擦、划伤条纹，能除去机械抛光中可能产生的磨擦条纹，热变行层、氧化膜层等，能将粗糙的表面趋于光滑，同时能提高铝材表面的镜面反射性能，提高光亮度。
化学抛光通常以磷酸为基，如磷酸-硫酸、磷酸-硫酸-硝酸、磷酸-硝酸、磷酸-乙酸-硝酸等。
典型的化学抛光工艺；
磷酸 (ρ＝1.70---1.75) 65-85％ [体积]
硫酸 (ρ＝1.84) 14-22％
硝酸 (ρ＝1.40) 2-4％
光亮添加剂 0.1-0.25％
温度 95-120℃
在具体运用中，部分硝酸可能用硝酸盐或氮化合物代替。重金属盐；如硝酸铜。另外，还可以在化学抛光工艺里适当添加一些烟雾抑制剂和润湿剂。
电化学抛光表面处理是在以机械抛光表面光亮的前提下进行，通过电化学抛光能使铝材获得更高光亮的表面，对于特殊的铝材可以达到更高镜面光亮的效果。电化学抛光液有酸性和碱性两种；
1.酸性电化学抛光工艺；
磷酸 (ρ＝1.70-1.75) 75％ [质量]
铬酸 (CrO3) 6.5％
硫酸 (ρ＝1.84) 4.7％
水 余量
温度 75--85℃
电流密度 5-15A/dm2
2.碱性电化学抛光工艺
无水碳酸钠 150g/L
磷酸三钠 50g/L
温度 75-85℃
电流密度 4-15A/dm2
(2)中和步骤，用以除去附着铝材表面的灰状物和形成钝化表面。
中和工艺是一种出光、除灰的工艺，铝材经过酸或碱浸蚀后，通过中和可以除去附着在铝材表面的灰状物。在酸、碱浸蚀过程中，铝材中所含的金属间化合物的质点，几乎不参与酸碱的浸蚀反应，也不会溶解在槽液中，依然残留在铝材的表面，形成一层灰黑色、疏松的灰状物的表面层，中和步骤清除残留在铝材表面的灰物，使铝材表面获得清洁光亮的钝化表面，本发明中和工艺：
硝酸 10-30％ (v/v)
温度 室温
时间 1-3分
还可以为了避免中和过程中因硝酸的分解而释放的氮氧化物和酸雾滴的危害，可以多种硝酸盐联合组成添加剂，其中含有过硫酸盐或硫酸氢盐。
(3)第一阳极氧化步骤，将步骤(2)的铝带材表面进行阳极氧化处理而获得氧化膜保护层，铝材在阳极氧化槽液中作为阳极连接到氧化电源的正极，氧化槽阴极连接到氧化电源的负极，在外加电压下通过电流以维持电化学氧化反应。
铝材阳极氧化是一种电解氧化的过程，在该过程中铝材的表面转化为一层氧化膜，这层膜具有保护性、装饰性和其他一些功能。铝材在阳极氧化槽液中应该作为阳极连接到氧化电源的正极，氧化槽阴极连接到氧化电源的负极，在外加电压下通过电流以维持电化学氧化反应，使铝材表面生成一种永不脱落的膜层。铝在这种阳极氧化过程中同时存在氧化膜的形成和溶解的两个对立反应，最终氧化膜的形成是由两个反应速度的相对大小决定的。阳极氧化膜透明，膜层多孔，吸附性能强，易于染色或着色，色泽鲜艳不易退色具有很强的金属质感和装饰作用。
本发明直流硫酸阳极氧化工艺；
硫酸 150-220g/L
温度 18-20℃
电流密度 1.5-5A/dm2
时间 5-30分
(4)封孔步骤
铝材的阳极氧化基本上是生成氧化型阳极氧化膜，这种多孔型阳极氧化膜的结构，它是紧贴金属基体的阻挡层与多孔层膜两部分组成，这种多孔的性质虽然赋于氧化膜着色或染色成其他的功能，但是它的耐腐蚀性，耐候性，耐污染性等都不能适应实用的要求，所以铝材阳极氧化膜的微孔必须进行封闭，未封孔的阳极氧化膜，由于大量微孔孔内的面积，使暴露在环境中的工件面积增加，相应的腐蚀面积也会增大，所以，封孔是铝材阳极氧化一种很重要的工艺。
本发明是在5-10g/L高温封孔剂中浸渍5-30分钟，pH值5.3-6.0，封孔剂溶液温度为85-95℃，所述高温封孔剂为碱金属盐，封孔后得一次阳极氧化成品；
(5)油墨印刷步骤，用以形成花色；
本步骤在氧化的铝板面覆盖一层油墨，形成一种花色，经过高温烘干固化，再次对铝板进行氧化等各种工艺处理，氧化后的产品将其表面的油墨出除掉，铝板上就会形成各种图案、花纹。在阳极氧化膜上印上一种颜色进行单色处理。也为了增加铝板表面的花色品种，利用多种工艺在铝上形成两种或两种以上的颜色，称为多色处理。油墨印刷工艺参数：
设备 参数范围 标准参数
烘烤的温度 120℃～180℃ 150℃
烘烤时间 10～50分钟 30分钟
本发明方法多次氧化对使用的印刷油墨可满足：已封闭的地方渗漏，可使用于阳极氧化工艺，有较高的耐酸及耐碱蚀，三酸抛光及氟酸蚀；适应性要好，可制作任何细致的图案，精细的网板上油墨也不能溢出；可用有机溶液或氯化碳氢化合物脱落，如醇、醚、混合二甲苯、三氯乙烯等；在阳极氧化铝上有良好的附着能力。
为了发挥最理想效果，在抵御过程进行前必须将工件的表面除油脂并清洗干净。
(6)碱蚀和雾面处理步骤，除去铝板表面氧化后产生的氧化膜和使铝板表面达到雾面或砂面效果；
碱蚀是为了除去铝板表面氧化后产生的氧化膜，它也属一种浸蚀工艺，它是以氢氧化钠为基碱性溶液，铝材经过碱蚀后，能除去铝材阳极氧化形成的膜，同时能彻底除去铝材表面在加工或空气中形成的自然氧化膜层，形成均匀的活化表面，为获得色泽均匀的表面创造良好条件，能除去铝材表面轻微的粗糙痕迹，使铝材表面趋于平整、均匀一致。碱蚀工艺；
氢氧化钠 50-100g/L
温度 40-80℃
添加剂 20-50g/L
时间 1-10分钟
在碱性溶液中添加一定量的缓蚀剂、络合剂和长寿剂。如；葡萄糖酸钠、柠檬酸钠等。
为了铝板表面达到雾面或砂面效果一般采用酸蚀进行处理，能使铝材表面获得一种平滑、细腻的雾面效果，工艺为；
氟化氢铵 25-80g/L
硫酸铵 15-50g/L
温度 30-55℃
时间 10-60秒
上述步骤(6)所得铝带材依次重复步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)进行第二次阳极氧化后，封孔、除油墨得成品。除油墨则利用超声波清洗机的原理，将氧化铝板上覆盖的保护性油墨清洗干净，显露第一次氧化铝的本色，整体上看就行了色差，而这种色差看起来是很有规律，形成图案和花纹。
设备；超声波清洗机
溶剂；二甲苯或三氯乙烯
温度；常温
即整个工艺过程为：原材料→亮面或镜面处理→中和→阳极氧化→封孔得一次阳极氧化成品→油墨印刷→碱蚀→雾面处理→中和→阳极氧化→染色→封孔→除油墨→二次阳极氧化成品。
各工艺之间用水洗净，部分工艺要经过酸或碱中和处理
实施例2
与实施例1不同的是阳极氧化步骤与封孔步骤之间还包括染色工艺，是将阳极氧化后的铝带材浸渍在以锡盐和镍盐组成混合溶液的电解着色，
阳极氧化膜的染色因为阳极氧化膜层为多孔层，孔隙率高，吸附能力强，易于染色，各种方法都可以运用。染色方法是将阳极氧化后的铝材清洗干净，立即浸渍在含有染料的溶液中，通过氧化膜孔隙吸附染料而染上各种颜色，这种方法上色快，操作简便，种类繁多，色泽鲜艳。染色后经封孔处理，染料能牢固地附在膜孔中，提高了膜层的防蚀能力、抗蚀能力以及可以保护美丽的色泽，因此，这种染色方法得到了快速的发展和广泛的应用。
染色对阳极氧化膜有一定的要求，因为染色是在铝阳极氧化膜的膜孔中间进行的，一方面要求膜层具有足够的孔隙率，另一方面要求膜孔内壁保持一定的活性。本发明提供铝带材能满足现有需要的各种色彩，形成阳极氧化膜为无色透明而多孔，并且必须具有一定的厚度，用于各种色彩染色需要；氧化膜松孔和吸附性好，膜层完整，均匀，不能有任何缺点，无砂眼，点浊等。
本发明方法阳极氧化铝带材采用电解着色，电解着色的机理：用多孔型阳极氧化膜是有规律和可控制的微孔，通过电解着色在孔底部沉积非常细小的金属或氧化膜颗粒，由于光的反射效应可以反射不同颜色，这些颗粒的尺寸分布是任意的，对于一般的膜厚而言，颜色深浅是与沉积颗粒的数量有关，与着色时间和外加电压有关。本发明采用交流电，电流密度为0.4-0.8A/dm2，交流电压为12-20V，电解液温度为18～22℃，槽液PH值为1.5-1.8，电解着色时间为1-5分钟。
以锡盐和镍盐组成混合溶液的电解着色工艺：
硫酸亚锡 8～12g/L
硫酸镍 15～18g/L
硫酸 15～18g/L
纯水 余量
电解着色添加剂 15～25g/L。
本发明得到二次氧化成品后还可以再次油墨印刷、碱蚀、雾面处理、中和、阳极氧化、染色、封孔得到多次氧化成品。
实施例3
(1)铝带材亮面或镜面处理，加工出镜面铝材；
(2)中和步用以除去附着铝材表面的灰状物和形成钝化表面将铝带材放入20％硝酸溶液(v/v)，在室温中进行中和3分钟；
(3)第一阳极氧化，将中和后铝带材表面进行阳极氧化处理而获得氧化膜保护层，铝材在阳极氧化槽液中作为阳极连接到氧化电源的正极，氧化槽阴极连接到氧化电源的负极，在外加电压下通过电流以维持电化学氧化反应，所述电解液包含150g/L硫酸、10g/L羟基乙酸和甘油，氧化温度为18℃，电流密度为1.5A/dm2，连续阳极氧化时间20分钟，形成第一氧化层；
(4)封孔，在5g/L高温封孔剂中浸渍5分钟，pH值5.3，封孔剂溶液温度为85℃，所述高温封孔剂为碱金属盐，如氢氧化钾，封孔后得一次阳极氧化成品；
(5)油墨印刷，用以形成花色；
(6)碱蚀和雾面处理步骤，除去铝板表面氧化后产生的氧化膜和使铝板表面达到雾面或砂面效果，所述碱蚀槽液为50g/L的氢氧化钠，添加缓蚀剂、络合剂和长寿剂为20/L，于40℃反应1-10分钟；
上述步骤(6)所得铝带材依次重复步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)进行第二次阳极氧化后，封孔、除油墨得成品。
实施例4
(1)铝带材亮面或镜面处理，以加工出镜面铝材；
(2)中和，用以除去附着铝材表面的灰状物和形成钝化表面，所述中和步骤是将铝带材放入30％硝酸溶液(v/v)，在室温中进行中和2分钟；
(3)第一阳极氧化，将步骤(2)的铝带材表面进行阳极氧化处理而获得氧化膜保护层，铝材在阳极氧化槽液中作为阳极连接到氧化电源的正极，氧化槽阴极连接到氧化电源的负极，在外加电压下通过电流以维持电化学氧化反应，所述电解液包含150g/L硫酸、15g/L羟基乙酸和甘油，氧化温度为20℃，电流密度为5A/dm2，连续阳极氧化时间5分钟，形成第一氧化层；
(4)染色，将阳极氧化后的铝带材浸渍在以锡盐和镍盐组成混合溶液的电解着色，所述溶液的组成为硫酸亚锡8g/L、硫酸镍15g/L、硫酸15g/L，电解着色添加剂15g/L，余量为水，采用交流电，电流密度为0.4A/dm2，交流电压为12，电解液温度为18℃，槽液PH值为1.5，电解着色时间为5分钟。
(5)封孔步骤，在10g/L高温封孔剂中浸渍20分钟，pH值6.0，封孔剂溶液温度为95℃，所述高温封孔剂为碱金属盐，封孔后得一次阳极氧化成品；
(6)油墨印刷步骤，用以形成花色；
(7)碱蚀和雾面处理步骤，除去铝板表面氧化后产生的氧化膜和使铝板表面达到雾面或砂面效果，所述碱蚀槽液为100g/L的氢氧化钠，添加缓蚀剂、络合剂和长寿剂为50g/，于80℃反应2分钟；
上述步骤(7)所得铝带材依次重复中和、第二次阳极氧化、染色和封孔、除油墨得成品。
实施例5
(1)铝带材亮面或镜面处理，以加工出镜面铝材；
(2)中和步骤，用以除去附着铝材表面的灰状物和形成钝化表面，所述中和步骤是将铝带材放入20％硝酸溶液(v/v)，在室温中进行中和2分钟；
(3)第一阳极氧化，将步骤(2)的铝带材表面进行阳极氧化处理而获得氧化膜保护层，铝材在阳极氧化槽液中作为阳极连接到氧化电源的正极，氧化槽阴极连接到氧化电源的负极，在外加电压下通过电流以维持电化学氧化反应，所述电解液包含280g/L硫酸、15g/L羟基乙酸和甘油，氧化温度为19℃，电流密度为3A/dm2，连续阳极氧化时间15分钟，形成第一氧化层；
(4)染色，将阳极氧化后的铝带材浸渍在以锡盐和镍盐组成混合溶液的电解着色，所述溶液的组成为硫酸亚锡10g/L、硫酸镍17g/L、硫酸17g/L，电解着色添加剂20g/L，余量为水，采用交流电，电流密度为0.6A/dm2，交流电压为16V，电解液温度为20℃，槽液PH值为1.6，电解着色时间为3分钟
(5)封孔步骤，在7g/L高温封孔剂中浸渍20分钟，pH值5.5，封孔剂溶液温度为90℃，所述高温封孔剂为碱金属盐，封孔后得一次阳极氧化成品；
(6)油墨印刷步骤，用以形成花色；
(7)碱蚀和雾面处理步骤，除去铝板表面氧化后产生的氧化膜和使铝板表面达到雾面或砂面效果，所述碱蚀槽液为120g/L的氢氧化钠，添加缓蚀剂、络合剂和长寿剂为35g/L，于60℃反应6分钟
上述步骤(7)所得铝带材依次重复中和、第二次阳极氧化、染色和封孔、除油墨得成品。
Claims (3)
1.铝带材阳极氧化工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）铝带材亮面或镜面处理步骤，以加工出镜面铝带材；
（2）中和步骤，用以除去附着铝带材表面的灰状物和形成钝化表面，所述中和步骤是将铝带材放入10-30% 硝酸溶液（ⅴ／ⅴ）,在室温中进行中和1-3分钟；
（3）阳极氧化步骤，将步骤（2）的铝带材表面进行阳极氧化处理而获得氧化膜保护层，铝带材在阳极氧化槽液中作为阳极连接到氧化电源的正极，氧化槽阴极连接到氧化电源的负极，在外加电压下通过电流以维持电化学氧化反应，所述阳极氧化槽液包含150-220 g/L硫酸、10-15g/L羟基乙酸和甘油，氧化温度为18-20℃，电流密度为1.5-5 A/dm2， 连续阳极氧化时间5-30分钟，形成氧化层；
（4）染色工艺，是将阳极氧化后的铝带材浸渍在以锡盐和镍盐组成混合溶液中电解着色，所述溶液的组成为硫酸亚锡８-１２ g/L、硫酸镍１５-１８g/L、硫酸１５-１８g/L，电解着色添加剂１５-２５g/L，余量为水，采用交流电，电流密度为0.4-0.8A/dm2，交流电压为１２-２０V，电解液温度为１８～２２℃，槽液pH值为1.5-1.8，电解着色时间为1-5分钟；
（5）封孔步骤，在5-10g/L高温封孔剂中浸渍5-30 分钟，pH值5.3-6.0，封孔剂溶液温度为85-95 ℃，所述高温封孔剂为碱金属盐，封孔后得阳极氧化成品；
（6）油墨印刷步骤，用以形成花色；
（7）碱蚀和雾面处理步骤，除去铝带材表面氧化后产生的氧化膜和使铝带材表面达到雾面或砂面效果，所述碱蚀槽液为50-100g/L的氢氧化钠，添加缓蚀剂、络合剂和长寿剂为20-50g/L，于40-80℃反应1-10分钟；
上述步骤（7）所得铝带材依次重复步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）进行第二次中和、阳极氧化、染色、封孔、除油墨得成品。
2.如权利要求1所述铝带材阳极氧化工艺，其特征在于第二次中和、阳极氧化、染色、封孔、除油墨得二次阳极氧化成品后可依次重复步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）工艺一次以上。
3.如权利要求2所述铝带材阳极氧化工艺，其特征在于每步骤结束后用水洗净。
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