CN102080245A - 一种铝和不锈钢复合材料阳极氧化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，该复合材料具有铝和不锈钢板材的层叠复合结构，所述复合材料的四周边缘设置有遮蔽区，将所述复合材料的不锈钢表面上喷涂紫外光固化油墨并固化；然后在遮蔽区注塑塑料，所述塑料完全覆盖遮蔽区；再对复合材料进行阳极氧化；在阳极氧化之后去除遮蔽区。采用本发明的方法可实现在铝和不锈钢复合材料的侧面小区域或复杂部件上进行遮蔽，从而克服了传统油墨遮蔽工艺无法在铝和不锈钢复合层侧面小区域或复杂部件上进行的缺陷，同时该方法易于实现机械自动化操作，具有高效、稳定等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种阳极氧化方法，尤其涉及一种铝和不锈钢复合材料的阳极氧化方法。
背景技术
铝和不锈钢复合材料是以不锈钢为基体材料，通过物理冶金热轧工艺在其表面覆上一薄层铝合金板。该材料兼具不锈钢的强度高、刚度好、力学性能优越特点，同时材料外表面为铝合金，通过后续机械处理(如喷砂、拉丝等)和阳极氧化处理后可形成色彩艳丽的表面，弥补不锈钢表面装饰颜色的单调，丰富表面装饰效果。但在氧化过程中，不允许不锈钢与阳极氧化液接触，因此需要对该类复合材料的不锈钢面进行遮蔽处理后再进行阳极氧化处理。目前常规有效的遮蔽处理方法为采用UV(紫外光固化)油墨固化遮蔽，但是该方法只适用于2D(两维)平面或简单3D(三维)曲面，而无法在铝和不锈钢复合材料的侧面小区域或在以成型好的复杂部件上进行有效遮蔽，从而对该复合材料的应用造成很大的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的铝和不锈钢复合材料进行阳极氧化时的遮蔽方法无法在铝和不锈钢复合材料的侧面小区域或在以成型好的复杂部件上进行有效遮蔽的缺陷，从而提供一种可以在铝和不锈钢复合材料的侧面的小区域或在以成型好的复杂部件上进行有效遮蔽的阳极氧化的方法。
本发明提供了一种铝和不锈钢复合材料阳极氧化方法，其中，该复合材料具有铝和不锈钢板材的层叠复合结构，所述复合材料的四周边缘设置有遮蔽区，将所述复合材料的不锈钢表面上喷涂紫外光固化油墨并固化；然后在遮蔽区注塑塑料，所述塑料完全覆盖遮蔽区；再对复合材料进行阳极氧化；在阳极氧化之后去除遮蔽区。
采用本发明的方法可实现在铝和不锈钢复合材料的侧面小区域或复杂部件上进行遮蔽，从而克服了传统油墨遮蔽工艺无法在铝和不锈钢复合层侧面小区域或复杂部件上进行的缺陷，传统油墨遮蔽工艺容无法遮蔽铝和不锈钢复合层侧面小区域或复杂部件上的不锈钢，露出的不锈钢在进行阳极氧化的时候溶解于阳极氧化液中污染阳极氧化液，露出的不锈钢还会造成背面铝合金阳极氧化出现异色或成膜不完全，同时该方法易于实现机械自动化操作，具有高效、稳定等特点。
具体实施方式
本发明提供了一种铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，该复合材料具有铝和不锈钢板材的层叠复合结构，所述复合材料的四周边缘设置有遮蔽区，将所述复合材料的不锈钢表面上喷涂紫外光固化油墨并固化；然后在遮蔽区注塑塑料，所述塑料完全覆盖遮蔽区；再对复合材料进行阳极氧化；在阳极氧化之后去除遮蔽区。
如果不能把不锈钢部分完全遮蔽，则露出的不锈钢在进行阳极氧化的时候溶解于阳极氧化液中污染阳极氧化液，同时露出的不锈钢还会造成背面铝合金阳极氧化出现异色或成膜不完全。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，优选地，所述四周边缘具有遮蔽区的复合材料为在喷涂油墨之前冲压形成。所述冲压可以形成各种产品所需的外壳的形状，如手机外壳、相机外壳等。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，优选地，所述所述遮蔽区的宽度为2-5mm。如果遮蔽区的宽度小于2mm，不利于遮蔽的进行，如果遮蔽区的宽度大于5mm，浪费复合材料同时也浪费遮蔽用的材料。所述遮蔽区的宽度是与复合材料的四周边缘相对的方向上的遮蔽区的范围。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，所述去除遮蔽区的方法可以为本领域技术人员所公知的各种方法，优选地，所述去除遮蔽区的方法为采用切边模具切除遮蔽区。所述切边模具可以自动的高精度的去处遮蔽区。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，优选地，所述注塑的条件为模具温度为40-80℃，注射压力为100-150MPa，背压为5-15MPa。所述塑料为丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸脂、聚四氟乙烯、聚乙烯中的一种。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，所述阳极氧化的方法可以是本领域技术人员所公知的方法。所述阳极氧化的方法包括以基材为阳极，以电解槽为阴极，将基材在电解液中进行氧化。所述电解液可以是硫酸、磷酸、铬酸和草酸的水溶液中的一种或几种。优选情况下，所述阳极氧化的方法包括以基材为阳极，以电解槽为阴极，将复合材料在硫酸溶液中进行氧化，所述硫酸溶液的浓度为150-210克/升，所述阳极氧化的电压为10-15伏，电流密度为1-2A/dm2，温度为18-22℃，时间为20-60分钟。
另外，在进行上述阳极氧化之前，还可以将复合材料进行除油除蜡等的前处理。这些前处理的方法为本领域技术人员所公知。一般来说，所述前处理包括机械抛光、除蜡、除油剂活化。
所述机械抛光是本领域技术人员所公知，例如用扣布轮结合小羊毛轮抛光手法进行机械抛光获得光亮的镜面表面。
所述除蜡为本领域技术人员所公知，例如用20-40ml/L的永星化工公司Procleaner BR#1万用除蜡水进行超声除蜡，温度为70-80℃，除蜡时间为3-5min。
所述除油是本领域技术人员所公知，例如阴极电解除油，该电解液为磷酸钠20-40g/L，碳酸钠20-40g/L，工作温度50-70℃，工作时间0.5-3min，电流密度3-6A/dm2。
在上述每个步骤之后，将本发明的还可以包括将基材进行水洗和干燥的步骤，以除去基体材料表面残留的溶液；所述水洗步骤所用的水为现有技术中的各种水，如去离子水、蒸馏水、纯净水或者它们的混合物，优选为去离子水。可以采用本领域技术人员公知的方法进行干燥，例如鼓风干燥、自然风干或在40-100℃下烘干。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，优选地，在去除遮蔽区对复合材料还要对其进行染色，所述染色的方法为常规的用于阳极氧化膜染色的方法。该染色的方法包括将经阳极氧化的基材在染液中浸渍，所述染液为染料的水溶液，所述染料为偶氮染料、蒽醌染料和肽菁染料中的一种或几种。所述基材只要在染液中浸渍，使得阳极氧化膜染上所希望的颜色即可。所述染液中染料的浓度优选为0.1-10g/L，所述染液的温度优选为30-55℃，所述浸渍的时间优选为1-15min。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，优选地，在染色后还要对其进行封孔，所述封孔的方法可以使用常规的对阳极氧化膜进行封孔的方法。例如，可以水合封孔或金属盐溶液封孔。所述水合封孔包括沸水封孔和常压、加压蒸汽封孔。所述金属盐溶液封孔就是将阳极氧化膜在金属盐溶液中浸渍即可。本发明优选将经染色的基材在封孔剂的水溶液中浸渍的方法来进行封孔。所述封孔剂优选为醋酸镍、氟化镍和硫酸镍中的一种或几种。所述封孔剂的水溶液的浓度优选为1-10g/L，所述封孔剂水溶液的温度优选为50-95℃，所述浸渍的时间优选为10-50分钟。在上述优选情况下，最终得到的阳极氧化膜的耐腐蚀性和耐磨性更好。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，优选地，所述铝和不锈钢形成复合材料的方法为先将0.2-0.4mm不锈钢板与0.6-0.8mm铝合金板层叠成层叠板，一起送入具有保护气体的连续式加热炉中加热，温度为250-500℃，加热10-20min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为200-300℃。轧制后自然冷却到室温即可。所述保护气体为氮气、氦气中的一种。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，优选地，所述将铝和不锈钢复合材料冲压成型的方法是将铝和不锈钢复合材料放在冲压机中进行冲压，冲压机吨位110T，拉伸速度600转/分钟。
根据本发明所提供的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，优选地，所述在不锈钢表面喷涂油墨的方法为：在复合材料的不锈钢的表面上进行喷涂是采用紫外光固化油墨，组成包括反应性稀释剂，助剂，光固树脂，引发剂等。喷涂形成的油墨厚度为10-50um，随后采用散光曝光机进行曝光处理，曝光能量为100-150mj/cm2，曝光强度为5-25EV，经过该过程处理后油墨得到固化。
下面结合实施例对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
(1)制备铝和不锈钢的复合材料
先将0.4mm不锈钢板与0.8mm铝合金板层叠成层叠板，一起送入具有N2保护气氛的连续式加热炉中加热，温度为500℃，加热20min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为300℃。轧制到0.5mm后自然冷却到室温即可到铝和不锈钢的复合材料。
(2)冲压成型
将步骤(1)中得到的铝和不锈钢的复合材料放在冲压机(台湾金丰OCP-110)中进行冲压得到加工件，加工件的四周边缘预留有宽度为2mm的遮蔽区，冲压机吨位110T，拉伸速度600转/分钟。
(3)喷涂油墨
在冲压好的复合材料的不锈钢的表面上喷涂油墨，采用紫外光固化油墨，组成包括反应性稀释剂，助剂，光固树脂，引发剂。喷涂时间为30S，得到油墨厚度为40um，随后采用散光曝光机(润沃机电RW-UVAX304-20hc)进行曝光处理，以固化油墨，曝光能量为150mj/cm2，曝光强度为20EV，经过该过程处理后油墨得到固化。
(4)注塑
将经过步骤(3)处理的加工件放入到一热压注塑模具(海天注塑机HTW90)内进行注塑。注塑的条件为模具温度为60℃，注射压力为120MPa，背压为10MPa。塑料为丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物。
(5)阳极氧化
以电解槽为阴极，将复合材料在硫酸溶液中进行氧化，所述硫酸溶液的浓度为200克/升，所述阳极氧化的电压为10伏，电流密度为1A/dm2，温度为20℃，时间为60分钟。
(6)去除遮蔽区
将复合材料放在切边模具上去除遮蔽区。
(7)染色
将阳极氧化后的复合材料浸入已配制好的染液(台湾永光化学股份有限公司，K160)中染色10分钟，该酸性染料溶液的浓度为5克/升，PH值为5.6，所述染液的温度为50℃。完成后取出并清洗干净。
(8)封孔
将染色后的复合材料在封孔剂(硫酸镍水溶液，浓度为10克/升)中浸渍10分钟，温度为85℃，完成封孔后用90℃的纯水清洗干净，并在60℃条件下烘烤15分钟。
得到的阳极氧化产品的表面颜色均匀，电解液中没有溶解铁，电解液可以长期应用。
实施例2
(1)制备铝和不锈钢的复合材料
先将0.2mm不锈钢板与0.6mm铝合金板层叠成层叠板，一起送入具有N2保护气氛的连续式加热炉中加热，温度为250℃，加热10min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为200℃。轧制到0.4mm后自然冷却到室温即可到铝和不锈钢的复合材料。
(2)冲压成型
将步骤(1)中得到的铝和不锈钢的复合材料放在冲压机(台湾金丰OCP-110)中进行冲压得到加工件，加工件的四周边缘预留有宽度为3mm的遮蔽区，冲压机吨位110T，拉伸速度600转/分钟。
(3)喷涂油墨
在冲压好的复合材料的不锈钢的表面上喷涂油墨，采用紫外光固化油墨，组成包括反应性稀释剂，助剂，光固树脂，引发剂。喷涂时间为15s，得到油墨厚度为20um，随后采用散光曝光机(润沃机电RW-UVAX304-20hc)进行曝光处理，以固化油墨，曝光能量为100mj/cm2，曝光强度为10EV，经过该过程处理后油墨得到固化。
(4)注塑
将经过步骤(3)处理的加工件放入到一热压注塑模具(海天注塑机HTW90)内进行注塑。注塑的条件为模具温度为40℃，注射压力为100MPa，背压为15MPa。塑料为聚乙烯。
(5)阳极氧化
以电解槽为阴极，将复合材料在硫酸溶液中进行氧化，所述硫酸溶液的浓度为200克/升，所述阳极氧化的电压为10伏，电流密度为1A/dm2，温度为20℃，时间为60分钟。
(6)去除遮蔽区
将复合材料放在切边模具上去除遮蔽区。
(7)染色
将阳极氧化后的复合材料浸入已配制好的染液(台湾永光化学股份有限公司，K160)中染色10分钟，该酸性染料溶液的浓度为5克/升，PH值为5.6，所述染液的温度为50℃。完成后取出并清洗干净。
(8)封孔
将染色后的复合材料在封孔剂(硫酸镍水溶液，浓度为10克/升)中浸渍10分钟，温度为85℃，完成封孔后用90℃的纯水清洗干净，并在60℃条件下烘烤15分钟。
得到的阳极氧化产品的表面颜色均匀，电解液中没有溶解铁，电解液可以长期应用。
实施例3
(1)制备铝和不锈钢的复合材料
先将0.3mm不锈钢板与0.7mm铝合金板层叠成层叠板，一起送入具有N2保护气氛的连续式加热炉中加热，温度为400℃，加热15min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为250℃。轧制到0.4mm后自然冷却到室温即可到铝和不锈钢的复合材料。
(2)冲压成型
将步骤(1)中得到的铝和不锈钢的复合材料放在冲压机(台湾金丰OCP-110)中进行冲压得到加工件，加工件的四周边缘预留有宽度为5mm的遮蔽区，冲压机吨位110T，拉伸速度600转/分钟。
(3)喷涂油墨
在冲压好的复合材料的不锈钢的表面上喷涂油墨，采用紫外光固化油墨，组成包括反应性稀释剂，助剂，光固树脂，引发剂。喷涂时间为24s，得到油墨厚度为30um，随后采用散光曝光机(润沃机电RW-UVAX304-20hc)进行曝光处理，以固化油墨，曝光能量为120mj/cm2，曝光强度为25EV，经过该过程处理后油墨得到固化。
(4)注塑
将经过步骤(3)处理的加工件放入到一热压注塑模具(海天注塑机HTW90)内进行注塑。注塑的条件为模具温度为80℃，注射压力为150MPa，背压为5MPa。塑料为聚四氟乙烯。
(5)阳极氧化
以电解槽为阴极，将复合材料在硫酸溶液中进行氧化，所述硫酸溶液的浓度为200克/升，所述阳极氧化的电压为10伏，电流密度为1A/dm2，温度为20℃，时间为60分钟。
(6)去除遮蔽区
将复合材料放在切边模具上去除遮蔽区。
(7)染色
将阳极氧化后的复合材料浸入已配制好的染液(台湾永光化学股份有限公司，K160)中染色10分钟，该酸性染料溶液的浓度为5克/升，PH值为5.6，所述染液的温度为50℃。完成后取出并清洗干净。
(8)封孔
将染色后的复合材料在封孔剂(硫酸镍水溶液，浓度为10克/升)中浸渍10分钟，温度为85℃，完成封孔后用90℃的纯水清洗干净，并在60℃条件下烘烤15分钟。
得到的阳极氧化产品的表面颜色均匀，电解液中没有溶解铁，电解液可以长期应用。
对比例1
(1)制备铝和不锈钢的复合材料
先将0.4mm不锈钢板与0.8mm铝合金板层叠成层叠板，一起送入具有N2保护气氛的连续式加热炉中加热，温度为500℃，加热20min。然后送入事先预热好的轧辊的轧机中，进行复合轧制。轧机的轧辊面的预热温度为300℃。轧制到0.5mm后自然冷却到室温即可到铝和不锈钢的复合材料。
(2)冲压成型
将步骤(1)中得到的铝和不锈钢的复合材料放在冲压机(台湾金丰OCP-110)中进行冲压得到加工件，加工件的四周边缘预留有宽度为2mm的遮蔽区，冲压机吨位110T，拉伸速度600转/分钟。
(3)喷涂油墨
在冲压好的复合材料的不锈钢的表面上喷涂油墨，采用紫外光固化油墨，组成包括反应性稀释剂，助剂，光固树脂，引发剂。喷涂时间为30s，得到油墨厚度为40um，随后采用散光曝光机(润沃机电RW-UVAX304-20hc)进行曝光处理，以固化油墨，曝光能量为150mj/cm2，曝光强度为20EV，经过该过程处理后油墨得到固化。
(4)阳极氧化
以电解槽为阴极，将复合材料在硫酸溶液中进行氧化，所述硫酸溶液的浓度为200克/升，所述阳极氧化的电压为10伏，电流密度为1A/dm2，温度为20℃，时间为60分钟。
(5)染色
将阳极氧化后的复合材料浸入已配制好的染液(台湾永光化学股份有限公司，K160)中染色10分钟，该酸性染料溶液的浓度为5克/升，PH值为5.6，所述染液的温度为50℃。完成后取出并清洗干净。
(6)封孔
将染色后的复合材料在封孔剂(硫酸镍水溶液，浓度为10克/升)中浸渍10分钟，温度为85℃，完成封孔后用90℃的纯水清洗干净，并在60℃条件下烘烤15分钟。
得到的阳极氧化产品的表面颜色不均匀，有些地方没有氧化膜形成，导致阳极氧化失败，电解液中溶解有铁，被污染，不能再继续应用。
Claims (8)
1.一种铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，其特征在于，该复合材料具有铝和不锈钢板材的层叠复合结构，所述复合材料的四周边缘设置有遮蔽区，将所述复合材料的不锈钢表面上喷涂紫外光固化油墨并固化；然后在遮蔽区注塑塑料，所述塑料完全覆盖遮蔽区；再对复合材料进行阳极氧化；在阳极氧化之后去除遮蔽区。
2.如权利要求1所述的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，其中，所述四周边缘具有遮蔽区的复合材料为在喷涂油墨之前冲压形成。
3.如权利要求1或2所述的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，其特征在于，所述遮蔽区的宽度为2-5mm。
4.如权利要求1或2所述的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，其中，所述去除遮蔽区的方法为采用切边模具切除遮蔽区。
5.如权利要求1或2所述的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，其中，所述注塑的条件为模具温度为40-80℃，注射压力为100-150MPa，背压为5-15MPa。
6.如权利要求1或2所述的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，其中，所述塑料为丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸脂、聚四氟乙烯、聚乙烯中的一种。
7.如权利要求1或2所述的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，其中，在去除遮蔽区对复合材料进行染色。
8.如权利要求7所述的铝和不锈钢复合材料阳极氧化的方法，其中，在染色后对复合材料进行封孔。
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