CN102242364B - 铝及铝合金化学转化-微弧氧化制备陶瓷膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于表面处理技术领域，涉及铝及铝合金化学转化-微弧氧化陶瓷膜制备方法。将铝及铝合金清洗干净后，首先对其进行化学转化处理，使其生成带有金属离子的化学转化膜；然后将其放入微弧氧化电解液中，对其进行微弧氧化处理，得到深色微弧氧化陶瓷膜。本发明通过引入不同金属阳离子Mn7+、Mo6+、Ni2+、Ce2+、Co2+与Zr2+，在铝及铝合金表面形成带有相应金属离子的化学转化膜，然后将其放入不同的微弧氧化电解液中，微弧氧化处后得到耐蚀性提高的微弧氧化陶瓷膜，同时也可以使膜层带上颜色。

Description

铝及铝合金化学转化-微弧氧化制备陶瓷膜的方法
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，涉及铝及铝合金化学转化-微弧氧化深色陶瓷膜制备方法。
技术背景
铝合金具有密度低，强度高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。但其耐蚀性较差，且表面硬度、耐磨性能也很难达到较高的使用要求，因此，推动铝合金的腐蚀与防护技术的发展变得至关重要。
化学转化处理在目前是一种即方便、经济、又有效的表面处理技术，并为其后的其它防护方法如涂层、化学镀等提供了良好基底。通过化学反应后，在铝及铝合金表面形成一层致密的金属复合盐转化膜或氧化膜保护层，这层化学转化膜是在基体金属上直接生成的，与基体形成一个整体的结构，以达到增强基体的耐蚀性和与其它涂镀层材料的附着力。铝及铝合金的化学转化膜的防蚀能力优于自然氧化膜，可为铝及铝合金提供较好的涂装基底，且膜层很薄，含有大量的显微网状裂纹，便于涂装过程中涂料的渗入，实现转化膜与涂层良好的结合，从而提高涂装层的附着力。
微弧氧化技术又称微弧氧化或阳极火花沉积，是一种直接在Al、Mg、Ti、Ta、Nb、Zr等有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术。该技术是最近二十年来在阳极氧化基础上发展起来的。
20世纪30年代初，Günterschulze和Betz第一次报道了在高电场下，浸在液体里的金属表面出现火花放电现象，且火花对氧化膜具有破坏作用。后来研究发现利用此现象也可生成氧化膜。70年代以后，前苏联、美国、德国等国都开始加快了对微弧氧化技术的研究。所采用的电源模式从开始的直流电或单向脉冲电源，改为后来的正弦交流电和交流脉冲电源。被氧化处理的基底材料主要是铝、镁、钛合金。欧美国家通常将这种形成表面氧化膜的方法称为阳极火花沉淀(ASD)或火花放电阳极化(ANOF)。前苏联及俄罗斯则称之为微弧氧化(MAO)。从文献上看，美、德、俄三国基本上是独立的发展该技术，相互间文献引用很少。
国内对于微弧氧化的研究是从90年代开始起步的，在引进吸收俄罗斯技术的基础上，以耐磨、装饰膜层的形式开始走向实用阶段，但要进一步扩展其应用领域，仍有许多工作要做。总体来讲，国外研究水平整体高于国内，但无论国外还是国内现在都没有进入大规模的工业应用阶段，要深入了解并掌握该技术，进一步扩大其应用领域，还有许多工作要做。随着人们对微弧氧化技术的不断探索和研究以及该技术日益表现出的卓越优点，微弧氧化技术在表面技术领域会倍加受到重视，并在实际中得到广泛的推广和应用。
目前，微弧氧化技术在铝及铝合金表面形成的膜颜色较单一，多为白色陶瓷膜，色彩的单一，铝及铝合金表面装饰性是其广泛应用所必须考虑的因素，必须满足消费者对耐蚀性、表面色彩等多样性的要求。因此，对陶瓷膜耐蚀性和彩色的研究具有重要的意义。而迄今为止，还没有将化学转化与微弧氧化结合在一起应用于制备铝及铝合金深色（白色）陶瓷膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝及铝合金化学转化-微弧氧化制备陶瓷膜的方法，该方法采用化学转化方法引入金属离子，在铝及铝合金表面制备出深色（白色）微弧氧化陶瓷膜，提高氧化膜的耐腐蚀性能。不同的金属阳离子，在微弧氧化陶瓷膜中形成的金属氧化物及其盐类的结构不同，从而微弧氧化陶瓷膜的颜色和耐蚀性也有所不同。
采用的技术方案
铝及铝合金化学转化-微弧氧化制备陶瓷膜的方法，其特征包括如下步骤：
(1)将待处理的铝及铝合金清洗干净，镁合金经水磨砂纸逐级打磨光亮，表面用去离子水清洗干净；
(2)  将清洗干净的铝及铝合金放入化学转化处理液中，使其表面生成带有金属离子的化学转化膜，化学转化溶液为主成膜物质高猛酸钾、钼酸钠、稀土铈盐的一种或几种与辅助成膜物质双氧水、氟化钠、醋酸镍、醋酸钴、氟锆酸盐中的一种或几种复配而成，用磷酸调pH=2～4，处理温度为20～60℃，处理时间5-15min。
(3)  将已经生成带有金属离子化学转化膜的镁合金放入微弧氧化电解液中，对其进行微弧氧化处理，微弧氧化处理时间为15～30min。微弧氧化电解液由偏铝酸钠、磷酸钠、硅酸钠、氢氧化钠、焦磷酸钠、钨酸钠、四硼酸钠中的一种或几种复配而成。
(4)、干燥。将微弧氧化后的铝及铝合金吹干，得到深色微弧氧化陶瓷膜。
本发明通过化学转化方法分别引入金属阳离子Mn7+、Mo6+、Ni2+、Ce2+、Co2+与Zr2+的一种或几种，形成带有相应金属离子的化学转化膜，将生成化学转化膜的铝及铝合金放入不同的微弧氧化电解液中，对其进行微弧氧化处理，提高微弧氧化陶瓷膜的耐蚀性并赋予不同的颜色。此膜层可以提高铝合金的装饰性能和耐蚀性能，拓展了其应用领域。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1
1、LY12铝合金表面清洗：经水磨砂纸逐级打磨光亮，表面用去离子水清洗干净。
2、将清洗干净的LY12铝合金放入化学转化处理液中，使铝合金表面生成带有金属离子的化学转化膜。化学转化处理液为：2 g/L氟化钠、8g/L高锰酸钾、8g/L钼酸钠，用磷酸调pH=2～4，处理温度为40～60℃，处理时间为5～10min。
3、将步骤2中已经生成带有金属离子的化学转化膜的铝合金放入微弧氧化电解液中，对其进行微弧氧化处理。微弧氧化电解液为： 6g/L磷酸钠、2 g/L钨酸钠、4g/L四硼酸钠，微弧氧化处理温度为室温，微弧氧化处理时间为15～30min。
4、干燥。将微弧氧化后的LY12合金吹干，得到淡黄绿色微弧氧化陶瓷膜。
实施例2
1、LY12铝合金表面清洗：经水磨砂纸逐级打磨光亮，表面用去离子水清洗干净。
2、将清洗干净的LY12铝合金放入化学转化处理液中，使铝合金表面生成带有金属离子的化学转化膜。化学转化处理液为：1 g/L氟化钠、8g/L高锰酸钾、5g/L醋酸镍、5g/L钼酸钠，用磷酸调pH=2～4，处理温度为40～60℃，处理时间为5～10min。
3、将步骤2中已经生成带有金属离子的化学转化膜的LY12铝合金放入微弧氧化电解液中，对其进行微弧氧化处理。微弧氧化电解液为：20g/L硅酸钠、15g/L焦磷酸钠、4g/L氢氧化钠微弧氧化处理温度为室温，微弧氧化处理时间为15～30min。
4、干燥。将微弧氧化着色后的LY12铝合金吹干，得到灰黑色微弧氧化陶瓷膜。
实施例3
1、LY12铝合金表面清洗：LY12铝合金经水磨砂纸逐级打磨光亮，表面用去离子水清洗干净。
2、将清洗干净的LY12铝合金放入化学转化处理液中，使ALY12铝合金表面生成带有金属离子的化学转化膜。化学转化处理液为：6g/L高猛酸钾、3/L氟锆酸钾，用磷酸调pH=2～4，处理温度为40～60℃，处理时间为5～10min。
3、将步骤2中已经生成带有金属离子的化学转化膜的LY12铝合金放入微弧氧化电解液中，对其进行微弧氧化处理。微弧氧化电解液为：20g/L硅酸钠、15g/L焦磷酸钠、4g/L氢氧化钠微弧氧化处理温度为室温，微弧氧化处理时间为15～30min。
4、干燥。将微弧氧化着色后的LY12铝合金吹干，得到耐蚀性能比相应单独微弧氧化膜提高的白色陶瓷膜。

Claims (1)

1.铝及铝合金化学转化-微弧氧化制备陶瓷膜的方法，其特征包括如下步骤：
(1)将待处理的铝及铝合金清洗干净，镁合金经水磨砂纸逐级打磨光亮，表面用去离子水清洗干净；
(2)  将清洗干净的铝及铝合金放入化学转化处理液中，使其表面生成带有金属离子的化学转化膜，化学转化溶液为主成膜物质高锰酸钾、钼酸钠、稀土铈盐的一种或几种与辅助成膜物质双氧水、氟化钠、醋酸镍、醋酸钴、氟锆酸盐中的一种或几种复配而成，用磷酸调pH=2～4，处理温度为20～60℃，处理时间5-15min；
(3)  将已经生成带有金属离子化学转化膜的镁合金放入微弧氧化电解液中，对其进行微弧氧化处理，微弧氧化处理时间为15～30min，微弧氧化电解液由偏铝酸钠、磷酸钠、硅酸钠、氢氧化钠、焦磷酸钠、钨酸钠、四硼酸钠中的一种或几种复配而成；
(4)、干燥，将微弧氧化后的铝及铝合金吹干，得到深色微弧氧化陶瓷膜。
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