CN102260895A - 金属表面防腐蚀处理方法 - Google Patents

Abstract

金属表面防腐蚀处理方法，在易于形成氧化层的表面上(如外表面)先形成阳极氧化层，氧化层的厚度由基础材料，电解液的离子浓度，pH值，温度，电流及电压等因素控制，然后再进行铬酸盐钝化；在无法形成阳极氧化层的表面上，形成铬酸钝化膜。同时也能够在阳极氧化层上的蜂窝柱状孔内形成铬酸钝化膜，起到加强抗蚀性和耐磨性的作用，最后用热水封孔。既能为铝材或铝合金的外表面提供一定的硬度和耐磨性和良好的抗蚀性，又能为内部的复杂结构提供良好的抗蚀性。同时融合阳极氧化和铬酸盐钝化的工艺，易于操作，减少设计在结构上的工艺限制，为一般表面处理方法不适用的复杂结构工件提供抗蚀性保护。

Description

金属表面防腐蚀处理方法

技术领域

本发明涉及一种金属表面防腐蚀处理方法，尤其涉及铝材和铝合金在空气或其他媒质中的防腐蚀的表面处理方法。

背景技术

铝制品表面的自然氧化铝既软又薄，抗蚀性差，不能成为有效防护层。医疗设备中铝材的表面处理方式大体存在着人工制氧化膜，电泳涂装及粉末喷涂三种处理方式。在某些有清洁度要求的工件上只能采用人工制氧化膜的表面处理方式。目前的医疗设备中人工制氧化膜主要是铬酸盐钝化和阳极氧化两种方式。

·铬酸盐钝化的一般原理：把金属放入含有某些添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中，通过化学或电化学的方法使金属表面生成由三价铬和六价铬组成的铬酸盐膜的方法，叫做金属的铬酸盐处理，也称钝化。铬酸盐膜与基体结合力强，结构比较紧密，具有良好的化学稳定性，抗蚀性好，对基体金属有较好的保护作用。

·阳极氧化的一般原理：以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程(如图1)，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料，如铅、不锈钢、铝等。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理，当电流通过时，在阴极上放出氢气。在阳极上析出的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧(O)和离子氧，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的氧化铝膜，生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出。生成的氧化铝膜以蜂窝结构垂直于铝材表面生长(如图2)，约2/3厚度生长于金属内部，1/3厚度生长于金属外部。阳极氧化以后采用热水或镍盐封闭。

铬酸盐钝化膜较阳极氧化膜薄，抗蚀性和表面硬度比较低，而且不易着色，着色后的耐光性差。

目前的阳极氧化技术能够为铝材提供一定的硬度和良好的抗蚀性，最大的缺点在于不能应用于复杂的内腔。影响阳极氧化膜质量的重要因素是作为阳极的待加工件的结构复杂程度和电解槽阴极相对待加工件的分布情况，如果工件有曲折的内腔(狭长的孔通道)，则因为电场分布不均匀导致内腔中电解液中氧离子浓度不够，形成的阳极氧化膜过薄或根本无法形成阳极氧化膜，从而无法为工件提供全面的抗蚀性保护。现有的解决办法是增加辅助阴极，使得电场分布更均匀，缺点是操作复杂，投资高，效率低下，操作中容易碰伤工件表面。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术中的缺陷，提供一种新的金属表面防腐蚀处理的方法。

本发明的技术方案如下：一种金属表面防腐蚀处理方法，其包括如下步骤：

a，在洁净的金属表面上先形成阳极氧化层；

b，在阳极氧化基础上进行铬酸盐钝化。

本发明中，在步骤b之后进行热水封孔。

本发明中洁净的金属指经过了化学和物理方法，去除了灰尘、离子、油污和自然氧化层等污染物的金属。

本发明提供的方法既能为铝材或铝合金的外表面提供一定的硬度和耐磨性(供操作触碰)和良好的抗蚀性(空气或麻醉气体或消毒液或其他气体或液体媒质)，又能为内部的复杂结构提供良好的抗蚀性(空气或麻醉气体或其他气体或液体媒质)。同时融合阳极氧化和铬酸盐钝化的工艺，易于操作，减少设计在结构上的工艺限制，为一般表面处理方法不适用的复杂结构工件提供抗蚀性保护。另外铬酸盐钝化膜形成于阳极氧化蜂窝状孔内，起到加强抗蚀性的作用，因此可以适当的降低阳极氧化层的厚度，节省了氧化时间，降低了电力消耗，可以降低一部分成本。

附图说明

图1，阳极氧化后的外观(可染色)。

图2，阳极氧化层的细微结构(蜂窝柱状垂直于表面)。

图3，阳极氧化未封孔，中性盐雾试验168小时(A)以及阳极氧化未封孔，中性盐雾试验456小时结果图(B)。

图4，阳极氧化封孔，中性盐雾试验168小时(A)以及阳极氧化封孔，中性盐雾试验456小时(B)结果图。

图5，铬酸盐钝化，中性盐雾试验168小时(A)以及铬酸盐钝化，中性盐雾试验456小时结果图(B)。

图6，本发明阳极氧化后的铬酸盐钝化，456小时结果图。

图7，铝型材材料示意图。

图9-10，阳极氧化层厚度测试结果图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步阐述本发明。

本发明的实施步骤：

首先将工件挂上钛合金或者铝合金挂架，然后放入碱池去除油污和污物，然后用自来水喷淋充分清洗，然后放入硫酸磷酸硝酸组成的溶液，去除工件表面的氧化物和轻微毛刺等影响阳极氧化的因素。然后经过自来水和去离子水的清洗，放入氧化池，调节温度、电流、PH值、浓度等，达到规定的氧化层厚度后取出，进行两次清洗。然后马上进入钝化池，控制时间、浓度、温度等指标，达到钝化要求后，两次清洗，放入热水中封孔，自然晾干(注意环境清洁，禁止触碰)。本发明中氧化层厚度可以相对现有技术薄一些。

本发明的一个实例中，氧化层的厚度由基础材料和氧化槽各参数决定，阳极氧化槽硫酸浓度，控制在180-200g/l，铝离子浓度，控制在5-15g/l，氧化温度，控制在20℃左右，电流密度，控制在120-180A/m²，然后再进行铬酸盐钝化(钝化槽如果使用Surtec650，浓度设定10％，温度20℃，PH3.8，时间设定25秒)。目的是在阳极氧化层上的蜂窝柱状孔内形成铬酸钝化膜，起到加强抗蚀性和耐磨性的作用，同时在没有阳极氧化层的表面形成钝化膜，提供抗蚀性保护，最后用热水封孔。

表1三种防腐蚀处理步骤

阳极氧化后的铬酸盐钝化(本发明)          阳极氧化(现有技术)          铬酸盐钝化(现有技术)

挂架                                    挂架                        挂架

碱蚀                                    碱蚀                        超声波除油

清水喷淋                                清水喷淋                    清水喷淋

三酸腐蚀                                三酸腐蚀                    清洗

清洗                                    清水喷淋                    化学除油

二次清洗                                二次清洗                    沸水清洗

去离子水清洗                            去离子水清洗                清洗

阳极氧化                                阳极氧化                    铬酸盐钝化

清洗                                    清洗                        清洗

二次清洗                                二次清洗                    二次清洗

铬酸盐钝化                              热水封孔                    晾干

清洗                                    晾干

二次清洗

热水封孔

晾干

如图7，此铝型材材料为6063-T66，表面处理为阳极氧化后的铬酸盐钝化，有7个典型的狭长孔(长径比＞4)以及若干盲孔，要求中性盐雾试NSS验达到168小时，不得使用粉末喷涂和电泳涂装以保证整个工件的清洁度要求(孔3，孔6为气路)。

参见图3至6，共2块样品，表面处理完成以后，第一块从中间剖开，检测A-hole(孔3)和B-hole(孔6)以及外表面C的阳极氧化层厚度。第二块按照ISO1463-2004进行中性盐雾试验NSS，168小时。

此铝型材材料为6063-T66，表面处理为阳极氧化后的铬酸盐钝化，有7个典型的狭长孔(长径比＞4)以及若干盲孔，要求中性盐雾试NSS验达到168小时，不得使用粉末喷涂和电泳涂装以保证整个工件的清洁度要求(孔3，孔6为气路)。

共2块样品，表面处理完成以后，第一块从中间剖开，检测A-hole(孔3)和B-hole(孔6)以及外表面C的阳极氧化层厚度。第二块按照ISO1463-2004进行中性盐雾试验NSS，168小时。

阳极氧化层厚度测试报告表明(请见表1及附图8-10)，A-hole(孔3)和B-hole(孔6)均没有阳极氧化层形成。C-surface(工件外表面)有平均4.3微米的阳极氧化层。

从中性盐雾试验NSS的测试结果可以看到(请见表2及附图3-6)，暴露时间168小时，无腐蚀现象，表面评价10，表明没有阳极氧化层的表面上，铬酸盐钝化膜起到了抗腐蚀的作用，阳极氧化后的铬酸盐钝化，达到了工件的抗蚀性要求，4.3微米的阳极氧化层铬酸盐钝化膜能够提供一定的表面硬度和耐磨性供操作。

通过对比本发明的阳极氧化后的铬酸盐钝化以及现有的阳极氧化和铬酸盐钝化技术，可以看出达到同样抗蚀性效果的阳极氧化层的厚度可以更薄，在阳极氧化层形成以后紧接着做铬酸盐钝化，通过调节温度，电流，浓度等控制因素以达到为工件提供全面抗蚀性以及降低成本的平衡。最后做热水封孔以加强阳极氧化层的硬度和抗蚀性。

表1铝型材NSS检测报告

表2中性盐雾试验NSS的测试结果

注：1)测试面与垂直方向有20°±5°的夹角；

2)涉及ISO10289：1999的外观等级在下表所示：

缺陷区域A％	外观等级
		无缺陷	10
0＜A≤0.1	9
		0.1＜A≤0.25	8
0.25＜A≤0.5	7
		0.5＜A≤1.0	6
1.0＜A≤2.5	5
		2.5＜A≤5.0	4
5.0＜A≤10.0	3
		10.0＜A≤25	2
25＜A≤50	1
		50＜A	0

Claims (2)

1.一种金属表面防腐蚀处理方法，其包括如下步骤：

a，在洁净的金属表面上先形成阳极氧化层；

b，在阳极氧化基础上进行铬酸盐钝化。

2.如权利要求1所述的金属表面防腐蚀处理方法，其特征在于，在步骤b之后进行热水封孔。

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