CN102485966A

CN102485966A - 吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺

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Publication number: CN102485966A
Application number: CN2010105757306A
Authority: CN
Inventors: 丘仁政; 陈汉文; 罗宾
Original assignee: SHENZHEN CITY PROSUNPRO SOLAR ENERGY CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN CITY PROSUNPRO SOLAR ENERGY CO Ltd
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-06

Abstract

本发明提供了一种吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，它依次包括脱脂、水洗、阳极氧化、水洗、电解着色、水洗及烘干的步骤，于水洗及阳极氧化步骤间还设有化学抛光的步骤，步骤中采用900-1200g/L浓度的磷酸(H3PO4)与330-450g/L浓度的硫酸(H2SO4)及0.5％-1.0％的邻苯二胺作为药水，然后将铝带匀速于药水中前进，同时开启压缩气体搅拌。本发明的有益效果在于针对连续型阳极氧化生产中产品铝溶解量大容易沉淀的特点，对工序进行了优化，配置了化学抛光的步骤，通过以磷酸为主要成分的抛光剂，并增加了铝络合剂，以及用压缩气体搅拌槽液，抛光后再进行酸性除灰，使产品平整性进一步提高。

Description

吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺

【技术领域】

本发明涉及一种铝材阳极氧化工艺，尤其是指一种用于太阳能热水器铝卷材选择性吸光涂层的高反射率、耐腐蚀阳极氧化膜的制备工艺。

【背景技术】

阳极氧化与电解着色是国内太阳能热水器选择性吸光涂层的主要生产工艺。电解着色涂层是根据“多层渐变”吸光原理对太阳光进行选择性吸收，参见图1、2为选择性吸光示意图，图中1为沉积金属粒子，2为氧化膜孔壁，3为阻挡层，4为铝基材；5为减反射层，6为选择吸收层，7为高反射层，8为基材；9为入射太阳光，10为反射太阳光，11为二次反射红外线，其阳极氧化涂层要求：

1.在减反射层，要控制孔径大小，氧化膜对可见光起“陷阱”作用，最大限度吸收入射光。而膜孔大小与远红外光波长相比差异较大，呈高反射性。

2.吸收层，从孔外侧向内侧的阻挡层，金属粒子具有逐层渐变的消光系数和折射率，可以最大化吸收可见光。

3.高反射层。根据基尔霍夫定律，即热平衡时，温度T下的任何物体的单色辐射出射度与单色吸收率比值等于该波长下黑体的单色辐射出射度。高反射层要求具有高反射率，最大化反射部分进入氧化膜的远红外线。以下为基尔霍夫热辐射定律数学公式：

式中，Ei(i＝1，2，3...)为不同物体在波长λ及温度T处的红外辐射出射度，E0为黑体在波长λ及温度T处的红外辐射出射度，f(λ，T)为温度为T时的热辐射函数。

目前，阳极氧化涂层的吸收率可以达到0.95左右，但热辐射率较大，一般在0.15左右，降低了吸热效率，影响了其应用价值。为了降低涂层的热辐射率，需要提高原材料基体表面的平整性，使得经阳极氧化后，阻挡层仍具有高反射率，以降低红外发射率，提高涂层的吸热性能。本文为了提高原材料表面平整性，使用了表面抛光工序，并通过优化工艺参数，达到降低红外发射率的目的。

由于铝卷材阳极氧化工艺路线长，现有实际生产中，为了节省资源，往往简化了生产工艺，具体工艺路线参见图3所述，然而这种工艺缺点是：没有抛光工序，基材表面平整性差，增加了产品的发射率。氧化前产品表面有自然氧化膜，造成氧化时产品导电不均匀以及大量溶解氧化膜产生的铝离子会对阳极氧化造成负面影响。且氧化膜没有封闭处理，耐蚀性差。

【发明内容】

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种带有抛光工序的铝阳极氧化吸光涂层制备工艺。

本发明的目的是这样实现的：一种吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，它依次包括脱脂、水洗、阳极氧化、水洗、电解着色、水洗及烘干的步骤，其改进之处在于：于水洗及阳极氧化步骤间还设有化学抛光的步骤，步骤中采用900-1200g/L浓度的磷酸(H3PO4)与330-450g/L浓度的硫酸(H2SO4)及0.5％-1.0％的邻苯二胺作为药水，然后将铝带匀速于药水中前进，同时开启压缩气体搅拌；

上述方法中，所述步骤化学抛光的步骤在100±5℃的温度进行1-3分钟；

上述方法中，所述步骤化学抛光步骤后还设有水洗、除灰及水洗的步骤，其中，除灰步骤中采用浓度为15-30％的硝酸(HNO3)在压缩气体搅拌下对产品表面残留灰进行彻底清除的步骤；

上述方法中，所述除灰步骤在室温下进行5-15秒；

上述方法中，所述水洗及烘干步骤中还设有高温封闭的步骤，步骤中采用纯水在95±5℃下进行高温封闭；

上述方法中，所述高温封闭的步骤维持3-10分钟；

上述方法中，所述脱脂步骤中采用由浓度为25-50g/L的磷酸钠(Na3PO4)、25-40g/L的碳酸钠(Na2CO3)和0.5％-1.0％表面活性剂组成的药剂，在50±5℃温度下保持铝带匀速前进，并开启压缩气搅拌；

上述方法中，所述阳极氧化步骤中采用由浓度为4-15％的磷酸(H3PO4)、0-12g/L的Al3+，在12-16V电压下、20-25℃温度下氧化15-30分钟；

上述方法中，所述电解着色步骤中采用由浓度为25±3g/L的硫酸镍(NiSO4·7H2O)、5±1g/L的硫酸亚锡(SnSO4)及4±0.5g/L的98％硫酸(H2SO4)，在16±0.5V电压下、20-25℃温度下着色4-6分钟。

相比于常见的铝材阳极氧化工艺，本发明的有益效果在于针对连续型阳极氧化生产中产品铝溶解量大容易沉淀的特点，对工序进行了优化，配置了化学抛光的步骤，通过以磷酸为主要成分的抛光剂，并增加了铝络合剂，以及用压缩气体搅拌槽液，抛光后再进行酸性除灰，使产品平整性进一步提高。对电解着色后的氧化膜进行高温热水封闭，提高了氧化膜的耐蚀性。可提高基体表面的平整性、减小发射率并使氧化膜更均匀，氧化工艺更加稳定。

【附图说明】

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为氧化膜电解着色后结构示意图

图2为氧化膜选择吸光原理示意图

图3为现有铝卷材阳极氧化工艺流程图

图4为本发明铝卷材阳极氧化工艺流程图

【具体实施方式】

针对连续型阳极氧化生产中产品铝溶解量大容易沉淀的特点，我们对抛光工序进行了优化，通过试验，配置了以磷酸为主要成分的抛光剂，并增加了铝络合剂，以及用压缩气体搅拌槽液，抛光后再进行酸性除灰，使产品平整性进一步提高。对电解着色后的氧化膜进行高温热水封闭，提高了氧化膜的耐蚀性。

如图1所示，本发明涉及一种吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，它依次包括步骤：

1)、脱脂，采用由浓度为25-50g/L的磷酸钠(Na3PO4)、25-40g/L的碳酸钠(Na2CO3)和0.5％-1.0％表面活性剂组成的药剂，在50±5℃温度下保持铝带匀速前进，并开启压缩气搅拌。

需要注意的是生产时每天对脱脂槽液进行化学分析，确保其浓度在规定范围。

2)、水洗，脱脂后进行流动水洗3-5分钟，保证产品表面不残留脱脂剂及油污。

3)化学抛光，采用900-1200g/L的磷酸(H3PO4)与330-450g/L的硫酸(H2SO4)及0.5％-1％的邻苯二胺作为药水，温度100±5℃，然后将铝带匀速于药水中前进，同时开启压缩气体搅拌1-3分钟，保证阳极铝带均匀的接触槽液。生产时每天对硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)进行分析，确保其浓度在规定范围。

4)、水洗，抛光后的铝带立即进行水洗1-2分钟，避免产生药水“流痕”。

5)、除灰，采用浓度为15-35％的硝酸(HNO3)溶液，在压缩气体搅拌、室温下对产品表面残留灰进行5-15秒进行彻底清除。注意清除过程中必要时加大压缩气搅拌力度。此外每天对硝酸(HNO3)进行化学分析，确保其浓度在规定范围。

6)、水洗，除灰后的产品进行10-20秒流动水洗，彻底洗掉产品表面的浮灰及残留硝酸。

7)、阳极氧化，采用由浓度为4-15％的磷酸(H3PO4)、0-12g/L的Al3+，在12-16V电压、20-25℃温度下氧化15-30分钟。注意确保磷酸浓度、槽液温度达到要求范围，此外生产时每天对磷酸(H3PO4)浓度进行分析，确保其浓度在规定范围。

8)、水洗，氧化后需经过水洗2-5分钟，注意产品表面喷水均匀，保证产品水洗彻底。

9)、电解着色，采用由浓度为25±3g/L的硫酸镍(NiSO4·7H2O)、5±1g/L的硫酸亚锡(SnSO4)及4±0.5g/L的98％硫酸(H2SO4)、16±0.5V(50HZ)交流电压、20-25℃温度下电解着色4-6分钟。需要注意的是，每天对硫酸镍(NiSO4·7H2O)、硫酸亚锡(SnSO4)进行测试，根据分析结果补加NiSO4(硫酸镍)、硫酸亚锡(SnSO4)。

10)、水洗，电解着色后水洗1-3分钟，注意水洗压力适度要大些，以洗净产品表面残留槽液。

11)、高温封闭，采用纯水在95±5℃下进行高温封闭维持3-10分钟。注意确保高温封闭温度、时间符合要求，纯水电导率在1.0-1.5μs/cm

12)、烘干，在60-90℃下，用1.5Mpa左右的热空气下烘干产品。烘干时适当调节空气方向与压力，保证烘干后产品表面无水滴或水印。

具体实施例1

1)、脱脂，采用由浓度为25g/L的磷酸钠(Na3PO4)、25g/L的碳酸钠(Na2CO3)和0.5％表面活性剂组成的药剂，在45℃温度下保持铝带匀速前进，并开启压缩气搅拌。

2)、水洗，脱脂后进行流动水洗3分钟，保证产品表面不残留脱脂剂及油污。

3)化学抛光，采用920g/L的磷酸(H3PO4)与410g/L的硫酸(H2SO4)及0.8％的邻苯二胺作为药水，温度105℃，然后将铝带匀速于药水中前进，同时开启压缩气体搅拌1分钟，保证阳极铝带均匀的接触槽液。生产时每天对硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)进行分析，确保其浓度在规定范围。

4)、水洗，抛光后的铝带立即进行水洗1分钟，避免产生药水“流痕”。

7)、阳极氧化，采用由浓度为4％的磷酸(H3PO4)、3g/L的Al3+，在12V电压、22℃温度下氧化15分钟。注意确保磷酸浓度、槽液温度达到要求范围，此外生产时每天对磷酸(H3PO4)浓度进行分析，确保其浓度在规定范围。

8)、水洗，氧化后需经过水洗2分钟，注意产品表面喷水均匀，保证产品水洗彻底。

9)、电解着色，采用由浓度为22g/L的硫酸镍(NiSO4·7H2O)、4g/L的硫酸亚锡(SnSO4)及3.5g/L的98％硫酸(H2SO4)、15.5V(50HZ)交流电压、20℃温度下电解着色4分钟。需要注意的是，每天对NiSO4(硫酸镍)、硫酸亚锡(SnSO4)进行测试，根据分析结果补加NiSO4(硫酸镍)、硫酸亚锡(SnSO4)。

10)、水洗，电解着色后水洗1分钟，注意水洗压力适度要大些，以洗净产品表面残留槽液。

11)、高温封闭，采用纯水在90℃下进行高温封闭维持3分钟。注意确保高温封闭温度、时间符合要求，纯水电导率在1.0-1.5us/cm

12)、烘干，在60℃下，用1.5Mpa左右的热空气下烘干产品。烘干时适当调节空气方向与压力，保证烘干后产品表面无水滴或水印。

最后经涡流式膜厚计测试基材铝阳极氧化膜，平均膜厚为3.6μm；经红外线发射测试仪测试300℃下发收率为0.13。

具体实施例2

1)、脱脂，采用由浓度为35g/L的磷酸钠(Na3PO4)、30g/L的碳酸钠(Na2CO3)和0.8％表面活性剂组成的药剂，在50℃温度下保持铝带匀速前进，并开启压缩气搅拌。

2)、水洗，脱脂后进行流动水洗4分钟，保证产品表面不残留脱脂剂及油污。

3)化学抛光，采用1100g/L的磷酸(H3PO4)与350g/L的硫酸(H2SO4)及0.6％的邻苯二胺作为药水，温度105℃，然后将铝带匀速于药水中前进，同时开启压缩气体搅拌3分钟，保证阳极铝带均匀的接触槽液。生产时每天对硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)进行分析，确保其浓度在规定范围。

4)、水洗，抛光后的铝带立即进行水洗1.5分钟，避免产生药水“流痕”。

7)、阳极氧化，采用由浓度为10％的磷酸(H3PO4)、8g/L的Al3+，在14V电压、23℃温度下氧化25分钟。注意确保磷酸浓度、槽液温度达到要求范围，此外生产时每天对磷酸(H3PO4)浓度进行分析，确保其浓度在规定范围。

8)、水洗，氧化后需经过水洗3分钟，注意产品表面喷水均匀，保证产品水洗彻底。

9)、电解着色，采用由浓度为25g/L的硫酸镍(NiSO4·7H2O)、5g/L的硫酸亚锡(SnSO4)及4g/L的98％硫酸(H2SO4)、16V(5OHZ)交流电压、20℃温度下电解着色5分钟。需要注意的是，每天对NiSO4(硫酸镍)、硫酸亚锡(SnSO4)进行测试，根据分析结果补加NiSO4(硫酸镍)、硫酸亚锡(SnSO4)。

10)、水洗，电解着色后水洗2分钟，注意水洗压力适度要大些，以洗净产品表面残留槽液。

11)、高温封闭，采用纯水在95℃下进行高温封闭维持6分钟。注意确保高温封闭温度、时间符合要求，纯水电导率在1.0-1.5us/cm

12)、烘干，在80℃下，用1.5Mpa左右的热空气下烘干产品。烘干时适当调节空气方向与压力，保证烘干后产品表面无水滴或水印。

最后经涡流式膜厚计测试基材铝阳极氧化膜，平均膜厚为3.8μm，；经红外线发射测试仪测试300℃下发收率为0.11。

具体实施例3

1)、脱脂，采用由浓度为40g/L的磷酸钠(Na3PO4)、35g/L的碳酸钠(Na2CO3)和1.0％表面活性剂组成的药剂，在55℃温度下保持铝带匀速前进，并开启压缩气搅拌。

2)、水洗，脱脂后进行流动水洗5分钟，保证产品表面不残留脱脂剂及油污。

3)化学抛光，采用1150g/L的磷酸(H3PO4)与350g/L的硫酸(H2SO4)及0.9％的邻苯二胺作为药水，温度105℃，然后将铝带匀速于药水中前进，同时开启压缩气体搅拌2分钟，保证阳极铝带均匀的接触槽液。生产时每天对硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)进行分析，确保其浓度在规定范围。

4)、水洗，抛光后的铝带立即进行水洗2.5分钟，避免产生药水“流痕”。

7)、阳极氧化，采用由浓度为15％的磷酸(H3PO4)、12g/L的Al3+，在16V电压、25℃温度下氧化30分钟。注意确保磷酸浓度、槽液温度达到要求范围，此外生产时每天对磷酸(H3PO4)浓度进行分析，确保其浓度在规定范围。

8)、水洗，氧化后需经过水洗5分钟，注意产品表面喷水均匀，保证产品水洗彻底。

9)、电解着色，采用由浓度为28g/L的硫酸镍(NiSO4·7H2O)、6g/L的硫酸亚锡(SnSO4)及4.5g/L的98％硫酸(H2SO4)、16.5V(50HZ)交流电压、20℃温度下电解着色6分钟。需要注意的是，每天对NiSO4(硫酸镍)、硫酸亚锡(SnSO4)进行测试，根据分析结果补加NiSO4(硫酸镍)、硫酸亚锡(SnSO4)。

10)、水洗，电解着色后水洗3分钟，注意水洗压力适度要大些，以洗净产品表面残留槽液。

11)、高温封闭，采用纯水在100℃下进行高温封闭维持10分钟。注意确保高温封闭温度、时间符合要求，纯水电导率在1.0-1.5us/cm。

12)、烘干，在85℃下，用1.5Mpa左右的热空气下烘干产品。烘干时适当调节空气方向与压力，保证烘干后产品表面无水滴或水印。

最后经涡流式膜厚计测试基材铝阳极氧化膜，经涡流式膜厚计测试，平均膜厚为3.9μm；经红外线发射测试仪测试300℃下发收率为0.10。

技术优势：

1)提高了产品基材平整性，入射光反射率达到80％以上，减小了涂层对红外线的吸收，降低了红外发射率，提高产品的选择吸光性能。

2)抛光去除了产品表面自然氧化皮，导电均匀，保证氧化时产品的膜厚均匀，降低了过多铝离子对阳极氧化槽的污染，延长了氧化槽的使用周期。

3)使用高温热水封闭，氧化膜孔封闭后减小了腐蚀性介质进入膜孔内对涂层的侵蚀，提高了氧化膜耐蚀性，且操作方法简单。

Claims

1.一种吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，它依次包括脱脂、水洗、阳极氧化、水洗、电解着色、水洗及烘干的步骤，其特征在于：于水洗及阳极氧化步骤间还设有化学抛光的步骤，步骤中采用900-1200g/L浓度的磷酸与330-450g/L浓度的硫酸及0.5％-1.0％的邻苯二胺作为药水，然后将铝带匀速于药水中前进，同时开启压缩气体搅拌。

2.如权利要求1所述的吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，其特征在于：所述步骤化学抛光的步骤在100±5℃的温度进行1-3分钟。

3.如权利要求1或2所述的吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，其特征在于：所述步骤化学抛光步骤后还设有水洗、除灰及水洗的步骤，其中，

除灰步骤中采用浓度为15-30％的硝酸在压缩气体搅拌下对产品表面残留灰进行彻底清除的步骤。

4.如权利要求3所述的吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，其特征在于：所述除灰步骤在室温下进行5-15秒。

5.如权利要求1所述的吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，其特征在于：所述水洗及烘干步骤中还设有高温封闭的步骤，步骤中采用纯水在95±5℃下进行高温封闭。

6.如权利要求5所述的吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，其特征在于：所述高温封闭的步骤维持3-10分钟。

7.如权利要求1所述的吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，其特征在于：所述脱脂步骤中采用由浓度为25-50g/L的磷酸钠、25-40g/L的碳酸钠和0.5％-1.0％表面活性剂组成的药剂，在50±5℃温度下保持铝带匀速前进，并开启压缩气搅拌。

8.如权利要求1所述的吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，其特征在于：所述阳极氧化步骤中采用由浓度为4-15％的磷酸、0-12g/L的Al3+，在12-16V电压下、20-25℃温度下氧化15-30分钟。

9.如权利要求1所述的吸光涂层生产中基材铝阳极氧化膜制备工艺，其特征在于：所述电解着色步骤中采用由浓度为25±3g/L的硫酸镍、5±1g/L的硫酸亚锡及4±0.5g/L的98％硫酸，在16±0.5V电压下、20-25℃温度下着色4-6分钟。