CN102605407A - 一种铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，所述封孔方法包括以下步骤，（1）将阴离子表面活性剂与碳纳米管混合，形成混合物；（2）所述混合物加入去离子水形成槽液，并均匀混合；（3）将表面存在有阳极氧化膜的铝和/或铝合金作为阳极，铅板作为阴极，放入槽液中；（4）对槽液加载电场，所述电场的初始电压为0~4V，最大电流密度为0.1A/dm2，逐渐升压至40~70V，并恒定电压20~40min。该铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法简便易行，生产成本较低，使用寿命较长。同时，通过在铝及铝合金阳极氧化膜的封孔过程中引入了碳纳米管，所以使具有氧化膜的铝及铝合金表面具有抗静电性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属表面处理的方法，尤其涉及一种在具有阳极氧化膜的铝及铝合金表面的封孔方法。
背景技术
铝是非常活泼的金属，铝及铝合金在空气中会自然形成一层Al2O3膜，可以保护铝及铝合金在中性或弱酸溶液中不再进一步被腐蚀，起到一定的保护作用。
所谓铝及铝合金的阳极氧化表面处理，就是在适当的电解液中，将铝制品作为阳极，通以阳极电流，使其表面氧化得到一层氧化膜的一种表面处理方法。但是，经过阳极氧化处理的铝及铝合金表面为蜂窝的多孔结构。这些微孔具有极强的化学活性和物理吸附性，容易吸附大气中的腐蚀介质和污染物，从而影响外观，甚至导致阳极氧化膜的腐蚀。因此，必须采用封孔技术将氧化膜中的微孔闭合，使阳极氧化膜能有效地保护铝制品表面的目的。同时，该阳极氧化膜由于其化学成分为Al2O3，所以其本身是绝缘物质。其表面在外界物质，例如尼龙的摩擦下，表面产生的静电难以传导。所以不具有抗静电的性能。
在现有技术中，铝阳极氧化膜的封孔方法有：水合封孔法、重铬酸盐封孔法及水解盐封孔法。水合封孔法是将阳极氧化铝制品放入沸水或蒸汽中封孔，利用阳极氧化膜表面和孔壁中的氧化铝与水发生水合反应，使其本身体积增大而将微孔封孔，是一种最为普遍的封孔方法。但该方法存在封孔时间较长，能耗大，生产成本高，而且容易产生“粉霜”，封孔品质难以保证。重铬酸盐封孔法是在强氧化的重铬酸钾溶液中，并在高温下进行的。其封孔原理为氧化铝膜和孔壁的氧化铝与水溶液中的重铬酸钾发生反应。生成的碱式铬酸铝与重铬酸铝沉淀和热水分子与氧化铝生成的一水合氧化铝及三水合氧化铝一起封孔了氧化铝膜的微孔。但是该方法中会使用剧毒的重铬酸钾，目前正在逐渐淘汰。
水解盐封孔法主要运用于染色后的膜封孔，其封孔原理是易水解的钴盐与镍被氧化膜吸附后，在阳极氧化膜微孔内发生水解，产生氢氧化物沉淀将微孔封孔。但该方法同样需要在高温（80℃~85℃）条件下长时间（15~20min）工作，能耗大，使生产成本提高。
在现有技术中，阳极氧化膜的微孔在封孔后由于没有引入导电物质，因此铝及铝合金阳极氧化膜没有抗静电性能。
有鉴于此，有必要对铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，设计一种铝及铝合金阳极氧化膜封孔质量较好，并具有抗静电性能，简便易行，生产成本较低，并能提高产品使用寿命的一种铝及铝合金阳极氧化铝膜封孔方法。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，所述封孔方法包括以下步骤，
（1）将阴离子表面活性剂与碳纳米管混合，形成混合物；
（2）所述混合物加入去离子水形成槽液，并均匀混合；
（3）将表面存在有阳极氧化膜的铝和/或铝合金作为阳极，铅板作为阴极，放入槽液中；
（4）对槽液加载电场，所述电场的初始电压为0~4V，最大电流密度为0.1A/dm2，逐渐升压至40~70V，并恒定电压20~40min。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）中的阴离子表面活性剂包括：十二烷基苯磺酸钠。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）中的阴离子表面活性剂与碳纳米管的质量比为1:1~3:1。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）中，槽液中碳纳米管的浓度为1~5g/L。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）中的碳纳米管的平均长度为5~20nm。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）中的混合条件为：采用分散均质机在5000 rpm/min的转速下，搅拌槽液至少30分钟；或者采用超声波装置震荡槽液至少2小时。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）中所加载电场的升压速率为2~5 V/min。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）之后还包括干燥处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法简便易行，生产成本较低，同时，通过在铝及铝合金阳极氧化膜的封孔过程中引入了碳纳米管，所以使具有氧化膜的铝及铝合金表面具有抗静电性能，提高产品使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法一具体实施方式中的将具有阳极氧化膜的铝样品放入电解槽中进行封孔处理的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
说明书和权利要求中所用术语的定义和说明
在详细介绍下述实施例详情前，先定义或阐述一些术语。
术语“碳纳米管”是指一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm。
术语“表面电阻率”是指平行于通过材料表面上电流方向的电位梯度与表面单位宽度上的电流之比，用欧姆表示。
实施例说明中，符号g/L=克/升，rpm/min=转/分钟，A/dm2=安培/平方分米，℃=摄氏度，nm=纳米。
实施例1
步骤（1），将阴离子表面活性剂与碳纳米管混合，形成混合物。步骤（1）中的阴离子表面活性剂与碳纳米管的质量比为3:1。在本实施例中，该表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，碳纳米管的平均长度为5nm。
步骤（2），所述混合物加入去离子水形成槽液20，并均匀混合。在本实施例中，槽液20中碳纳米管的浓度为1g/L。
采用分散均质机（未图示）在5000 rpm/min的转速下，均匀混合槽液20的时间为30分钟。对槽液20进行均匀混合是为了进一步打断碳纳米管的长链结构，使其变成为更短链的碳纳米管，从而有利于碳纳米管能充分填充到铝及铝合金表面覆盖的阳极氧化膜的微孔（未图示）之中，从而提高封孔效果。
步骤（3），将表面存在有阳极氧化膜的铝样品40作为阳极，铅板30作为阴极，放入槽液50中。其具体实施方式参图1所示，其中具有阳极氧化膜的铝样品40通过导线与直流电源10的正极电性连接，该具有阳极氧化膜的铝样品40在步骤（4）中作为阳极。铅板30通过另一导线与直流电源10的负极电性连接，并在步骤（4）中作为阴极。同时具有阳极氧化膜的铝样品40浸润在槽液20中。在本实施例中，该铝样品40包括铝和/或铝合金。
步骤（4）对槽液20加载电场，所述电场的初始电压为0V，最大电流密度为0.1A/dm2，升压速率为2 V/min，逐渐升压至40V，并恒定电压20min。
在步骤（4）之后还包括对完成封孔处理的具有阳极氧化膜的铝样品40进行干燥处理。该干燥处理可以采用自然风干或电加热烘干等方式。
在本实施例中，最终得到的具有阳极氧化膜的铝样品40的表面电阻率为1×109欧姆。
实施例2
步骤（1）将阴离子表面活性剂与碳纳米管混合，形成混合物。步骤（1）中的阴离子表面活性剂与碳纳米管的质量比为2:1。在本实施例中，该表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，碳纳米管的平均长度为12nm。
步骤（2）所述混合物加入去离子水，搅拌均匀以形成槽液20，槽液20中碳纳米管的浓度为3.5g/L。
采用分散均质机（未图示）在5000 rpm/min的转速下，均匀混合槽液20的时间为60分钟。当然，也可以采用超声波装置在14KHz~40 KHz频率下震荡槽液20的时间为至少2小时。对槽液20进行均匀混合是为了进一步打断碳纳米管的长链结构，使其变成为更短链的碳纳米管，从而有利于碳纳米管能充分填充到铝样品40表面覆盖的阳极氧化膜的微孔（未图示）之中，从而提高封孔效果。
步骤（3）将表面存在有阳极氧化膜的铝样品40为阳极，铅板30作为阴极，放入槽液20中。其具体实施方式参图1所示，其具体实施方式与实施例1相同。
步骤（4）对槽液20加载电场，所述电场的初始电压为1V，最大电流密度为0.1A/dm2，升压速率为3V/min，逐渐升压至45V，并恒定电压30min。
在步骤（4）之后还包括对完成封孔处理的具有阳极氧化膜的铝样品40进行干燥处理。该干燥处理可以采用自然风干或电加热烘干等方式。
在本实施例中，最终得到的具有阳极氧化膜的铝样品40的表面电阻率为5.2×108欧姆。
实施例3
步骤（1）将阴离子表面活性剂与碳纳米管混合，形成混合物。步骤（1）中的阴离子表面活性剂与碳纳米管的质量比为1:1。在本实施例中，该表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，碳纳米管的平均长度为20nm。
步骤（2）所述混合物加入去离子水，搅拌均匀以形成槽液20，槽液20中碳纳米管的浓度为5g/L。
采用分散均质机（未图示）在5000 rpm/min的转速下，均匀混合槽液20的时间为100分钟。对槽液20进行均匀混合是为了进一步打断碳纳米管的长链结构，使其变成为更短链的碳纳米管，从而有利于碳纳米管能充分填充到铝样品40表面覆盖的阳极氧化膜的微孔（未图示）之中，从而提高封孔效果。
步骤（3）将表面存在有阳极氧化膜的铝样品40作为阳极，铅板30作为阴极，放入槽液20中。其具体实施方式参图1所示，其具体实施方式与实施例1相同。
步骤（4）对槽液20加载电场，所述电场的初始电压为0~4V，最大电流密度为0.1A/dm2，升压速率为5 V/min，逐渐升压至70V，并恒定电压40min。
在步骤（4）之后还包括对完成封孔处理的具有阳极氧化膜的铝样品40进行干燥处理。该干燥处理可以采用自然风干或电加热烘干等方式。
在本实施例中，最终得到的具有阳极氧化膜的铝样品40的表面电阻率为1×107欧姆。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，其特征在于，所述封孔方法包括以下步骤，
（1）将阴离子表面活性剂与碳纳米管混合，形成混合物；
（2）所述混合物加入去离子水形成槽液，并均匀混合；
（3）将表面存在有阳极氧化膜的铝和/或铝合金作为阳极，铅板作为阴极，放入槽液中；
（4）对槽液加载电场，所述电场的初始电压为0~4V，最大电流密度为0.1A/dm2，逐渐升压至40~70V，并恒定电压20~40min。
2.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，其特征在于，所述步骤（1）中的阴离子表面活性剂包括：十二烷基苯磺酸钠。
3.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，其特征在于，所述步骤（1）中的阴离子表面活性剂与碳纳米管的质量比为1:1~3:1。
4.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，其特征在于，所述步骤（2）中，槽液中碳纳米管的浓度为1~5g/L。
5.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，其特征在于，所述步骤（1）中的碳纳米管的平均长度为5~20nm。
6.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，其特征在于，所述步骤（2）中的混合条件为：采用分散均质机在5000 rpm/min的转速下，搅拌槽液至少30分钟；或者采用超声波装置震荡槽液至少2小时。
7.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，其特征在于，所述步骤（4）中所加载电场的升压速率为2~5 V/min。
8.根据权利要求1所述的铝及铝合金阳极氧化膜的封孔方法，其特征在于，所述步骤（4）之后还包括干燥处理。
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