CN103320830A - 一种金属复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备方法，其主要包括以下步骤：预处理、阳极氧化处理、第一次染色处理、第二次染色处理、磨光处理、封孔处理。本发明通过两次染色处理，在金属表面形成两层不同颜色的染色层，然后通过磨光处理将处于表面的表色层部分去除，露出下层的底色层，然后进行封孔处理，最终在金属表面形成多色的氧化膜层。其工艺简单，最终形成的氧化膜层与金属基材的结合力好，耐磨耐腐蚀性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及表面处理领域，尤其涉及一种金属复合材料及其制备方法。
背景技术
众所周知，铝、钛、镁等合金材料具有强度高、质量轻等优点，其广泛应用于航空、电子、通讯等领域。为了提高铝、钛、镁等合金材料的表面质量，一般采用阳极氧化处理工艺来达成。铝合金阳极氧化处理后的金属工件表面可形成具有多孔结构的阳极氧化皮膜层，其对染料的有色成分具有良好的吸附作用。故而，为使金属工件的表面具有各种各样的色彩，一般会在进行阳极氧化后对金属工件进行染色处理，以在金属工件的表面形成彩色膜层。
传统的工艺一般只能形成单一的颜色。为了丰富氧化膜的色彩，目前一般是先进行第一次阳极氧化染色处理形成染色皮膜，然后通过蚀刻或雕刻方法去除一部分的染色皮膜以裸露基材部分；在保留的染色皮膜上形成保护层或遮蔽层后，对去除染色皮膜的基材部分进行第二次阳极氧化染色处理，使得金属或合金表面形成多色效果。该方法需要进行两次阳极氧化处理，在第二次阳极氧化时，氧化时间不能过长，否则首次阳极氧化形成的氧化膜容易被击穿而脱落；氧化时间过短则会导致氧化程度不够，孔隙较小，从而导致染色较难。其工序复杂，难于操作，且能耗较高。同时，因为第二阳极氧化处理的影响，首次形成的氧化膜的耐腐蚀性及耐磨性降低。一般需要涂布高分子材料层来进行保护，但在涂布高分子材料保护层后，工件的表面丧失了氧化膜特有的质感。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提供一种金属复合材料，其包括：金属基材层、底色阳极氧化皮膜层以及表色阳极氧化皮膜图案；所述底色阳极氧化皮膜层形成于所述金属基材层的表面，所述底色阳极氧化皮膜层的表面具有图案区，所述表色阳极氧化皮膜图案位于图案区。
同时，本发明还提供一种上述金属复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1：对经过预处理的金属工件进行阳极氧化处理，以在所述金属工件的表面形成阳极氧化皮膜；
S2：将步骤S1所得的金属工件进行第一次染色处理，形成底色层；
S3：将步骤S2所得的金属工件进行第二次染色处理，形成表色层；
S4：将步骤S3所得的金属工件的部分表面进行磨光处理，以去除部分表色层，形成表色阳极氧化皮膜图案；
S5：对步骤S4所得的金属工件进行封孔处理。
本发明提供的金属复合材料的制备方法，先通过阳极氧化在金属工件表面形成多孔的阳极氧化皮膜；然后进行两次染色处理，在金属表面形成两层不同颜色的染色层；再采用磨光处理将处于表面的表色层部分去除，露出下层的底色层，形成表色阳极氧化皮膜图案；然后进行封孔处理，最终在金属表面形成多色的氧化膜层。本发明只需要进行一次阳极氧化处理，其工序简单、易于操作、能耗较低，且形成的多色氧化膜耐腐蚀性及耐磨性优异，多色氧化膜不易脱落。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施方式及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式及实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种金属材料，其包括：金属基材层、底色阳极氧化皮膜层以及表色阳极氧化皮膜图案；所述底色阳极氧化皮膜层形成于所述金属基材层的表面，所述底色阳极氧化皮膜层的表面具有图案区，所述表色阳极氧化皮膜图案位于图案区。
本发明还提供一种金属复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1：对经过预处理的金属工件进行阳极氧化处理，以在所述金属工件的表面形成阳极氧化皮膜；
S2：将步骤S1所得的金属工件进行第一次染色处理，形成底色层；
S3：将步骤S2所得的金属工件进行第二次染色处理，形成表色层；
S4：将步骤S3所得的金属工件的部分表面进行磨光处理，以去除部分表色层，形成表色阳极氧化皮膜图案；
S5：对步骤S4所得的金属工件进行封孔处理。
在本发明中，所述金属工件没有特殊限定，可以为常见的能够阳极氧化表面处理形成多孔氧化膜层的金属及其合金，优选为铝、钛、镁金属工件或其合金工件。
金属或合金材料在进行阳极氧化前需进行前处理，如进行抛光、除蜡、除油、碱蚀等处理，为本领域技术人员所公知，在此不作详细描述。
所述阳极氧化处理的方法可以是本领域技术人员所公知的方法。阳极氧化处理的方法是以金属工件为阳极，以电解槽为阴极，将金属工件置于电解液中进行氧化。电解液可以为硫酸、铬酸、草酸等的水溶液中的一种或几种。本发明优选为硫酸阳极氧化，其具体操作为：将金属工件置于160~200g/l硫酸溶液中，在10~18V电压、0.5~2.5A/dm2电流密度下处理30~60min，这样阳极氧化皮膜孔隙率较高，耐腐蚀性和耐磨性能更佳。
所述第一次染色处理和第二次染色处理没有特殊的限定，可以为为常规的用于阳极氧化皮膜染色的各种方法。优选的，所述第一次染色处理为将金属工件置于含有底色染料的底染液中染色；所述第二次染色处理为将金属工件置于含有表色染料的表染液中染色。对于本发明中的底色染料和表色染料没有特殊限定，易于进入阳极氧化皮膜层微孔内部的各种染料及其溶液都可以适用。
第一次染色处理只要能够形成底色层即可，第一次染色处理的时间不宜过长，避免影响第二染色处理后表色层的效果。不同染料的染色处理不尽相同，因此，可以根据不同染料选择合适的第一次染色处理时间。
为使金属工件的表面形成多色效果或仿古效果，在本发明中，底染液应与表染液不同，以形成两种不同颜色的染色层。为使金属工件表面形成两种不同的颜色，优选的，所述底染液与所述表染液的成分不同（例如底染液中染料型号为TAC Brownze，表染液中染料型号为TAC Black-GLH）。为使金属工件表面形成具有不同色差的同一颜色，优选的，所述底染液与所述表染液的成分相同，但其浓度不同（例如底染液中染料型号为TAC Brownze，其浓度为1.5g/l，表染液中染料型号为TAC Brownze，其浓度为10g/l）。
在本发明中，封孔处理的方法没有特殊限定，可以为常规的对阳极氧化皮膜进行封孔的方法，优选为热水封孔处理、水蒸气封孔处理或水解盐封孔处理。热水封孔处理或者水蒸气封孔处理是借助于水在微孔中的缔合作用，生成水合离子封孔；水解盐封孔处理是将经过染色处理的金属工件置于水解盐溶液中封孔，既发生氧化膜的水化反应，又存在着盐类水解生成氢氧化物或是金属离子与染料分子反应生成新的金属络合物在膜孔隙中沉淀析出的过程，它们共同作用使孔隙封闭。在本发明中，更优选为水解盐封孔处理。水解盐封孔处理的方法为本领域技术人员公知，在此不作赘述。
在本发明中，为防止在磨光处理过程中，金属工件表面多孔氧化膜中吸附的染料成分发生溢射，导致颜色不均或产品表面效果较差，优选的，在所述步骤S3与所述步骤S4之间对步骤S3所得的金属工件进行中间封孔处理。中间封孔处理方法也没有特殊限定，可以为常规的对阳极氧化皮膜进行封孔的方法，优选为热水封孔处理、水蒸气封孔处理或水解盐封孔处理。
在本发明中，所述磨光处理没有特殊限定，可以为常规的能够磨除金属工件表面部分阳极氧化皮膜的磨光处理，优选为机械抛磨处理、滚磨处理、研磨处理或磨削处理。在本发明中，金属工件通过磨光处理，去除表面部分的表色层，相应地露出下层部分的底色层，继而形成多色膜效果或仿古装饰效果。
在本发明中，磨光处理可以是对工件的某一区域进行磨光处理，以使金属工件某一区域与另一区域为不同的颜色；也可以是采用计算机程序控制磨光机器运行或金属工件的运动，在金属工件的表面按照一定的图案或纹路进行磨光处理，以在金属工件的表面形成特定的图案或特殊的纹路。
在本发明中，还可在上述最终封孔处理之后，形成一保护层于金属工件表面以延长多色氧化膜的使用寿命或提高金属工件的装饰效果。所述保护层可以通过喷涂处理进行，如在金属工件表面喷涂一层保护漆。
本发明通过一次阳极氧化处理和两次染色处理，在金属表面形成两层不同颜色的底色层和表色层，然后通过磨光处理将处于表面的表色层部分去除，露出下层的底色层，然后进行封孔处理，最终在金属表面形成多色的氧化膜层。本发明只需要进行一次阳极氧化处理，其工序简单、易于操作、能耗较低，且形成的多色氧化膜耐腐蚀性及耐磨性优异，多色氧化膜不易脱落。
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
（1） 前处理
首先，将铝合金基材置于50g/l TH-60化学除油剂溶液中，在65℃下除油2min；在将其置于40g/l NaOH溶液中，在45℃下浸蚀10秒后取出并水洗；然后在室温下将其置于30%硝酸溶液中浸渍10秒后取出用水清洗干净。
（2） 阳极氧化处理
将经过上述前处理后的铝合金工件浸入盛有浓度为190g/l硫酸溶液中，在14V电压、1A/dm2电流密度下处理40min，完成后取出并清洗干净。
（3） 第一次染色处理
将经过阳极氧化处理的铝合金工件浸入含有底色染料的底染液中，在55℃下保持30s。底色染料为杭州奥野科技实业有限公司生产的TAC Brownze，浓度为1.5g/l。
（4）第二次染色处理
将经过第一次染色处理的铝合金工件浸入含有表色染料的表染液中在50℃下保持2分钟.表色染料为杭州奥野科技实业有限公司生产的TAC Black-GLH、浓度10g/l。
（5）磨光处理
将步骤（5）所得的铝合金工件置于抛光机上，用布轮打抛光蜡，以1000转/分钟左右的转速抛磨工件表面需要抛磨的部分，磨去部分表面氧化膜，使表层染色层部分磨掉，露出部分下层染色层。
（6）封孔处理
将经过经过磨光处理后的铝合金工件置于浓度为10g/l的杭州奥野科技实业有限公司生产的DH-500封孔盐，在95℃下浸渍20min，然后取出并洗净，在60℃的烘箱中30分钟烘干水分即得到成品，成品表面具有两种不同颜色效果，表面有很好的阳极氧化膜质感，具有观赏性。
实施例2
与实施例1步骤不同的是：第二次染色处理中，表染液中的表色染料为杭州奥野科技实业有限公司生产的TAC Brownze，浓度为10g/l，温度为55℃。其他步骤均与实施例1相同。
所得成品表面深浅色差明显，表面有很好的阳极氧化膜质感，具有观赏性。
实施例3
与实施例1步骤不同的是：在第二次染色处理与磨光处理之间进行一次中间封孔处理：将经过第二次染色处理后的铝合金工件置于浓度为10g/l的杭州奥野科技实业有限公司生产的DH-500封孔盐中，在95℃下浸渍20min，然后取出并洗净，在60℃的烘箱中30分钟烘干水分。其他步骤均与实施例1相同。
所得成品表面具有两种不同的颜色效果，表面效果优异；有很好的阳极氧化膜质感，极具观赏性。
Claims (11)
1.一种金属复合材料，其包括：金属基材层、底色阳极氧化皮膜层以及表色阳极氧化皮膜图案；
所述底色阳极氧化皮膜层形成于所述金属基材层的表面，所述底色阳极氧化皮膜层的表面具有图案区，所述表色阳极氧化皮膜图案位于图案区。
2.一种权利要求1所述的金属复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1：对经过预处理的金属工件进行阳极氧化处理，以在所述金属工件的表面形成阳极氧化皮膜；
S2：将步骤S1所得的金属工件进行第一次染色处理，形成底色层；
S3：将步骤S2所得的金属工件进行第二次染色处理，形成表色层；
S4：将步骤S3所得的金属工件的部分表面进行磨光处理，以去除部分表色层，形成表色阳极氧化皮膜图案；
S5：对步骤S4所得的金属工件进行封孔处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一次染色处理为将金属工件置于含有底色染料的底染液中染色；所述第二次染色处理为将金属工件置于含有表色染料的表染液中染色。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表色染料与底色染料相同，所述底染液的浓度与所述表染液的浓度不相同。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表色染料与底色染料不相同。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的封孔处理为热水封孔处理、水蒸气封孔处理或水解盐封孔处理。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3与步骤S4之间还包括，对步骤S3所得的金属工件进行中间封孔处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述中间封孔处理为热水封孔处理、水蒸气封孔处理或水解盐封孔处理。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属工件的材质为铝、钛、镁、铝合金、钛合金或镁合金。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磨光处理为机械抛磨处理、滚磨处理、研磨处理或磨削处理。
11.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括，在所述步骤S5所得的金属工件表面形成保护层。
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