CN103966639A - 一种阳极氧化铝型材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阳极氧化铝的制备方法，该方法包括步骤1：对铝或铝合金基材除油；步骤2：对铝或铝合金基材进行酸蚀；步骤3：再对铝或铝合金基材进行碱蚀；步骤4:将碱蚀后的铝或铝合金基材进行阳极氧化；步骤5：将阳极氧化后的铝或铝合金基材进行电解着色；步骤6:将着色后的铝或铝合金基材进行封孔，在步骤4阳极氧化中的电流密度为1.6-2.0A/dm²，阳极氧化槽的槽液温度为13-17°C。本发明方法制备而成的阳极氧化铝的封孔效果和耐腐蚀性均有所提高。

Description

一种阳极氧化铝型材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种阳极氧化铝型材的制备方法，属于铝表面处理领域。

背景技术

我国目前已进入高端铝的发展时期，铝型材的表面处理技术发展迅速，其中阳极氧化是目前常用和发展最快的方法。

阳极氧化膜要求铝型材较高的表面性能，尤其是表面硬度、耐腐蚀性以及耐磨损性，这些性能关系到阳极氧化膜的使用寿命。阳极氧化膜的厚度、封孔质量和耐磨性等组成了铝型材质量最关键的几项指标，其中耐磨性和阳极氧化膜的厚度是阳极氧化铝使用寿命的一个标志性数据。封孔质量则是反应氧化膜耐腐蚀性的重要指标。

传统的阳极氧化铝型材的生产工艺流程说明如下：除油、水洗、碱蚀、水洗、中和、水洗、阳极氧化、水洗、电解着色、水洗、封孔和沥干，其特征在于：阳极氧化工序电流密度为1.2-1.5A/dm²，槽液温度18-22°C；封孔工序使用镍盐封孔，镍离子浓度为1-3gL，PH值为5.5-6.0。在现有的阳极氧化铝的制备过程中，有两个难点：第一，在阳极氧化工序中，生产高膜厚的型材需要的时间较长，大约50分钟时间，发热量大，容易出现阳极氧化膜结构疏松的情况。按照常规的氧化槽的槽液温度在18-22°C时，生产出来的阳极氧化膜的耐磨性很差，而且对封孔质量也有影响。第二是封孔工序，阳极氧化膜厚度越大，越难把阳极氧化膜孔封闭住。

在申请号为201110116978.0的中国专利申请中公开了一种铝挂件阳极氧化方法。该方法包括除油、除油水洗、碱蚀水洗、阳极氧化、氧化水洗、电解着色、着色水洗、电泳、电泳水洗、电解着色、着色水洗、封孔、封孔水洗，并且在该阳极氧化过程中，氧化槽的槽液温度为160-200g/l的硫酸水溶液，并按100m²铝挂件添加宽温氧化剂1kg，阳极氧化过程中的工作温度为18-30°C，电流密度为1.0-1.5A/dm²。

此外，在《铝及铝合金阳极氧化膜的封孔工艺研究进展》中提到高温封孔的封孔工艺，高温封孔工艺包括沸水封孔和水蒸汽封孔两种。

然而，采用这种工艺条件生产（阳极氧化膜在25um以上）的AA25氧化铝型材具有耐磨性差，封孔质量差（耐腐蚀性差）等缺陷，满足不了高端工业铝型材的需要。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种阳极氧化铝型材的制备方法，特别是AA25阳极氧化铝型材，以及该方法制备而成的阳极氧化铝型材，从而解决了现有的阳极氧化铝型材耐磨性差、封孔质量差和耐腐蚀性差的技术问题。

本发明一个方面提供了一种阳极氧化铝型材的制备方法，该方法包括：

步骤1：对铝或铝合金基材除油；

步骤2：对铝或铝合金基材进行酸蚀；

步骤3：再对铝或铝合金基材进行碱蚀；

步骤4:将碱蚀后的铝或铝合金基材进行阳极氧化；

步骤5：将阳极氧化后的铝或铝合金基材进行电解着色；

步骤6:将着色后的铝或铝合金基材进行封孔，在步骤4中的阳极氧化中的电流密度为1.6-2.0A/dm²，阳极氧化槽的槽液温度为13-17°C。

进一步，在所述步骤2中，采用NH₄HF₂和NH₄F作为酸蚀溶剂在常温下进行酸蚀，酸蚀溶剂的浓度为30-60g/L，并且NH₄HF₂和NH₄F的质量比为3-5:1。

进一步，在步骤4中的阳极氧化的电流密度为1.8-2.0A/dm²，氧化槽的槽液温度为13-14°C。

进一步，在步骤4阳极氧化过程中，阳极氧化槽的槽液采用气体搅拌的方式散热。

进一步，在所述的步骤6中，采用沸水进行封孔，封孔速度为2-4min/μm。

进一步，采用95-100°C的沸水进行封孔。

进一步，在所述的步骤4中，采用硼酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、草酸和醋酸中的两种以上作为阳极氧化时的氧化硬膜剂，并且氧化硬膜剂的浓度为30-35g/l。

进一步，在步骤4的阳极氧化中，采用草酸和酒石酸作为氧化硬膜剂，并且这两种氧化硬膜剂的质量比例为60-80：20-40。

进一步，在步骤1、步骤2、步骤3、步骤4和步骤5各步骤之后还分别对所述的铝或铝合金基材进行水洗。

本发明另一方面还提供了一种阳极氧化铝型材，该阳极氧化铝型材由本发明所述方法制备而成。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种阳极氧化铝型材的制备方法，本发明经过反复实验，将阳极氧化的槽液温度、电流密度、氧化硬膜剂和槽液循环方式，进行调整，并且采用气体搅拌进行散热阳极氧化大约在35-40分钟时间可以完成，得到的阳极氧化膜的耐磨性也有所提高。同时，本发明抛弃了原有的镍封孔方式，采用沸水封孔的方式，沸水温度达到96-100°C，封孔时间为2-4min/μm，本发明的方法特别适用于AA25型阳极氧化铝。

结果表明采用本发明方法阳极氧化时采取电流密度为1.6-2.0A/dm²，槽液温度为13-17°C，槽液采用气体搅拌散热方式，这样生产的高膜厚阳极氧化铝型材的耐磨性最好；槽液中加入含有硼酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、草酸、醋酸中的两种以上的复合物作为硬膜剂，可提高膜的硬度和耐磨性。这样生产的高膜厚阳极氧化铝型材的封孔效果最好，耐腐蚀性最好。

具体实施方式

以下实施例仅用于解释本发明不用于限制本发明，在本发明保护范围内所做的修改、限定、变形都在本发明的保护范围内。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

实施例1

阳极氧化铝的制作方法

铝合金基材除油、水洗、酸蚀、水洗、碱蚀、水洗、中和、水洗、阳极氧化、水洗、电解着色、水洗、封孔和沥干的工艺步骤。

在除油过程中，采用H₂SO₄或者H₃PO₄，加入HF、Fe³⁺、H₂O₂、NO^3-和非离子表面活性剂，在室温下操作，时间为3-5分钟。在除油过程中的工艺条件如下：

除油后，水洗去除除油时需要的化学试剂。

除油后，水洗去除除油时需要的化学试剂。

除油水洗后进行酸蚀，酸蚀的目的是为了便于后序的装饰，酸蚀的条件如下：

NH₄HF₂ 30g/l

NH₄F 10g/l

常温 2-3分钟

碱蚀过程中，采用NaOH溶液为主的碱性槽液，NaOH的浓度为30-70g/L,操作温度为40-80°C，时间为3-10min。碱腐蚀的目的是因为在铝及其铝合金上覆盖有不均匀的自然氧化膜，需要将氧化膜进行去除。碱腐蚀工艺维护简单、成本低，腐蚀效果好，易于除去铝合金表面的加工条纹，是阳极氧化重要的配套工艺。

碱蚀后水洗去除碱液，并用硝酸中和接着水洗去除过量的碱液。

阳极氧化：阳极氧化的目的是为了使铝合金在溶液中形成无色透明、孔隙率高一级着色性能好的氧化膜。

阳极氧化工序电流密度为1.8A/dm²，槽液温度13℃，槽液中添加氧化硬膜剂（含有硼酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、草酸、醋酸中的两种以上的复合物），这两种硬膜剂的浓度分别为21g/l和9g/l，它们以70：30的质量比例进行配比。另外阳极氧化槽的槽液用气体搅拌散热。具体地，阳极氧化的条件如下：

在阳极氧化后，水洗去除残余酸液。

电解着色：电解着色由于其工艺成本低、颜色耐晒、不易褪色，所以在目前有着广泛的用途。本实施例中电解着色采用硫酸亚锡进行电解着色。

封孔：由于新鲜的阳极氧化膜在沸水或者接近沸点的热水中处理一定时间后，失去活性，不再吸附染料，已染上的颜色不易褪去，这一过程就是封闭，也称为封孔。采用98℃沸水进行封孔，封孔速度为2.5min/μm。

最后将得到的阳极氧化铝进行沥干。

通过以上方法制作的AA25阳极氧化铝型材，耐磨性试验结果为氧化膜厚损失1μm，封孔失重为15.2mg/dm²，48小时CASS试验结果为9.9级。

实施例2

阳极氧化铝型材的制作方法

铝合金基材除油、水洗、酸蚀、水洗、碱蚀、水洗、中和、水洗、阳极氧化、水洗、电解着色、水洗、封孔和沥干的步骤。

除油条件与实施例1相同。

除油后，水洗去除除油时需要的化学试剂。

酸蚀的目的是为了便于后序的装饰，酸蚀的条件如下：

NH₄HF₂ 40g/l

NH₄F 10g/l

常温 2-3分钟

酸蚀后，水洗去除酸蚀时需要的化学试剂。

碱蚀条件同权利要求1。

碱蚀后水洗去除溶剂，并中和水洗去除过量的碱溶剂。

阳极氧化：阳极氧化的目的是为了使铝合金在溶液中形成无色透明、孔隙率高一级着色性能好的氧化膜。

阳极氧化工序电流密度为2.0A/dm²，槽液温度14℃，槽液中添加氧化硬膜剂，另外槽液用气体搅拌散热。具体地，阳极氧化的条件如下：

在阳极氧化后，水洗去除槽液。

电解着色：电解着色由于其工艺成本低、颜色耐晒、不易褪色，所以在目前有着广泛的用途。本实施例中电解着色采用硫酸亚锡进行电解着色。

封孔：由于新鲜的阳极氧化膜在沸水或者接近沸点的热水中处理一定时间后，失去活性，不再吸附染料，已染上的颜色不易褪去，这一过程就是封闭，也称为封孔。采用99℃沸水进行封孔，封孔速度为2.0min/μm。

通过以上方法制作的AA25阳极氧化型材，耐磨性试验结果为氧化膜厚损失1μm，封孔失重为12.8mg/dm²，48小时CASS试验结果为10级。

实施例3高端阳极氧化铝型材的制作方法（Ⅲ）

铝合金基材除油、水洗、酸蚀、水洗、碱蚀、水洗、中和、水洗、阳极氧化、水洗、电解着色、水洗、封孔和沥干的步骤。

除油条件与实施例1相同。

除油后，水洗去除除油时需要的化学试剂。

酸蚀的条件如下：

NH₄HF₂ 50g/l

NH4F 10g/l

常温 2-3分钟

酸蚀后，水洗去除酸蚀时需要的化学试剂。

碱蚀条件同权利要求1。

碱蚀后水洗去除溶剂，并中和水洗去除过量的碱溶剂。

阳极氧化：阳极氧化的目的是为了使铝合金在溶液中形成白色透明、孔隙率高一级着色性能好的氧化膜。

阳极氧化工序电流密度为1.85/dm²，槽液温度15℃，槽液中添加氧化硬膜剂。另外槽液用气体搅拌散热。具体地，阳极氧化的条件如下：

在阳极氧化后，水洗去除槽液。

电解着色：电解着色由于其工艺成本低、颜色耐晒、不易褪色，所以在目前有着广泛的用途。本实施例中电解着色采用硫酸亚锡进行电解着色。

封孔：由于新鲜的阳极氧化膜在沸水或者接近沸点的热水中处理一定时间后，失去活性，不再吸附染料，已染上的颜色不易褪去，这一过程就是封闭，也成为封孔。采用96℃沸水进行封孔，封孔时间为4.0min/μm。

通过以上方法制作的AA25阳极氧化型材，耐磨性试验结果为氧化膜厚损失0μm，封孔失重为9.87mg/dm²，48小时CASS试验结果为10级。

实施例4

本实施例的方法与实施例1基本相同，不同的是在本实施例阳极氧化中不加入硬膜剂。

对比例

铝合金基材除油、水洗、碱蚀、水洗、中和、水洗、阳极氧化、水洗、电解着色、水洗、封孔和沥干的步骤。

除油条件同实施例1中的除油条件。

除油后，水洗去除除油时需要的化学试剂。

碱蚀条件同实施例1的条件。碱蚀后水洗去除溶剂，并中和水洗去除过量的碱溶剂。

阳极氧化：阳极氧化的目的是为了使铝合金在溶液中形成白色透明、孔隙率高一级着色性能好的氧化膜。

阳极氧化工序电流密度为1.2A/dm²，槽液温度18℃，槽液中添加氧化硬膜剂，即草酸，另外槽液用气体搅拌散热。具体地，阳极氧化的条件如下：

同实施例1

在阳极氧化后，水洗去除槽液。

电解着色：电解着色由于其工艺成本低、颜色耐晒、不易褪色，所以在目前有着广泛的用途。本实施例中电解着色采用硫酸亚锡进行电解着色。

封孔：由于新鲜的阳极氧化膜在沸水或者接近沸点的热水中处理一定时间后，失去活性，不再吸附染料，已染上的颜色不易褪去，这一过程就是封闭，也称为封孔。采用镍盐如：醋酸镍进行封孔，镍离子浓度为1-3g/L，pH值为5.3-6.0，封孔速度为2.0min/μm。

通过以上方法制作的阳极氧化型材的性质见下表1。

按照本发明提出的制作方法生产的阳极氧化铝型材产品与普通工艺生产的阳极氧化铝型材产品进行耐磨性、封孔质量和耐腐蚀性试验。

耐磨性试验根据英国标准BS6161-18:1991规定方法进行测试，用00号砂纸来回50次打磨，氧化膜厚损失少于2μm为合格。

封孔质量试验采用GB5237.2-2008规定方法进行测试，氧化膜失重不大于30mg/dm²为合格。

耐腐蚀性试验采用GB5237.2-2008规定方法进行测试，CASS试验48小时保护等级≥9为合格。

试验结果见表1所示。

表1

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围。

Claims (10)

1.一种阳极氧化铝型材的制备方法，该方法包括：

步骤1：对铝或铝合金基材除油；

步骤2：对铝或铝合金基材进行酸蚀；

步骤3：再对铝或铝合金基材进行碱蚀；

步骤4：将碱蚀后的铝或铝合金基材进行阳极氧化；

步骤5：将阳极氧化后的铝或铝合金基材进行电解着色；

步骤6：将着色后的铝或铝合金基材进行封孔，其特征在于，在步骤4中的阳极氧化中的电流密度为1.6-2.0A/dm²，阳极氧化槽的槽液温度为13-17°C。

2.根据权利要求要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，采用NH₄HF₂和NH₄F作为酸蚀溶剂在常温下进行酸蚀，酸蚀溶剂的浓度为30-60g/L，并且NH₄HF₂和NH₄F的质量比为3-5:1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中阳极氧化的电流密度为1.8-2.0A/dm²，氧化槽的槽液温度为13-14°C。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤4阳极氧化过程中，阳极氧化槽的槽液采用气体搅拌的方式散热。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的步骤6中，采用沸水进行封孔，封孔速度为2-4min/μm。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用95-100°C的沸水进行封孔。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的步骤4中，采用硼酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、草酸和醋酸中的两种以上作为阳极氧化时的氧化硬膜剂，并且氧化硬膜剂的浓度为30-35g/l。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，在步骤4的阳极氧化中，采用草酸和酒石酸作为氧化硬膜剂，并且这两种氧化硬膜剂的质量比例为60-80：20-40。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的步骤1、步骤2、步骤3、步骤4和步骤5各步骤之后还分别对所述的铝或铝合金基材进行水洗。

10.一种阳极氧化铝型材，该阳极氧化铝型材由权利要求1-9中任一项所述方法制备而成。