CN106637339A - 一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，包括阳极氧化处理步骤，所述的阳极氧化处理步骤为：将铝合金放入含有150～250g/L硫酸、20～30g/L草酸、20～30g/L硼酸、5～10ml/L甘油、2～5g/L硫酸铝的氧化槽中进行阳极氧化处理。本发明旨在提供一种既能增大铝合金表面的粘结强度，又具备良好的耐蚀性的铝合金阳极氧化膜的制备工艺。

Description

一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺
技术领域
本发明涉及金属表面处理方法的领域，尤其是一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺。
背景技术
铝合金比重小、比强度高、导电性、导热性、延展性和耐蚀性等优异，在航空航天、汽车、船舶和日用品等方面用量也很多，在军事工业方面也有着十分广阔的开发应用前景。然而，铝合金易耐蚀、耐磨性差、硬度低等难以满足苛刻的服役环境要求，目前普遍采用硫酸阳极氧化工艺、磷酸阳极氧化工艺和混合酸阳极氧化工艺等来提高铝合金表面的综合性能，延长其使用寿命。
铝合金可以采用有机涂层在其表面获得一定程度的防腐保护。有机涂层保护机理主要是屏蔽作用、钝化缓蚀作用和电化学保护作用。有机涂层品种多，适应性广，施工简单方便且经济高效。经过适当的预处理再涂覆有机涂层可大幅度提高铝合金的耐蚀性。然而，采用有机涂层的不足之处是有机涂层比较薄、孔隙大、力学性能差，涂层与基体的结合力差，在强腐蚀介质的冲刷、腐蚀、高温作用下容易脱落，耐磨性也较差，只能用来短时间保护金属，不能用作长期保护涂层，可见提高铝合金表面与有机涂层之间的粘接强度是十分重要的。
铝合金经过阳极氧化处理后，其表面会生成一层多孔的阳极氧化膜，有机涂层可以流入到膜层孔洞内增强氧化膜与涂层之间的机械互锁作用，从而提高铝合金表面与有机涂层之间的粘接强度。目前，铝合金表面的粘接强度普遍偏低，约为3～5MPa，而铝合金阳极氧化膜的粘接强度达到8～10MPa。造成这一现象有两方面原因，首先，电解液的组成和浓度以及阳极氧化工艺参数等对铝合金阳极氧化膜与有机涂层之间的粘接性能有重大影响；其次，通过增大铝合金阳极氧化膜的孔隙率提高膜层的粘接强度，意味着铝合金的耐蚀性会下降。
因此本发明提供一种既尽可能地增大铝合金的粘接强度，又要兼顾其良好的耐蚀性的制备工艺。此外，然后电解液需要采用快速搅拌等方法散热，消耗掉一部分能量，这些缺点也急需进行改进。
发明内容
本发明旨在提供一种既能增大铝合金表面的粘结强度，又具备良好的耐蚀性的铝合金阳极氧化膜的制备工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是这样的：一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，包括阳极氧化处理步骤；
其中，所述的阳极氧化处理步骤为：将铝合金放入含有150～250g/L硫酸、20～30g/L草酸、20～30g/L硼酸、5～10ml/L甘油、2～5g/L硫酸铝的氧化槽中进行阳极氧化处理。
其中，在上述的阳极氧化处理步骤中，电流密度为1.0～2.0A/dm3，氧化时间为30～50分钟，氧化温度为20～50℃，并将阳极氧化处理后的铝合金洗净。
需要说明的是，在阳极氧化处理步骤之前，还依次包括打磨、除油、酸洗活化三个步骤。
其中，所述打磨步骤为：使用240#、600#、1000#水砂纸依次打磨铝合金，再对铝合金进行清洗。
其中，所述的除油步骤为：将铝合金放入含有40～60g/L氢氧化钠、40～60g/L磷酸钠、80～120g/L碳酸钠、3～8ml/L聚乙二醇单辛基苯基醚的除油槽中进行除油。
需要说明的是，在除油步骤中，除油温度为60～80℃，除油时间为3～8分钟，并将除油后的铝合金洗净。
其中，所述的酸洗活化步骤为：将阳极氧化处理后的铝合金放入含有80～150g/L硝酸、体积分数为10～30％氢氟酸的酸洗槽中进行酸洗活化处理。
需要说明的是，在上述的酸洗活化步骤中，酸洗温度为35～80℃，酸洗时间为1～2分钟，并将酸洗后的铝合金洗净。
需要说明的是，在阳极氧化处理步骤之后，还包括吹干步骤。
本发明与传统方法相比，具有以下优势：
(1)铝合金表面阳极氧化膜的空隙率较大，节约冷却电解液所需的大量能耗，所制备的铝合金阳极氧化膜的粘接强度为11.28～12.17MPa，膜层均匀致密，综合性能良好；
(2)阳极氧化过程的成膜速度快，电解液对氧化膜的溶解极少，且电解液的使用寿命较长；
(3)制备工艺操作简单、节能环保、生产效率高，适用于大规模工业化生产。
附图说明
图1为铝合金阳极氧化工艺的实验装置；
图2为实施例二所制备的铝合金阳极氧化膜的微观形貌；
图3为对比例所制备的铝合金试片的外观。
具体实施例
下面结合具体实施方式对本发明的权利要求做进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制，任何在本发明权利要求范围内所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求保护范围内。
实施例1
本实施例中铝合金为2024铝合金，化学成分及含量(wt％)分别为：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、余量为Al。
铝合金阳极氧化膜的制备工艺由下述步骤完成：
(1)打磨
使用240#、600#、1000#水砂纸依次打磨铝合金，再对铝合金进行清洗。
(2)除油
将铝合金放入含有下列溶液的除油槽中并按照下述工艺配方进行除油处理：
将除油后的铝合金洗净。
(3)酸洗活化
将铝合金放入含有下列溶液的酸洗槽中并按照下述工艺配方进行酸洗活化处理：
将酸洗后的铝合金用洗净。
(4)硬质阳极氧化处理
将铝合金放入含有下列溶液的如图1所示的实验装置中(在图1的实验装置中，1表示为搅拌装置，2表示为电解液中的阳极，3表示为电解液中的阴极，4表示为水浴装置，5表示为阳极氧化的电解液，6表示为电源)，并按照下述工艺配方进行阳极氧化处理：
将阳极氧化处理后的铝合金洗净。
(5)吹干
快速吹干铝合金，并测试铝合金阳极氧化膜与胶黏剂之间的粘接强度。
本实施例制备的铝合金阳极氧化膜均匀致密，其与胶黏剂之间的粘接强度为12.17MPa，而未经阳极氧化处理的铝合金试片的粘接强度为4.63MPa，故铝合金表面经过阳极氧化处理后，其粘接强度有了很大的提高。
实施例2
本实施例中铝合金为2024铝合金，化学成分及含量(wt％)分别为：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、余量为Al。
铝合金阳极氧化膜的制备工艺由下述步骤完成：
(1)打磨
使用240#、600#、1000#水砂纸依次打磨铝合金，再对铝合金进行清洗。
(2)除油
将铝合金放入含有下列溶液的除油槽中并按照下述工艺配方进行除油处理：
将除油后的铝合金洗净。
(3)酸洗活化
将铝合金放入含有下列溶液的酸洗槽中并按照下述工艺配方进行酸洗活化处理：
将酸洗后的铝合金洗净。
(4)硬质阳极氧化处理
将铝合金放入含有下列溶液的氧化槽中并按照下述工艺配方进行阳极氧化处理：
将阳极氧化处理后的铝合金洗净。
(5)吹干
快速吹干铝合金，并测试铝合金阳极氧化膜与胶黏剂之间的粘接强度。
本实施例制备的铝合金阳极氧化膜均匀致密，其与胶黏剂之间的粘接强度为11.75MPa，而未经阳极氧化处理的铝合金试片粘接强度为4.50MPa，故铝合金表面经过阳极氧化处理后，其粘接强度有了很大的提高。
本实施例所制备的铝合金阳极氧化膜的微观形貌如图2所示。
实施例3
本实施例中铝合金为2024铝合金，化学成分及含量(wt％)分别为：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、余量为Al。
铝合金阳极氧化膜的制备工艺由下述步骤完成：
(1)打磨
使用240#、600#、1000#水砂纸依次打磨铝合金，再对铝合金进行清洗。
(2)除油
将铝合金放入含有下列溶液的除油槽中并按照下述工艺配方进行除油处理：
将除油后的铝合金洗净。
(3)酸洗活化
将铝合金放入含有下列溶液的酸洗槽中并按照下述工艺配方进行酸洗活化处理：
将酸洗后的铝合金洗净。
(4)硬质阳极氧化处理
将铝合金放入含有下列溶液的氧化槽中并按照下述工艺配方进行阳极氧化处理：
将阳极氧化处理后的铝合金用洗净。
(5)吹干
快速吹干铝合金，并测试铝合金阳极氧化膜与胶黏剂之间的粘接强度。
本实施例制备的铝合金阳极氧化膜均匀致密，其与胶黏剂之间的粘接强度为11.28MPa，而未经阳极氧化处理的铝合金试片粘接强度为4.50MPa，故铝合金表面经过阳极氧化处理后，其粘接强度有了很大的提高。
对比例1
本实施例中铝合金为2024铝合金，化学成分及含量(wt％)分别为：Cu 3.8～4.9、Mg 1.2～1.8、Mn 0.3～0.9、Fe≤0.5、Si≤0.5、Ni≤0.1、余量为Al。
铝合金阳极氧化膜的制备工艺由下述步骤完成：
(1)打磨
使用240#、600#、1000#水砂纸依次打磨铝合金，再对铝合金进行清洗。
(2)吹干
快速吹干铝合金，并测试铝合金试片与胶黏剂之间的粘接强度。
本对比例制备的铝合金试片的粘接强度为4.50MPa。
本对比例所制备的铝合金试片的外观如图3所示。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，包括阳极氧化处理步骤，其特征在于，所述的阳极氧化处理步骤为：将铝合金放入含有150～250g/L硫酸、20～30g/L草酸、20～30g/L硼酸、5～10ml/L甘油、2～5g/L硫酸铝的氧化槽中进行阳极氧化处理。
2.根据权利要求1所述的一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，其特征在于，在阳极氧化处理步骤中，电流密度为1.0～2.0A/dm2，氧化时间为30～50分钟，氧化温度为20～50℃，并将阳极氧化处理后的铝合金洗净。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，其特征在于，在阳极氧化处理步骤之前，还依次包括打磨、除油、酸洗活化三个步骤。
4.根据权利要求3所述的一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，其特征在于，所述打磨步骤为：使用240#、600#、1000#水砂纸依次打磨铝合金，再对铝合金进行清洗。
5.根据权利要求3所述的一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，其特征在于，所述的除油步骤为：将铝合金放入含有40～60g/L氢氧化钠、40～60g/L磷酸钠、80～120g/L碳酸钠、3～8ml/L聚乙二醇单辛基苯基醚的除油槽中进行除油。
6.根据权利要求5所述的一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，其特征在于，在除油步骤中，除油温度为60～80℃，除油时间为3～8分钟，并将除油后的铝合金洗净。
7.根据权利要求3所述的一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，其特征在于，所述的酸洗活化步骤为：将阳极氧化处理后的铝合金放入含有80～150g/L硝酸、体积分数为10～30％氢氟酸的酸洗槽中进行酸洗活化处理。
8.根据权利要求7所述的一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，其特征在于，在酸洗活化步骤中，酸洗温度为35～80℃，酸洗时间为1～2分钟，并将酸洗后的铝合金洗净。
9.根据权利要求1或2任一所述的一种具有高粘接强度阳极氧化膜的铝合金的制备工艺，其特征在于，在阳极氧化处理步骤之后，还包括吹干步骤。
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