CN106757266A - 一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法 - Google Patents

一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，使用本发明的制备工艺所制备的氧化膜表面染色均匀、膜层厚度较大、显微硬度较高、耐磨性较好。本发明提供的技术方案为：一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，包括阳极氧化处理、染色和封孔三个步骤；其中，所述的阳极氧化处理步骤为：将铝合金放入150～300g/L硫酸、20～35g/L草酸、5～10ml/L甘油、2～5g/L硫酸铝、2～5g/L苹果酸的氧化槽中进行阳极氧化处理。本发明属于金属表面处理方法领域。

Description

一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理方法领域，尤其是一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法。
背景技术
铝合金具有比强度高、导电性和导热性良好、装饰性好、耐蚀性好等优点，是一种综合性能优良的有色金属材料。铝合金以其优异的综合性能，在航空航天、交通运输、建筑桥梁、机电仪表、能源动力、冶金化工、机械制造、电器设备等各个领域获得到了广泛的应用。铝合金自然形成的氧化膜很薄，且疏松多孔，耐腐蚀能力较弱，因此这层氧化膜不能作为良好的防护装饰膜层。表面处理可以提高铝合金的耐蚀性、耐磨损性及装饰性等，铝合金表面处理一般包括化学转化、金属镀层、有机涂层及阳极氧化等，其中阳极氧化处理技术是提高铝合金防护、装饰及耐蚀的重要方法。
由于铝合金阳极氧化膜为多孔结构，且孔洞的活性较高，膜层有很好的吸附性，尤其对染料表现出很强的吸附能力。因此，可以利用这个特点将铝合金阳极氧化膜染成各种不同的颜色起到装饰防腐的作用。目前，现有技术制备的铝合金阳极氧化膜经染色和封孔处理后，其氧化膜表面染色不均匀，膜层厚度较小，且膜层显微硬度较低，耐磨性差。一方面，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的组织结构有很大影响，而氧化膜染色效果的好坏关键取决于铝合金阳极氧化膜本身的组织结构。另一方面，铝合金阳极氧化膜的厚度和硬度会影响氧化膜的耐蚀性和耐磨性，染色剂的组成和浓度对铝合金阳极氧化膜的染色效果也有一定的影响。现有的染色技术存在操作复杂、生产效率低、染色剂废液过度排放等问题，这些都是急需解决的。此外，铝合金阳极氧化膜染色后，其膜层未经封孔处理，腐蚀介质很容易通过氧化膜的孔洞渗透到阻挡层和铝基体，极易发生严重的腐蚀现象。
发明内容
本发明旨在提供一种氧化膜表面染色均匀、膜层厚度较大、显微硬度较高、耐磨性较好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：一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，包括依次进行的阳极氧化处理、染色和封孔三个步骤。
其中，所述的阳极氧化处理步骤为：将铝合金放入150～300g/L硫酸、20～35g/L草酸、5～10ml/L甘油、2～5g/L硫酸铝、2～5g/L苹果酸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1.0～3.0A/dm2、氧化时间为30～50分钟、氧化温度为10～50摄氏度。
其中，所述的染色步骤为：将铝合金放入含有2～8g/L有机染料的染色槽中进行染色，染色温度为30～80摄氏度、染色时间为3～8分钟，将染色后的铝合金洗净。
其中，所述的有机染料为DLM2203、DLM2707中的一种或两种，有机染料DLM2203和DLM2707均为偶氮染料。。
其中，所述的封孔步骤为：将铝合金放入沸水中对其阳极氧化膜进行封孔处理，封闭30～50分钟。
需要说明的是，在阳极氧化膜、染色和封孔三个步骤之前，还包括打磨、除油、碱蚀和酸洗步骤。
其中，所述的打磨步骤为：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50～80g/L氢氧化钠的除油槽中除油，除油温度为50～70摄氏度，除油时间为2～3分钟。
其中，所述的碱蚀步骤为：将铝合金放入含有8～15g/L氢氧化钠、50～65g/L磷酸钠、15～30g/L碳酸钠、2～3ml/L聚乙二醇单辛基苯基醚(OP-10表面活性剂)的碱蚀槽中进行碱蚀，碱蚀温度为50～70摄氏度，碱蚀时间为2～3分钟；将碱蚀后的铝合金洗净。
其中，所述的酸洗步骤为：将铝合金放入含有180～250g/L硝酸、15～30％氢氟酸的酸洗槽中进行酸洗，酸洗温度为20～30摄氏度，酸洗时间为1～2分钟，将酸洗后的铝合金洗净。
本发明与传统方法相比，具有以下优势：
(1)混合酸制备的铝合金阳极氧化膜的孔隙率较大，多孔结构的吸附能力较强，有机染料可以在铝合金表面染上各种鲜艳的颜色，且膜层均匀致密，氧化膜的厚度为14.2～16.3um，膜层的显微硬度为286.74～372.47HV，耐磨性较强。
(2)阳极氧化过程中的成膜速度快，电解液的使用寿命较长，染色膜经封孔处理后的耐蚀性较好。
(3)制备工艺简单、节能环保、生产效率高且染色剂也排放较少，适用于大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例一铝合金阳极氧化膜经DLM2203有机染料处理并封孔的外观外貌；
图2为实施例二铝合金阳极氧化膜经DLM2707有机染料处理并封孔的外观外貌。
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。
铝合金硬质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：
NaOH 50g/L
温度 60℃
除油时间 3min
将除油后的铝合金先用80～90℃热水冲洗，然后洗净。
(3)碱蚀
将铝合金放入含有下列溶液的碱蚀槽中并按照下述工艺配方进行碱蚀处理：
将碱蚀后的铝合金洗净。
(4)酸洗
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。
(5)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：
(6)染色
将铝合金分别放入含有下列溶液的染色槽中并按照下述工艺配方进行染色处理：
DLM2203有机染料 8g/L
处理温度 50℃
处理时间 8min；
或：
DLM2707有机染料 5g/L
处理温度 30℃
处理时间 5min
将染色后的铝合金洗净。
(7)封孔
采用沸水对铝阳极氧化膜进行封孔处理，封闭30min。
图1为本实施例的铝合金阳极氧化膜经DLM2203有机染料处理并封孔的外观外貌。
本发明制备的铝合金阳极氧化膜经染色封孔后，外观为金黄色或粉红色，DLM2203有机染色膜的厚度为14.6μm，其膜层显微硬度为372.47HV；DLM2707有机染色膜的厚度为15.3μm，其膜层显微硬度为291.33HV，染色膜的耐蚀性良好。
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。
铝合金硬质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：
NaOH 60g/L
温度 70℃
除油时间 2min
将除油后的铝合金洗净。
(3)碱蚀
将铝合金放入含有下列溶液的碱蚀槽中并按照下述工艺配方进行碱蚀处理：
将碱蚀后的铝合金洗净。
(4)酸洗
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。
(5)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：
(6)染色
将铝合金放入含有下列溶液的染色槽中并按照下述工艺配方进行染色处理：
DLM2203有机染料 5g/L
处理温度 80℃
处理时间 5min
或：
DLM2707有机染料 2g/L
处理温度 50℃
处理时间 8min
将染色后的铝合金洗净。
(7)封孔
采用沸水对铝阳极氧化膜进行封孔处理，封闭50min。
图2为本实施例的铝合金阳极氧化膜经DLM2707有机染料处理并封孔的外观外貌。
本发明制备的铝合金阳极氧化膜经染色封孔后，外观为金黄色或粉红色，DLM2203有机染色膜的厚度为14.2μm，其膜层显微硬度为348.52HV；DLM2707有机染色膜的厚度为14.9μm，其膜层显微硬度为286.33HV，染色膜的耐蚀性良好。
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。
铝合金硬质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：
NaOH 80g/L
温度 50℃
除油时间 2min
将除油后的铝合金洗净。
(3)碱蚀
将铝合金放入含有下列溶液的碱蚀槽中并按照下述工艺配方进行碱蚀处理：
将碱蚀后的铝合金洗净。
(4)酸洗
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。
(5)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：
(6)染色
将铝合金放入含有下列溶液的染色槽中并按照下述工艺配方进行染色处理：
DLM2203有机染料 2g/L
处理温度 30℃
处理时间 3min
或：
DLM2707有机染料 8g/L
处理温度 80℃
处理时间 3min
将染色后的铝合金洗净。
(7)封孔
采用沸腾的去离子水对铝阳极氧化膜进行封孔处理，封闭40min。
本实施例制备的铝合金阳极氧化膜经染色封孔后，外观为金黄色或粉红色，DLM2203有机染色膜的厚度为15.8μm，其膜层显微硬度为360.27HV；DLM2707有机染色膜的厚度为16.3μm，其膜层显微硬度为305.81HV，染色膜的耐蚀性良好。
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 (10)

1.一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，包括依次进行的阳极氧化处理、染色和封孔三个步骤，其特征在于，所述的阳极氧化处理步骤为：将铝合金放入150～300g/L硫酸、20～35g/L草酸、5～10ml/L甘油、2～5g/L硫酸铝、2～5g/L苹果酸的氧化槽中进行阳极氧化处理。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，在阳极氧化处理步骤中，电流密度为1.0～3.0A/dm2、氧化时间为30～50分钟、氧化温度为10～50摄氏度。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，所述的染色步骤为：将铝合金放入含有2～8g/L有机染料的染色槽中进行染色，染色温度为30～80摄氏度、染色时间为3～8分钟，将染色后的铝合金洗净。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，所述的有机染料为DLM2203、DLM2707中的一种或两种，有机染料DLM2203和DLM2707均为偶氮染料。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，所述的封孔步骤为：将铝合金放入沸水中对其阳极氧化膜进行封孔处理，封闭30～50分钟。
6.根据权利要求1-5所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，在阳极氧化膜、染色和封孔三个步骤之前，还包括打磨、除油、碱蚀和酸洗步骤。
7.根据权利要求6所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，所述的打磨步骤为：使用240#、600#、1000#水砂纸依次打磨铝合金，再对铝合金进行清洗。
8.根据权利要求6所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，所述的除油步骤为：将铝合金放入含有50～80g/L氢氧化钠的除油槽中除油，除油温度为50～70摄氏度，除油时间为2～3分钟。
9.根据权利要求6所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，所述的碱蚀步骤为：将铝合金放入含有8～15g/L氢氧化钠、50～65g/L磷酸钠、15～30g/L碳酸钠、2～3ml/L聚乙二醇单辛基苯基醚的碱蚀槽中进行碱蚀，碱蚀温度为50～70摄氏度，碱蚀时间为2～3分钟；将碱蚀后的铝合金洗净。
10.根据权利要求6所述的一种铝合金表面阳极氧化膜的彩色封孔方法，其特征在于，所述的酸洗步骤为：将铝合金放入含有180～250g/L硝酸、15～30％氢氟酸的酸洗槽中进行酸洗，酸洗温度为20～30摄氏度，酸洗时间为1～2分钟，将酸洗后的铝合金洗净。
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