CN107142510A - 一种铝或铝合金的表面处理方法及其铝或铝合金工件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及铝合金处理工艺技术领域，具体讲，涉及一种铝或铝合金的表面处理方法及其铝或铝合金工件。铝或铝合金的表面处理方法包括：将铝或铝合金工件进行阳极氧化处理，经染色和封孔得到阳极氧化膜；在阳极氧化膜表面制备丙烯酸树脂层；将树脂层进行磁流变抛光；在经过磁流变抛光的铝或铝合金工件表面进行镀膜。从而使铝或铝合金工件表面获得全光镜面的外观效果，并可具备抗指纹效果。

Description

一种铝或铝合金的表面处理方法及其铝或铝合金工件
技术领域
本申请涉及铝合金处理工艺技术领域，具体讲，涉及一种铝或铝合金的表面处理方法及其铝或铝合金工件。
背景技术
阳极氧化是铝及铝合金最常用的表面处理工艺，铝及铝合金的阳极氧化膜具有一系列优越的性能，例如良好的耐蚀性、硬度和耐磨、可装饰性、有机涂层和电镀层附着性、电绝缘性、透明性、功能性等。但目前普遍使用的阳极氧化表面光泽为哑光，无法实现表面全光光泽效果。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本申请的发明目的在于提出一种铝或铝合金的表面处理方法，使铝或铝合金表面实现全光镜面的效果。
为了完成本发明的目的，采用的技术方案为：
本申请涉及一种铝或铝合金的表面处理方法，至少包括以下步骤：
将铝或铝合金工件进行阳极氧化处理，经染色和封孔处理得到阳极氧化膜；
在所述阳极氧化膜表面制备树脂层；
将所述树脂层进行磁流变抛光；
在经过所述磁流变抛光的铝或铝合金工件表面进行镀膜。
优选的，所述阳极氧化处理为采用硫酸和草酸为混合电解液，所述混合电解液中硫酸的浓度为150～180g/L，草酸的浓度为15～20g/L。
优选的，所述阳极氧化的电压为30～45V，电流密度为2.0～3.0A/mm2，阳极氧化槽体温度为10～15℃，阳极氧化时间为60～70分钟。
优选的，所述封孔处理的温度为85～100℃，所述封孔处理的时间为50～70分钟，所述封孔处理时采用封孔剂的浓度为8～10g/L。
优选的，所述阳极氧化膜的厚度为20μm～30μm，维氏硬度250HV～350HV。
优选的，所述树脂层的厚度为500nm～1000nm。
优选的，所述树脂层的材料为丙烯酸树脂。
优选的，所述磁流变抛光的条件为：转速为4000～8000转/分钟，抛光时间为2～8分钟。
优选的，所述镀膜包括在经过所述磁流变抛光的所述铝或铝合金工件表面依次制备金属层、非金属层和氟化物层。
优选的，所述金属层为钛元素层，所述非金属层为硅元素层，所述氟化物层氟化镁层。
优选的，所述金属层的厚度为1～50nm，所述非金属层的厚度为1～50nm，所述氟化物层的厚度为1～50nm。
优选的，所述树脂层采用喷涂的方法进行制备；
所述镀膜采用物理气相沉积法进行制备。
本申请还涉及一种采用本申请铝或铝合金的表面处理方法制备得到的铝或铝合金工件，所述铝或铝合金工件的表面依次设置有阳极氧化膜及染色层、封孔层、树脂层、磁流变抛光层和镀膜层。
本发明的技术方案至少具有以下有益的效果：
本发明提供了一种铝或铝合金的表面处理方法，让铝或铝合金表面获得全光镜面的外观效果，并可具备抗指纹效果。本发明为铝或铝合金表面处理带来差异化的效果，为铝或铝合金表面处理提供了新的外观效果，有效提升铝或铝合金材质的外观竞争力。
附图说明
图1为申请某一具体实施方式制备得到的铝或铝合金工件结构表面的示意图。
其中：
100-铝或铝合金工件；
1-阳极氧化膜及染色层；
2-封孔层；
3-树脂层；
4-磁流变抛光层；
5-镀膜层；
51-金属层；
52-非金属层；
53-氟化物层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本申请提供一种铝或铝合金的表面处理方法，采用阳极氧化、制备有机树脂层、磁流变抛光以及镀膜的方法，从而使其铝或铝合金的表面实现全光镜面的外观效果，具体讲，至少包括以下步骤：
将铝或铝合金工件进行阳极氧化处理，经染色和封孔得到阳极氧化膜；
在阳极氧化膜表面制备树脂层；
将树脂层进行磁流变抛光；
在经过磁流变抛光的铝或铝合金工件表面进行镀膜。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，阳极氧化处理为采用硫酸和草酸为混合电解液，混合电解液中硫酸的浓度为150～180g/L，草酸的浓度为15～20g/L。本申请采用两酸混合配方的阳极氧化是为了得到硬度较高、膜厚偏厚的氧化膜层，以便后续进行抛光处理。否则，制备的得到的阳极氧化膜过薄，在后续抛光过程中容易发生裂变。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，阳极氧化的电压为30～45V，电流密度为2.0～3.0A/mm2，阳极氧化槽体温度为10～15℃，阳极氧化时间为60～70分钟。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，阳极氧化膜的厚度为20μm～30μm，维氏硬度250HV～350HV。
在阳极氧化后，还对铝或铝合金工件表面继续染色处理。染色的具体工艺条件为：
根据所需的颜色，对硬质阳极氧化后的铝或铝合金工件进行染色处理，染色是多孔铝合金氧化膜层对偶氮化合物色粉的物理吸附着色。将需要的目标颜色色粉与去离子纯水以1：8～10的比例混合，温度加热到70～80℃，优选75℃；然后将硬质氧化后阳极氧化后的铝件浸入该色粉溶液中染色。染色时间根据颜色效果调配，一般在30～700秒不等。
除上述染色方法外，本申请还可采用其他的现有技术中常用的染色方法。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，封孔的具体工艺条件为：将染色后的铝或铝合金工件置于85～100℃中含有无镍封孔剂的溶液中进行高温封孔处理，封孔处理的时间优选为50～70分钟。
封孔是无镍封孔剂及水合物沉浸入已填充染色色粉的氧化铝膜层中，进行封闭处理，隔绝与空气中其他物质的反应。进一步优选的，封孔剂的浓度为8～10g/L。本申请采用高温高浓度长时间的封孔参数封孔，是为了让增厚加硬的多孔阳极氧化染色后完全封闭状态，便于后续的抛光处理。否则，多孔阳极氧化膜在后续抛光过程中会发生开孔，影响铝或铝合金的抗腐蚀性能，并易于发生裂变。
本申请在经阳极氧化染色并封孔的铝或铝合金工件表面制备树脂层，不仅可加强对铝或铝合金工件表面氧化膜层及染色的保护，并且还可提亮铝合金表面光泽，让铝合金阳极氧化使铝件表面损失的光泽得到补偿；还为下一步磁流变抛光提供更加坚实的载体。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，树脂层为纳米级，其厚度具体为500～1000nm；优选600～950nm，更优选650～900nm。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，树脂层的材料为丙烯酸树脂，并不限于此。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，制备所述丙烯酸树脂层的丙烯酸树脂为纳米级，其粒径小于等于100nm。
其中，树脂层可通过喷涂的方法制备，具体的，可采用纳米雾化喷枪进行制备。
本申请在进行阳极氧化、封孔、制备有树脂层的铝或铝合金工件表面进行磁流变抛光，可得到全光镜面的效果。磁流变抛光(Magnetorheological finishing，MRF)的关键在磁流变液，磁流变液由磁性颗粒、基液和稳定剂组成的悬浮液，磁流变效应是磁流变液在不加磁场时是可流动的液体，而在强磁场的作用下，其流变特性发生了急剧的转变，表现为类似固体的性质，撤掉磁场时有回复其流动特性的现象。磁流变抛光技术利用磁流变抛光液在在梯度磁场中发生流变而形成的具有粘塑行为的柔性“小魔头”与工件之间具有快速的相对运动，使工件表面受到很大的剪切力，从而使工件表面得到磨光光亮效果。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，磁流变抛光的条件为：转速为4000～8000转/分钟，抛光时间为2～8分钟。
优选的，转速为5000～7000转/分钟，抛光时间为3～5分钟。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，本申请中采用磁流变抛光将树脂层从厚度方向抛去200～300nm，并且，根据磁流变液组成的不同，还会在树脂层表面形成一层磁流变抛光层。磁流变抛光层的厚度依据磁流变液组成的不同在1～100μm之间波动。
本申请在经过磁流变抛光的铝或铝合金的表面进一步镀膜，镀膜的功能为全光反射光学镀及抗指纹膜层，从而可使铝或铝合金表面具有最终的全光镜面反射的外观效果并具备抗指纹的功效。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，镀膜包括在经过磁流变抛光的铝或铝合金工件表面依次制备金属层、非金属层和氟化物层。由于本申请需要在全光镜面的效果的铝合金表面镀膜，为了增加镀膜的稳固和持久，本申请创新性的采用依次制备金属层、非金属层和氟化物层的方式，增加了镀膜的稳固性。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，金属层为钛元素层，非金属层为硅元素层，氟化物层氟化镁层。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，镀膜采用物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，PVD)；并进一步优选真空磁控溅射技术。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，金属层为采用真空磁控溅射镀膜的方法制备得到的钛元素层、非金属层为采用真空磁控溅射镀膜的方法制备得到的硅元素层、氟化物层为采用真空磁控溅射镀膜的方法制备得到的氟化镁层。具体的，采用钛靶材、充入气体为氧气，经真空磁控溅射制备得到钛元素层；然后采用硅靶材、充入气体为氧气，经真空磁控溅射制备得到硅元素层；最后采用氟化镁靶材、充入气体为氩气，经真空磁控溅射制备得到氟化镁层。通过这三层镀膜，使铝或铝合金表面获得全光镜面的效果，并且获得有如玻璃镜、陶瓷镜面的剔透感和层次感。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，金属层的厚度为1～60nm，优选为10～50nm，更优选为20～50nm。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，非金属层的厚度为1～60nm，优选为10～50nm，更优选为20～50nm。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，氟化物层的厚度为1～60nm，优选为10～50nm，更优选为20～50nm。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，阳极氧化的还包括：对铝或铝合金工件进行氧化前处理。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，氧化前处理选自酸性脱脂、碱洗、除灰中和、超声水洗或化学抛光中的至少一种。
具体的：
酸性脱脂目的是清除铝或铝合金工件表面的油脂和灰尘等污染物，使后道碱洗比较均匀，以提高阳极氧化膜的质量。酸性脱脂都是在常温下进行，是在以硫酸、磷酸为基的酸性溶液中进行脱脂，其中33～40g/L，硫酸含量为8～10g/L，酸性脱脂时间为3～5分钟。
碱洗的目的是进一步去除表面的脏污，彻底去除工件表面的自然氧化膜，以显露出纯净的金属基体，为随后阳极氧化均匀导电、生成均匀阳极氧化膜打下良好的基础表面。碱洗工艺过程是将铝或铝合金工件放入氢氧化钠为主成分的碱性溶液中进行浸蚀反应。氢氧化钠含量为45～55g/L，时间为3～5分钟，温度为50℃左右。
除灰中和的目的是要除净碱洗后表面的那层不溶于碱性溶液的铜、铁、硅等金属间化合物及其碱洗产物，以防止其对后道阳极氧化槽液的污染。除灰中和工艺是采用一定浓度的硝酸溶液作为除灰中和槽液，通常采用10％～25％的硝酸溶液，在常温下浸渍1～3分钟。
超声水洗，该工序目的是彻底清除除灰中和后工件表面残留的硝酸溶液，一般超声清洗两遍，每遍约2～3分钟。
化学抛光采用由磷酸、硫酸、硝酸所组成的三酸化学抛光液。化学抛光能去除铝或铝合金工件表面轻微的模具痕、擦划伤条纹、机械抛光中的摩擦条纹、热变形层等，使粗糙的表面趋于光滑而获得近似镜面光亮的表面。其特点是磷酸相对含量较低而硫酸相对含量较高，抛光温度偏高，相对传统化抛，可更有效去除表面杂质，得到更纯更光亮的铝合金表面效果。
其中，三酸化学抛光液中的浓度为磷酸25～30g/L、硫酸30～35g/L、硝酸7～10g/L，温度为90～100℃左右，时间为15～30秒。
作为本申请铝或铝合金的表面处理方法的一种改进，对铝或铝合金工件进行氧化前处理之前，先对铝或铝合金工件进行机械预处理。
其中，机械预处理主要为“镜面研磨”，镜面研磨是将抛光液涂抹于软布轮、毛毡轮或PU皮轮上，利用机械转动使软布轮、毛毡轮或PU皮轮上摩擦铝或铝合金工件(后可简称为“铝件”)表面，先粗抛光再镜面研磨，镜面研磨为全自动镜面研磨机。镜面研磨主要作用是去除表面残留的数控刀具加工刀纹、毛刺、凹凸、砂眼，使铝或铝合金工件表面得到镜面级别光亮的表面，镜面研磨会让铝件表面减薄0.02～0.03mm。
本申请还涉及采用上述表面处理方法制备得到的铝或铝合金工件，铝或铝合金工件100的表面依次设置有阳极氧化膜及染色层1、封孔层2、树脂层3、磁流变抛光层4和镀膜层5，具体如图1所示。
进一步优选的，镀膜层5包括依次设置的金属层51、非金属层52和氟化物层53。
下面结合具体实施方式，对本申请做进一步的解释和说明：
实施例：
采用本申请上述方法，对铝合金工件进行处理，采用黑色偶氮化合物染色；镀膜层包括三层：金属层为钛元素层，厚度为50mn；非金属层为硅元素层，厚度为50mn；氟化物层氟化镁层，厚度为50mn。得到的铝合金工件进行测试。
测试方法：
分别测定反射率、镀膜后水接触角以及摩擦测试后水接触角；
摩擦测试方法为：采用耐磨擦测试仪，压头直径11mm，负重500g，划痕范围60mm，速度1cyc/sec，钢丝绒#0000，摩擦1000次。
测试结果如表1所示：
表1：
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围准。

Claims (13)

1.一种铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
将铝或铝合金工件进行阳极氧化处理，经染色和封孔处理得到阳极氧化膜；
在所述阳极氧化膜表面制备树脂层；
将所述树脂层进行磁流变抛光；
在经过所述磁流变抛光的铝或铝合金工件表面进行镀膜。
2.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述阳极氧化处理为采用硫酸和草酸为混合电解液，所述混合电解液中硫酸的浓度为150～180g/L，草酸的浓度为15～20g/L。
3.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述阳极氧化的电压为30～45V，电流密度为2.0～3.0A/mm2，阳极氧化槽体温度为10～15℃，阳极氧化时间为60～70分钟。
4.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述封孔处理的温度为85～100℃，所述封孔处理的时间为50～70分钟，所述封孔处理时采用封孔剂的浓度为8～10g/L。
5.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述阳极氧化膜的厚度为20μm～30μm，维氏硬度250HV～350HV。
6.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述树脂层的厚度为500～1000nm。
7.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述树脂层的材料为丙烯酸树脂。
8.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述磁流变抛光的条件为：转速为4000～8000转/分钟，抛光时间为2～8分钟。
9.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述镀膜包括在经过所述磁流变抛光的所述铝或铝合金工件表面依次制备金属层、非金属层和氟化物层。
10.根据权利要求9所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述金属层为钛元素层，所述非金属层为硅元素层，所述氟化物层氟化镁层。
11.根据权利要求9所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，所述金属层的厚度为1～50nm，所述非金属层的厚度为1～50nm，所述氟化物层的厚度为1～50nm。
12.根据权利要求1所述的铝或铝合金的表面处理方法，其特征在于，
所述树脂层采用喷涂的方法进行制备；
所述镀膜采用物理气相沉积法进行制备。
13.一种采用权利要求1～12任一权利要求所述的铝或铝合金的表面处理方法制备得到的铝或铝合金工件，其特征在于，所述铝或铝合金工件的表面依次设置有阳极氧化膜及染色层、封孔层、树脂层、磁流变抛光层和镀膜层。
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