CN107164800A - 一种铝板毛化表面的制备方法及其应用 - Google Patents

一种铝板毛化表面的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

一种铝板毛化表面的制备方法及其应用，属于金属表面处理领域。该铝板毛化表面的制备方法，包括：将铝板和铜片用砂纸打磨，清洗，吹干；将铝板作阳极，将铜片作阴极，用导线分别将阳极同直流电源正极相连，阴极同直流电源负极相连，将阳极和阴极平行对称放置于电解液中，接通电源进行电化学刻蚀，其中，电解液为摩尔浓度为0.4～0.5mol/L硝酸钠水溶液，电解液温度为20～60℃，电流密度为0.007～0.008A/mm2，反应时间为5～10min；将电化学刻蚀后的铝板清洗，吹干。将表面毛化的铝板采用氟碳喷涂工艺喷漆，得到铝单板的毛化喷漆表面。该方法简易、安全、加工成本低、加工效率高，在能耗、环境均有改善。

Description

一种铝板毛化表面的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于金属表面处理领域，具体涉及一种铝板毛化表面的制备方法及其应用。
背景技术
铝板的毛化是指经过表面处理，使其具有较低的表面粗糙度，表面质感较为均匀细腻，从微观几何形貌上来看，应该是许许多多均布的小凹坑。铝板毛化的一个主要目的是为了满足喷漆工艺，使产品具有耐腐蚀，抗氧化，美观等特点，其中影响喷漆性能指标的主要因素有铝板表面自由能、微观不平度轮廓平均间距和轮廓单峰间距。毛化后的铝板表面应具有比涂漆大的表面自由能，这样涂漆可以在较大自由能的表面平铺开来；而微观几何参数中，微观不平度轮廓平均间距和轮廓单峰间距应尽可能大，这样可以增大涂漆的表面接触面积，改善涂层与基底间的附着力。因此，毛化表面处理广泛应用于喷漆前的预处理工序，可以改善表面微观几何形貌，对于喷涂行业和建材家居领域的发展有着极其重要的意义。
制备铝板毛化表面一般都需要改变其微观几何形貌：对其表面进行粗糙化处理，构建微观纳米粗糙结构，以提高其表面自由能。现有毛化方法主要有手工打磨毛化、电火花毛化和激光毛化三种。手工打磨方法对于复杂形状的板材来说，毛化不均匀的缺点突出，毛化工艺要求较高，因此这种方法效果不佳；电火花毛化(赵福令,贾振元,郭东明,梁廷德.电火花加工技术的新应用－表面毛化[J].电加工,1995,(01):6-9.)方法中提及的制备方法较为繁琐，且电火花加工必须采用脉冲电源，对于加工设备要求较高，成本有所增加；激光毛化(赖鹏,张庆茂.激光毛化技术的评述及展望[J].激光与光电子学进展,2009,(04):53-59.)是一个复杂的激光与物质相互作用的冶金物理化学过程，利用高能量、高重复频率激光脉冲作用在材料表面，所以加工设备复杂，加工过程要求严格，对相关人员的专业水平较高电化学刻蚀的方法具有高效、简单、可控性好等优点。使用电化学方法构造毛化表面所需的微观纳米粗糙结构具有操作简单方便、加工时间短等优点。此外，相比上述制备铝板毛化表面的方法，本发明使用中性电解液，避免了加工过程对环境和人员的危害，彰显了环保、无污染、安全的加工理念。而且本发明对电源的要求不高，电流密度也相对较小，功耗较低。目前，采用中性电解液的电化学刻蚀制备铝板毛化表面的方法尚无文献报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简易、安全、降低加工成本且加工效率高的方法来制备铝板毛化表面以满足工厂实际生产需要。为了解决上述技术问题，本发明采用电化学方法，提供了一种铝板毛化表面的制备工艺方法，并且提供了对制备的铝板毛化表面进行喷涂应用的方案。本方法使得毛化工艺过程的效率、能耗以及对环境的友好程度都有较大的改善。
本发明的一种铝板毛化表面的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：电极材料准备
将铝板用砂纸打磨，然后清洗，吹干，得到预处理后的铝板；
将铜片用砂纸打磨，然后清洗，吹干，得到预处理后的铜片；
步骤2：电化学刻蚀
将预处理后的铝板作为阳极，将预处理后的铜片作为阴极，用导线分别将阳极同直流电源正极相连，阴极同直流电源负极相连，将阳极和阴极平行对称放置于电解液中，接通电源进行电化学刻蚀，其中，电化学刻蚀的工艺参数为：电解液为硝酸钠水溶液，电解液温度为20～60℃，电流密度为0.007～0.008A/mm2，反应时间为5～10min；
其中，硝酸钠水溶液的摩尔浓度为0.4～0.5mol/L；
步骤3：后处理
将电化学刻蚀后的铝板清洗，吹干，得到表面毛化的铝板。
其中，
所述的步骤1中，所述的清洗采用去离子水超声清洗一次以上即可。
所述的步骤1中，所述的超声，功率为50～150W，清洗时间为90～480s。
所述的步骤1中，用砂纸打磨的目的在于去除金属表面的氧化膜。
所述的步骤2中，所述的阳极和阴极平行对称放置，阳极和阴极的水平间距为5～10mm。
所述的步骤2中，电化学刻蚀过程中，进行搅拌，搅拌速率为500～2000r/min，搅拌的目的在于均化流场，带走极间电解产物。
所述的步骤3中，所述的清洗采用去离子水清洗3次以上。
采用上述的表面毛化的铝板，进行应用，具体步骤为：
将表面毛化的铝板进行喷漆处理，得到铝单板的毛化喷漆表面。
其中，所述的喷漆中，采用氟碳喷涂工艺。
本发明的一种铝板毛化表面的制备方法及其应用，与现有的毛化表面制备技术相比具有以下优点：
(1)本发明采用中性电解液，避免了加工过程对环境和人员的危害，彰显了环保、无污染、安全的加工理念。
(2)本发明无需复杂的加工装置和操作步骤，且极易大面积制备复杂型材的毛化表面。
(3)本发明对电源的要求不高，电流密度也相对较小，功耗较低。
(4)本发明得到的铝板毛化表面具有大于涂漆的表面自由能，涂漆性能优良。而且对水溶性的涂料接触角较小，亲水性较好。
(5)采用本发明的电化学刻蚀的方法，调整了铝板的表面粗糙度，提高了铝板对漆的附着力，并且改善了喷漆后的外观质量。
(6)本发明具有简单，廉价，高效，可控性好等优点，其中对于复杂形状的板件喷涂优势明显，特别是中性电解液的使用使得该方法更加安全，环保，在家居、建材、汽车等领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明电化学刻蚀过程中的装置结构示意图。其中：1-直流电源，2-铝板，3-电化学刻蚀容器，4-磁力搅拌转子，5-铜片，6-硝酸钠水溶液，7-磁力搅拌器。
图2为实施例1获得的铝板毛化表面亲水表面直观图。
图3为实施例1获得的毛化铝板表面的扫描电镜图(放大1000×)。
图4为实施例1获得的毛化铝板表面的扫描电镜图(放大5000×)。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
以下实施例，在电化学刻蚀过程中的装置结构示意图见图1。
实施例1
一种铝板毛化表面的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：电极材料准备
将铝板切割成30mm×25mm，实际加工面积为(20mm×25mm)，其余部分用于装夹和导电，将切割后的铝板用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铝板；
将与铝板面积相同的铜片用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铜片；
其中，超声的功率为50W，清洗时间为480s。
步骤2：电化学刻蚀
将预处理后的铝板2作为阳极，将预处理后的铜片5作为阴极，用导线分别将阳极同直流电源1正极相连，阴极同直流电源1负极相连，将阳极和阴极平行对称放置于盛有电解液6的电化学刻蚀容器3中，阳极和阴极的水平间距为10mm；
接通电源，打开磁力搅拌器7，磁力搅拌转子4以搅拌速率为1000r/min进行搅拌，开始电化学刻蚀过程，得到电化学刻蚀后的铝板；其中，电化学刻蚀的工艺参数为：电解液为摩尔浓度为0.4mol/L的硝酸钠水溶液，电解液温度为40℃，电流密度为0.0075A/mm2，反应时间为5min；
步骤3：后处理
将电化学刻蚀后的铝板用去离子水清洗3次，吹干，得到表面毛化的铝板。对制备的表面毛化铝板亲水表面进行分析，其CA角为9°(见图2)，制备完成后的铝板表面上滴水后，水珠会立即在毛化后的表面平铺开来，亲水性较好。
对制备的毛化铝板的表面进行扫描分析，图3是毛化铝板表面的电镜照片，放大倍数为1000倍，图4是毛化铝板表面的电镜照片，放大倍数为5000倍。
从图3、图4的扫描电镜图中，可以看到，电化学毛化后的铝板表面呈现出不同深度的小凹坑，一定程度上增大了表面的接触面积，从微观几何形貌的角度说明了电化学毛化的合理性。
对制备的表面毛化的铝板进行应用，具体步骤为：
将表面毛化的铝板采用氟碳喷涂工艺进行喷漆处理，得到铝单板的毛化喷漆表面，喷漆后的产品颜色均一，通过检测各项指标达到美国建筑制造业协会AAMA-605.02.90标准。
实施例2
一种铝板毛化表面的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：电极材料准备
将铝板切割成30mm×25mm，实际加工面积为(20mm×25mm)，其余部分用于装夹和导电，将切割后的铝板用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铝板；
将与铝板面积相同的铜片用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铜片；
其中，超声的功率为150W，清洗时间为90s。
步骤2：电化学刻蚀
将预处理后的铝板2作为阳极，将预处理后的铜片5作为阴极，用导线分别将阳极同直流电源1正极相连，阴极同直流电源1负极相连，将阳极和阴极平行对称放置于盛有电解液6的电化学刻蚀容器3中，阳极和阴极的水平间距为10mm；
接通电源，打开磁力搅拌器7，磁力搅拌转子4以搅拌速率为1000r/min进行搅拌，开始电化学刻蚀过程，得到电化学刻蚀后的铝板；其中，电化学刻蚀的工艺参数为：电解液为摩尔浓度为0.4mol/L的硝酸钠水溶液，电解液温度为60℃，电流密度为0.0077A/mm2，反应时间为5min；
步骤3：后处理
将电化学刻蚀后的铝板用去离子水清洗3次，吹干，得到表面毛化的铝板。制备完成后的铝板表面上滴水后，水珠会立即在毛化后的表面平铺开来，亲水性较好。
对制备的表面毛化的铝板进行应用，具体步骤为：
将表面毛化的铝板采用氟碳喷涂工艺进行喷漆处理，得到铝单板的毛化喷漆表面，喷漆后的产品颜色均一，通过检测各项指标达到美国建筑制造业协会AAMA-605.02.90标准。
实施例3
一种铝板毛化表面的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：电极材料准备
将铝板切割成30mm×25mm，实际加工面积为(20mm×25mm)，其余部分用于装夹和导电，将切割后的铝板用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铝板；
将与铝板面积相同的铜片用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铜片；
其中，超声的功率为150W，清洗时间为90s。
步骤2：电化学刻蚀
将预处理后的铝板2作为阳极，将预处理后的铜片5作为阴极，用导线分别将阳极同直流电源1正极相连，阴极同直流电源1负极相连，将阳极和阴极平行对称放置于盛有电解液6的电化学刻蚀容器3中，阳极和阴极的水平间距为10mm；
接通电源，打开磁力搅拌器7，磁力搅拌转子4以搅拌速率为1000r/min进行搅拌，开始电化学刻蚀过程，得到电化学刻蚀后的铝板；其中，电化学刻蚀的工艺参数为：电解液为摩尔浓度为0.4mol/L的硝酸钠水溶液，电解液温度为20℃，电流密度为0.0071A/mm2，反应时间为5min；
步骤3：后处理
将电化学刻蚀后的铝板用去离子水清洗3次，吹干，得到表面毛化的铝板。制备完成后的铝板表面上滴水后，水珠会立即在毛化后的表面平铺开来，亲水性较好。
对制备的表面毛化的铝板进行应用，具体步骤为：
将表面毛化的铝板采用氟碳喷涂工艺进行喷漆处理，得到铝单板的毛化喷漆表面，喷漆后的产品颜色均一，通过检测各项指标达到美国建筑制造业协会AAMA-605.02.90标准。
实施例4
一种铝板毛化表面的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：电极材料准备
将铝板切割成30mm×25mm，实际加工面积为(20mm×25mm)，其余部分用于装夹和导电，将切割后的铝板用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铝板；
将与铝板面积相同的铜片用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铜片；
其中，超声的功率为150W，清洗时间为90s。
步骤2：电化学刻蚀
将预处理后的铝板2作为阳极，将预处理后的铜片5作为阴极，用导线分别将阳极同直流电源1正极相连，阴极同直流电源1负极相连，将阳极和阴极平行对称放置于盛有电解液6的电化学刻蚀容器3中，阳极和阴极的水平间距为5mm；
接通电源，打开磁力搅拌器7，磁力搅拌转子4以搅拌速率为500r/min进行搅拌，开始电化学刻蚀过程，得到电化学刻蚀后的铝板；其中，电化学刻蚀的工艺参数为：电解液为摩尔浓度为0.4mol/L的硝酸钠水溶液，电解液温度为60℃，电流密度为0.007A/mm2，反应时间为10min；
步骤3：后处理
将电化学刻蚀后的铝板用去离子水清洗3次，吹干，得到表面毛化的铝板。制备完成后的铝板表面上滴水后，水珠会立即在毛化后的表面平铺开来，亲水性较好。
对制备的表面毛化的铝板进行应用，具体步骤为：
将表面毛化的铝板采用氟碳喷涂工艺进行喷漆处理，得到铝单板的毛化喷漆表面，喷漆后的产品颜色均一，通过检测各项指标达到美国建筑制造业协会AAMA-605.02.90标准。
实施例5
一种铝板毛化表面的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：电极材料准备
将铝板切割成30mm×25mm，实际加工面积为(20mm×25mm)，其余部分用于装夹和导电，将切割后的铝板用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铝板；
将与铝板面积相同的铜片用砂纸打磨，然后用去离子水超声清洗一次，吹干，得到预处理后的铜片；
其中，超声的功率为150W，清洗时间为90s。
步骤2：电化学刻蚀
将预处理后的铝板2作为阳极，将预处理后的铜片5作为阴极，用导线分别将阳极同直流电源1正极相连，阴极同直流电源1负极相连，将阳极和阴极平行对称放置于盛有电解液6的电化学刻蚀容器3中，阳极和阴极的水平间距为10mm；
接通电源，打开磁力搅拌器7，磁力搅拌转子4以搅拌速率为2000r/min进行搅拌，开始电化学刻蚀过程，得到电化学刻蚀后的铝板；其中，电化学刻蚀的工艺参数为：电解液为摩尔浓度为0.5mol/L的硝酸钠水溶液，电解液温度为60℃，电流密度为0.008A/mm2，反应时间为5min；
步骤3：后处理
将电化学刻蚀后的铝板用去离子水清洗3次，吹干，得到表面毛化的铝板。制备完成后的铝板表面上滴水后，水珠会立即在毛化后的表面平铺开来，亲水性较好。
对制备的表面毛化的铝板进行应用，具体步骤为：
将表面毛化的铝板采用氟碳喷涂工艺进行喷漆处理，得到铝单板的毛化喷漆表面，喷漆后的产品颜色均一，通过检测各项指标达到美国建筑制造业协会AAMA-605.02.90标准。

Claims (8)

1.一种铝板毛化表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：电极材料准备
将铝板用砂纸打磨，然后清洗，吹干，得到预处理后的铝板；
将铜片用砂纸打磨，然后清洗，吹干，得到预处理后的铜片；
步骤2：电化学刻蚀
将预处理后的铝板作为阳极，将预处理后的铜片作为阴极，用导线分别将阳极同直流电源正极相连，阴极同直流电源负极相连，将阳极和阴极平行对称放置于电解液中，接通电源进行电化学刻蚀，其中，电化学刻蚀的工艺参数为：电解液为硝酸钠水溶液，电解液温度为20～60℃，电流密度为0.007～0.008A/mm2，反应时间为5～10min；
其中，硝酸钠水溶液的摩尔浓度为0.4～0.5mol/L；
步骤3：后处理
将电化学刻蚀后的铝板清洗，吹干，得到表面毛化的铝板。
2.如权利要求1所述的铝板毛化表面的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的清洗采用去离子水超声清洗一次以上。
3.如权利要求1所述的铝板毛化表面的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的超声，功率为50～150W，清洗时间为90～480s。
4.如权利要求1所述的铝板毛化表面的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的阳极和阴极平行对称放置，阳极和阴极的水平间距为5～10mm。
5.如权利要求1所述的铝板毛化表面的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，电化学刻蚀过程中，进行搅拌，搅拌速率为500～2000r/min。
6.如权利要求1所述的铝板毛化表面的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述的清洗采用去离子水清洗3次以上。
7.采用权利要求1所述的铝板毛化表面的制备方法制备的表面毛化的铝板，进行应用，其特征在于，具体步骤为：
将表面毛化的铝板进行喷漆处理，得到铝单板的毛化喷漆表面。
8.如权利要求7所述的铝板毛化表面的应用，其特征在于，所述的喷漆中，采用氟碳喷涂工艺。
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