CN107841775A - 铝及其合金的工件染色方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝及其合金的工件染色方法，包括步骤：1)对工件表面进行氧化处理；2)将工件浸入表调溶液中，进行超声波表调处理；3)将工件浸入呈弱碱性的扩孔氧化溶液中，进行扩孔氧化处理；4)将工件浸入染色剂溶液中进行染色。上述铝及其合金的工件染色方法，对工件进行超声波表调处理及扩口氧化处理。该超声波表调处理步骤彻底地清除氧化膜孔内的残留硫酸，且对氧化膜孔进行微蚀，从而提高工件表面着色均匀性、染色深度(即减小了色深值)以及染色速率；该扩孔氧化处理步骤通过水解生成OH^‑离子与氧化铝反应，对氧化膜孔进一步微蚀，增大氧化膜孔孔径尺寸，提高工件氧化膜对染料的吸附能力，提高工件的染色深度(即减小色深极限值)。

Description

铝及其合金的工件染色方法

技术领域

本发明涉及一种铝及其合金表面处理技术领域，特别是涉及一种铝及其合金的工件染色方法。

背景技术

随着电子产品的广泛普及，人们对电子产品的外观要求越来越来高。铝及其合金被广泛的应用于电子产品的外壳零件。然而铝及其合金的工件染色色深值存在极限值(染色深度越深，色深值越小)，即在一定氧化条件下，工件表面的氧化膜在染色达到一定染色色深值后，继续延长染色时间，工件染色色深值不再减小。

在传统的染色工艺中，增加氧化电压、延长氧化时间，从而增加氧化膜膜厚，可在一定程度上增加染色深度(即色深值减小)。但是该方法势必会大幅增加氧化时间及染色时间，且减小的色深值非常有限，并不能满足设计需求。

发明内容

基于此，有必要针对传统的铝及其合金的工件染色方法染色时间长、染色深度不够(即色深极限值较大)的技术问题，提供一种提高染色速率及减小染色色深极限值(即增加染色深度)的铝及其合金的工件染色方法。

铝及其合金的工件染色方法，包括步骤：

1)对所述工件表面进行氧化处理；

2)将所述工件浸入表调溶液中，进行超声波表调处理；

3)将所述工件浸入呈弱碱性的扩孔氧化溶液中，进行扩孔氧化处理；

4)将所述工件浸入染色剂溶液中进行染色。

上述铝及其合金的工件染色方法，在进行染色步骤之前，还包括对工件进行超声波表调处理及扩口氧化处理。该超声波表调处理步骤更加彻底地清除了工件氧化膜孔内的残留酸性物质，且对氧化膜孔进行微蚀，从而提高工件表面着色均匀性及染色速率，减小染色色深极限值(即增加染色深度)；该扩孔氧化处理步骤通过水解生成OH^-离子与氧化铝反应，从而，对氧化膜孔进一步微蚀，增大氧化膜孔孔径尺寸，进一步提高工件在染色过程中氧化膜对染料的吸附能力，进一步提高工件的染色深度(即减小色深极限值)。

在一个实施例中，所述表调溶液的溶质包括氨基磺酸、碳酸氢钠及异丙醇。如此，所述氨基磺酸为弱酸，因此在基本不损伤所述工件表面所述氧化膜的基础上，能够与氧化铝发生化学反应生成可溶的氨基磺酸铝，对所述氧化膜微蚀，活化其表面，提高所述工件表面的着色均匀性。碳酸氢钠用于中和对工件进行表面氧化处理的步骤中残留在氧化膜孔或工件上开设的孔、槽内的硫酸，以避免该残留的硫酸对后续工序造成影响。异丙醇主要起到清洁工件表面的作用。

在一个实施例中，所述表调溶液的溶质的质量配比为：50％的氨基磺酸、20％碳酸氢钠及2％异丙醇，且所述表调溶液的浓度为40-70g/L。

在一个实施例中，所述表调溶液的温度为45-55℃。如此，将所述表调溶液的温度提高到45-55℃，增加化学反应的速率，且显著提高染色速率。

在一个实施例中，所述超声波表调处理的超声波电流为1-3A。

在一个实施例中，所述扩孔氧化溶液为水溶性呈弱碱性的弱酸盐溶液或弱酸盐的混合溶液。如此，由于所述扩孔氧化溶液呈弱碱性，可与氧化铝反应生成可溶的偏铝酸盐，从而对所述工件表面的氧化膜进行微腐蚀，增大氧化膜微孔(即扩孔)，增大染色时氧化膜对染色剂的吸附能力，且进一步提高染色深度 (即减小色深极限值)。

在一个实施例中，所述扩孔氧化溶液为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、氨水溶液中的至少一种。

在一个实施例中，所述扩孔氧化溶液的浓度为1-5g/L。如果所述扩孔氧化溶液的浓度过高，则会引起所述氧化膜孔过腐蚀，破坏所述工件表面的所述氧化膜；如果所述扩孔氧化溶液的浓度过低，则会扩孔不充分，导致染色色深达不到要求。该浓度范围的设置使得扩孔充分，进一步提高染色深度(即减小色深极限值)。

在一个实施例中，在分别执行所述步骤2)、所述步骤3)及所述步骤4)之前还包括步骤：

对所述工件进行至少两次水洗。如此，在每一步骤执行之前都对所述工件进行清洗，避免所述工件表面残留的物质影响下一步骤。

在一个实施例中，所述步骤2)中对所述工件连续进行3次或4次所述超声波表调处理。

附图说明

图1为本发明一实施方式中的铝及其合金的工件染色方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为便于理解本发明中的技术方案，在详细展开说明之前，首先对现有技术中存在的问题进行详细说明。发明人通过大量的实验及经验创造性的发现，铝及其合金工件在同一氧化参数形成氧化膜的条件下，提高染色剂溶液温度、染色剂浓度及染色时间对于提高染色深度(即减小色深值)非常有限，也就是说，铝及其合金工件存在着染色色深极限值。仅仅通过简单的提高染色剂溶液温度、染色剂浓度及染色时间，并不能满足设计需求。以下通过实验说明提高染色剂温度、染色剂浓度及染色时间对色深值的影响。

实验1：该实验1的染色剂溶液中黑色染料浓度为3g/L，蓝色染料浓度为 2.5g/L，温度为45℃。表1为实验1中的与铝合金工件的色差值随染色时间的变化情况。其中，L表示色深值，L值越小即颜色越深；a值代表绿红，a值越小越绿；b值代表蓝色，b值越小越蓝。

表1

从表1可以看出当色深值L达到29左右时，继续增加染色时间，L值基本仍处于同一水平线，因此实验1中的工件的色深极限值约为28.3。

实验2：该实验2的染色剂溶液中黑色染料浓度为6g/L，蓝色染料浓度为 5g/L，温度为60℃。表2为实验2中工件的色差值随染色时间的变化情况。

表2

从表2可以看出当色深值L达到29左右时，继续增加染色时间，L值基本仍处于同一水平线，因此该方法下的色深极限值约为28.15。

将上述实验1与实验2进行比较可知，在染色剂溶液浓度增加一倍，染色温度增加15℃的情况下，染色速率基本保持不变，色深极限值仅仅减小0.15，基本可以忽略不计。由此可见，简单的提高染色剂溶液温度、染色剂浓度及染色时间对于提高染色深度(即降低色深值)非常有限。

因此，本发明提供一种提高染色速率及减小染色色深极限值(即增加染色深度)的铝及其合金的工件染色方法

如图1所示，本发明一实施例中的铝及其合金的工件染色方法，包括步骤：

S110：对工件表面进行氧化处理，以在工件表面形成氧化膜；

S120：将工件浸入表调溶液中，进行超声波表调处理；

S130：将工件浸入呈弱碱性的扩孔氧化溶液中，进行扩孔氧化；

S140：将工件浸入染色剂溶液中，进行染色。

上述铝及其合金的工件染色方法，在进行染色步骤之前，还包括对工件进行超声波表调处理及扩口氧化处理的步骤。该超声波表调处理步骤S120更加彻底地清除了工件氧化膜孔内的残留酸性物质，且对氧化膜孔进行微蚀，从而提高工件表面着色均匀性以及染色速率，减小色深极限值(即提高染色深度)；该扩孔氧化处理步骤S130通过水解生成OH^-1离子与氧化铝反应，从而，对氧化膜孔进一步微蚀，增大氧化膜孔孔径尺寸，进一步提高工件在染色过程中氧化膜对染料的吸附能力，进一步提高工件的染色深度(即减小色深极限值)。

在一个实施例中，采用金属阳极氧化的方法对工件表面进行氧化处理。具体地，将工件作为阳极，铅板作为阴极，同时浸入电解液中，并在阳极与阴极之间接入直流电，发生电化学反应，工件表面生成氧化铝形成氧化膜。

进一步地，电解液可为硫酸溶液、铬酸溶液、草酸溶液中的至少一种。

在一个实施例中，表调溶液的溶质包括氨基磺酸、碳酸氢钠及异丙醇等。其中，氨基磺酸为弱酸，因此在基本不损伤工件表面氧化膜的基础上，能够与氧化铝发生化学反应生成可溶的氨基磺酸铝，对氧化膜微蚀，活化表面，提高工件表面的着色均匀性。碳酸氢钠用于中和步骤S110中残留在氧化膜孔或工件上开设的孔、槽内的酸性物质，以避免该残留的酸性物质对后续工序造成影响。异丙醇主要起到清洁工件表面的作用。

具体地，表调溶液中溶质的质量配比为：50％的氨基磺酸、20％的碳酸氢钠及2％的异丙醇，且表调溶液的浓度为40-70g/L。

进一步地，表调溶液的温度为45-55℃。将表调溶液的温度提高到45-55℃，增加化学反应的速率，使得表调的过程加剧，显著提高染色速率。可选地，表调溶液的温度为50℃。

进一步地，该超声波表调处理的超声波电流可设置为1-3A。可选地，超声波电流可设置为2A。

进一步地，超声波表调处理的时间可为180-300S。

在一个实施例中，扩孔氧化溶液为水溶性呈弱碱性的弱酸盐溶液或弱酸盐的混合溶液。由于扩孔氧化溶液呈弱碱性，可与氧化铝反应生成可溶的偏铝酸盐，从而对工件表面的氧化膜进行微腐蚀，增大氧化膜微孔(即扩孔)，增大染色时氧化膜对染色剂的吸附能力，进一步提高染色深度(即减小色深极限值)。

具体地，扩孔氧化溶液为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、氨水溶液中的至少一种。

具体地，扩孔氧化溶液的浓度可为1-5g/L。如果扩孔氧化溶液的浓度过高，则会引起氧化膜孔过腐蚀，破坏工件表面的氧化膜；如果扩孔氧化溶液的浓度过低，则会扩孔不充分，导致染色色深达不到要求。该浓度范围的设置使得扩孔充分，进一步提高染色深度(即减小色深极限值)。可选地，扩孔氧化溶液的浓度可为2.5g/L。

具体地，扩孔氧化处理时间可为30-240S。如果扩孔氧化处理时间过长，则会引起氧化膜孔过腐蚀，破坏工件表面的氧化膜；如果扩孔氧化处理时间过短，则会扩孔不充分，导致染色色深达不到要求。该扩孔氧化处理时间的设置使得扩孔充分，进一步提高染色深度(即减小色深极限值)。

具体地，扩孔氧化溶液温度为常温。

在一个实施例中，步骤S130中对工件进行超声波表调处理的次数可为3-4 次，即在步骤S130中对工件进行连续3次或4次超声波表调处理。进一步提高表面活化程度及提高染色深度(即减小色深极限值)。

在一个实施例中，在步骤S120、S130及S140之前均包括步骤S150：

对工件进行至少两次水洗。如此，在进行进下一步骤的处理之前都对工件进行了清洗，避免工件表面残留的物质影响下一步骤。

具体地，步骤S150中对工件进行至少两次水洗均采用纯水。

实验3：采用本发明的铝及其合金的工件染色方法，染色剂溶液中黑色染料浓度为3g/L，蓝色染料浓度为2.5g/L，温度为45℃。表3表示染色时间与铝合金工件的色差值的变化情况：

表3

从表3可以看出，与传统染色方法相比(即与实验1相比)，本发明的染色方法染色速率提高大约四倍，且染色色深极限值提高了3左右，很好地解决了染色深度不够(即色深极限值较大)，不能满足设计需求的技术问题。

上述铝及其合金的工件染色方法，在对工件执行表面氧化处理步骤S110与染色步骤S140之间，加入了对工件进行超声波表调处理步骤S120及扩孔氧化处理步骤S130。

其中，一方面，采用包含50％的氨基磺酸、20％的碳酸氢钠及2％的异丙醇等组成的表调溶液，中和氧化膜孔内及工件孔、槽等结构中残留的酸性物质，并清洁工件表面；同时在不损伤氧化膜的情况下，对氧化膜进行微蚀扩孔，活化表面，增大染色时氧化膜对染料的吸附能力，提高色深极限值；并且，将表调溶液温度设置为45-55℃，如此提高了表调溶液的温度，提高了表面活化的速率，提升染色速率及染色深度(即减小了色深极限值)。

另一方面，扩孔氧化溶液呈弱碱性，该溶液水解可生成OH^-，与氧化膜反应生成可可溶的偏铝酸盐，从而对工件进行微蚀氧化扩孔，增大染色时氧化膜对染料的吸附能力，提高染色深度(即减小了色深值)。并且，扩孔氧化溶液的浓度控制为1-5g/L，扩孔氧化处理时间控制为30-240S，保证多工件进行充分的微蚀扩孔，同时不会产生膜孔过腐蚀的现象。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，包括步骤：

1)对所述工件表面进行氧化处理；

2)将所述工件浸入表调溶液中，进行超声波表调处理；

3)将所述工件浸入呈弱碱性的扩孔氧化溶液中，进行扩孔氧化处理；

4)将所述工件浸入染色剂溶液中进行染色。

2.根据权利要求1所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，所述表调溶液的溶质包括氨基磺酸、碳酸氢钠及异丙醇。

3.根据权利要求2所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，所述表调溶液中溶质的质量配比为：50％的氨基磺酸、20％的碳酸氢钠及2％的异丙醇，且所述表调溶液的浓度为40-70g/L。

4.根据权利要求1所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，所述表调溶液的温度为45-55℃。

5.根据权利要求1所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，所述超声波表调处理的超声波电流为1-3A。

6.根据权利要求1所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，所述扩孔氧化溶液为水溶性呈弱碱性的弱酸盐溶液或弱酸盐的混合溶液。

7.根据权利要求6所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，所述扩孔氧化溶液为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、氨水溶液中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，所述扩孔氧化溶液的浓度为1-5g/L。

9.根据权利要求1所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，在分别执行所述步骤2)、所述步骤3)及所述步骤4)之前还包括步骤：

对所述工件进行至少两次水洗。

10.根据权利要求1-9任一项所述的铝及其合金的工件染色方法，其特征在于，所述步骤2)中对所述工件连续进行3次或4次所述超声波表调处理。