CN108004577A - 一种铝合金表面图纹处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金表面图纹处理工艺，包括：S01：前处理：将铝合金进行脱脂、碱洗、水洗、中和、水洗；S02：一次氧化：将S01处理后的铝合金置入氧化液中进行电解活化氧化；S03：二次氧化：在S02中的处理液中，一次氧化结束后直接进行二次氧化；S04：喷涂：在S03制得的铝合金粗孔氧化膜表面喷涂一层厚度为5‑6μm的有机涂层；S05：图纹转印：将图纹材料贴装于在S04制得的有机涂层表面，贴装过程利用超声波热压，然后在200‑210℃条件下烘烤5‑8min。应用本发明中的工艺不仅能够使转印的图纹紧紧贴附于铝合金表面，而且由于氧化层厚度高、孔隙率高，转印图纹中的油墨渗入氧化层孔隙内，使铝合金表面图纹更加真实具有金属质感。

Description

一种铝合金表面图纹处理工艺
技术领域
本发明属于铝合金表面加工技术，具体涉及一种铝合金表面图纹处理的工艺。
背景技术
铝及铝合金具有比强度高、导热和导电性好、反光性强、色泽美观、无磁性、耐腐蚀性好以及塑性和成型性好、无低温脆性等优点，是一种具有优良综合性能的有色金属材料。铝及铝合金被广泛应用于国民经济的各个部门，在产量和用途方面已成为仅次于钢铁的第二大金属材料。铝及铝合金表面氧化膜是铝合金耐受大气腐蚀和液体环境腐蚀的主要原因，一旦存在于含有较大量氯离子和氧等侵蚀性阴离子环境的腐蚀介质中，侵蚀性阴离子能够通过氧化膜达到铝及铝合金基体表面从而引起铝合金的的小孔腐蚀或者其他类型的腐蚀。随着铝合金材料应用的发展，其表面处理技术也迅速发展起来。表面处理可以改善铝及铝合金的载重能力和耐磨耐蚀性，一般包括铝阳极氧化、化学转化、有机涂料涂覆、电镀、电泳等处理工艺。在上述表面处理方法中，如阳极氧化法，利用电解液中将铝合金制品作为阳极、铝板作为阴极，通电后在铝合金制品表面生成氧化膜，该氧化膜厚度高、具有非常好的耐蚀性，且绝缘不导电、耐久性佳。又如阳极氧化法，在铝合金制品的表面采用无铬化的化学转化处理方法，利用锰酸盐、钼酸盐、稀土金属盐等在铝及铝合金表面形成连续稳定、结合牢固和具有保护性能的氧化膜层。还有一些新的方法，如激光熔覆法、溶胶凝胶法、等离子烧蚀法等。
铝合金表面的氧化膜层尽管具有非常好的防护作用，但是由于氧化物层具有较高的硬度和特定的颜色，若需要更加靓丽的颜色只能通过化学着色或者电解着色获得彩色氧化层，若需获得多种颜色，只能通过套色的方式进行，工艺非常复杂，而且完全不能得到复杂图案。另一方面，对于铝合金表面处理，为了获得较为复杂的图纹图案，往往通过喷涂叠加热转印工艺进行加工，尤其是热转印工艺，由于图纹样式繁多、图案逼真、具有良好的装饰性能、耐蚀性和抗紫外线性能，广泛应用于装修领域。但是，上述加工方法制备出来的铝合金表面外观效果仅通过转印图案来显示，无法凸显铝合金金属材料的金属质感，所以在3C电子领域中只能应用于低端的产品中，如手机后壳等。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种既具有铝氧化层的硬度优势，又能够凸显图纹本色的铝合金表面图纹处理工艺，应用本发明中的工艺不仅能够使转印的图纹紧紧贴附于铝合金表面，而且由于氧化层厚度高、孔隙率高，转印图纹中的油墨渗入氧化层孔隙内，使铝合金表面图纹更加真实具有金属质感。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明中提供的铝合金表面图纹处理工艺，包括如下步骤：
S01：前处理：将铝合金进行脱脂、碱洗、水洗、中和、水洗；
S02：一次氧化：将S01处理后的铝合金置入氧化液中进行电解活化氧化，所述氧化液组分为硫酸120-125g/L、草酸2-3 g/L、丙二酸15-20 g/L、磺基水杨酸8-10 g/L、余量为水，电解过程电流密度为1.0-1.2A/dm2，处理时长为40-45min，获得厚度为45-50μm的底层氧化膜；
S03：二次氧化：在S02中的处理液中，一次氧化结束后直接进行二次氧化，即提升电流密度至1.5-1.6 A/dm2，处理时长为3-4min，在底层氧化膜的基础上获得8-10μm的粗孔氧化膜；
S04：喷涂：在S03制得的铝合金粗孔氧化膜表面喷涂一层厚度为5-6μm的有机涂层；
S05：图纹转印：将图纹材料贴装于在S04制得的有机涂层表面，贴装过程利用超声波热压，然后在200-210℃条件下烘烤5-8min。
本发明中的铝合金表面图纹处理工艺中，在干净的铝合金表面上利用多酸组合的电解氧化液对铝合金表面进行电解氧化，获得一定厚度的底层氧化膜，形成具有厚度和硬度的基层，然后改变电解条件进行二次氧化获得孔隙率高的二次粗孔氧化膜，在粗孔氧化膜的基础上进行喷涂有机涂层，有机涂层能够附着于粗孔氧化膜浅表，最后在图纹转印工序中，利用超声和热压工艺，将图纹中的油墨渗入有机涂层内，然后深入渗入粗孔氧化膜内，形成整体的图案。需注意的是，该工艺中，首先多酸组合的氧化液才能够获得具有高硬度的底层氧化膜，普通阳极氧化膜由于硬度受限和孔隙率的问题，难以实现二次氧化的工艺；其次，本发明中的粗孔氧化膜孔隙率达到20%以上，且孔隙分布均匀，能够有效提供容纳有机涂层和转印油墨的空间；另外，喷涂厚度和转印工艺须严格进行控制。
进一步地，S01中，脱脂步骤为：将待处理铝合金置于循环流动的脱脂液中，所述脱脂液组分及组分含量为碳酸钠15-18wt%、磷酸钠5-6wt%、表面活性剂3-5wt%，失水山梨糖醇脂肪酸酯3-5wt%、无患子皂苷0.5-0.7wt%，余量为水，处理过程中脱脂液温度为35-40℃，脱脂时长为3-5分钟；所述表面活性剂为HLB值为10-11的酰基葡萄糖酰胺和烷基葡萄糖酯，两者质量比为1:1.5。
脱脂的目的是将铝合金表面的油脂全部清理干净，在实际生产中，考虑到生产效率和对铝合金表面不能残留二次腐蚀的隐患，在本发明中采用表面活性剂法进行清洗，通过添加合适HLB值的表面活性剂和高效浸润起泡剂失水山梨糖醇脂肪酸酯和无患子皂苷，使脱脂步骤中的铝合金产品能够快速除去表面的油脂，针对油污较重的铝合金产品尤其有效。
进一步地，S01中，碱洗步骤使用的碱洗液为48-52wt%氢氧化钠、4-5wt%海藻酸钠、余量为水，碱洗温度55-60℃，碱洗时间为4-5min。
进一步地，S01中，水洗步骤为利用净水喷淋冲洗铝合金表面至无残留。
进一步地，S01中，中和步骤中使用的中和液为8-12wt%硝酸水溶液。
本发明中直接利用高浓度碱液进行碱洗，利用低浓度酸进行中和，在碱洗工艺中添加海藻酸钠作为缓蚀材料，同时控制碱洗温度和时间，减少建业队铝合金基体的腐蚀。
进一步地，S02中，为调节氧化液的粘度和渗透性能，所述氧化液中添加0.2-0.3g/L的阿拉伯胶。
进一步地，S02中，所述氧化液中添加0.01-0.02g/L的过硫化钠，用于沉淀氧化液中过量的杂质离子。
进一步地，S02中，为了增快一次氧化的反应进程，所述氧化液中添加15-18mL/L的三乙醇胺。
进一步地，S03中，为了稳定二次氧化的工艺过程，所述二次氧化处理前，在氧化液中补充硫酸含量至其浓度稳定为120-125g/L。
本发明具有以下优点：
本发明提供了一种既具有铝氧化层的硬度优势，又能够凸显图纹本色的铝合金表面图纹处理工艺，应用本发明中的工艺不仅能够使转印的图纹紧紧贴附于铝合金表面，而且由于氧化层厚度高、孔隙率高，转印图纹中的油墨渗入氧化层孔隙内，使铝合金表面图纹更加真实具有金属质感。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
将6063铝合金冲压制成10×10cm、厚度为0.3cm的铝合金板作为实施例试样进行表面图纹处理。
实施例1
具体制备步骤如下：
S01，前处理：
将试样置于循环流动的脱脂液中，所述脱脂液组分及组分含量为碳酸钠18wt%、磷酸钠6.0wt%、表面活性剂4.4wt%，失水山梨糖醇脂肪酸酯4.5wt%、无患子皂苷0.7wt%，余量为水，处理过程中脱脂液温度为40℃，脱脂时长为4分钟。表面活性剂为HLB值为10的酰基葡萄糖酰胺和烷基葡萄糖酯，两者质量比为1:1.5。
上述处理完毕后将试样置入间隙也中进行碱洗，碱洗步骤使用的碱洗液为48wt%氢氧化钠、5wt%海藻酸钠、余量为水，碱洗温度60℃，碱洗时间为5min。碱洗后利用净水喷淋冲洗铝合金表面至无残留。
上述处理完毕后将试样置入中和液中进行中和，中和步骤中使用的中和液为10wt%硝酸水溶液，处理时间为15s，中和后用净水喷淋冲洗铝合金表面至无残留。
S02：一次氧化（常温，不锈钢阴极）：将S01处理后的铝合金置入氧化液中进行电解活化氧化，所述氧化液组分为硫酸122g/L、草酸2.45 g/L、丙二酸16.8 g/L、磺基水杨酸8.5g/L、余量为水，电解过程电流密度为1.08A/dm2，处理时长为44min，获得平均厚度为47.5μm的底层氧化膜。
S03，二次氧化（常温，不锈钢阴极）：在S02中的处理液中，一次氧化结束后直接进行二次氧化，二次氧化处理前，在电解液中补充硫酸含量至其浓度稳定为122g/L，然后提升电流密度至1.6 A/dm2，处理时长为3.5min，在底层氧化膜的基础上获得平均厚度为8.7μm的粗孔氧化膜，孔隙率为22%。
S04：喷涂：在S03制得的铝合金粗孔氧化膜表面喷涂一层厚度为5μm的丙烯酸涂层（市售涂料）。
S05：图纹转印：将图纹材料贴装于在S04制得的有机涂层表面，贴装过程利用超声波热压，然后在200℃条件下烘烤8min。本实施例中使用的转印图纹材料为市售转印图纹纸，也可使用转印塑料膜，超声热压过程可在真空中进行，效果更佳。
实施例2
本实施例中其他条件与实施例1相同，在S02的氧化液中添加了0.25g/L的阿拉伯胶，使铝合金氧化过程的反应过程更加平稳。
实施例3
本实施例中其他条件与实施例1相同，在S02的氧化液中添加了0.02g/L的过硫化钠，S02中氧化液的循环次数比实施例1中的循环次数提升2-3次。
实施例4
本实施例中其他条件与实施例1相同，在S02的氧化液中添加了16mL/L的三乙醇胺，使氧化膜生成的速率更高，氧化过程耗时更低。
由上述实施例可见，本发明中的铝合金表面图纹处理工艺制备出的图纹既具有铝氧化层的硬度优势，又能够凸显图纹本色，应用本发明中的工艺不仅能够使转印的图纹紧紧贴附于铝合金表面，而且由于氧化层厚度高、孔隙率高，转印图纹中的油墨渗入氧化层孔隙内，使铝合金表面图纹更加真实具有金属质感。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于包括如下步骤：
S01：前处理：将铝合金进行脱脂、碱洗、水洗、中和、水洗；
S02：一次氧化：将S01处理后的铝合金置入氧化液中进行电解活化氧化，所述氧化液组分为硫酸120-125g/L、草酸2-3 g/L、丙二酸15-20 g/L、磺基水杨酸8-10 g/L、余量为水，电解过程电流密度为1.0-1.2A/dm2，处理时长为40-45min，获得厚度为45-50μm的底层氧化膜；
S03：二次氧化：在S02中的处理液中，一次氧化结束后直接进行二次氧化，即提升电流密度至1.5-1.6 A/dm2，处理时长为3-4min，在底层氧化膜的基础上获得8-10μm的粗孔氧化膜；
S04：喷涂：在S03制得的铝合金粗孔氧化膜表面喷涂一层厚度为5-6μm的有机涂层；
S05：图纹转印：将图纹材料贴装于在S04制得的有机涂层表面，贴装过程利用超声波热压，然后在200-210℃条件下烘烤5-8min。
2.如权利要求1所述铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于：S01中，脱脂步骤为：将待处理铝合金置于循环流动的脱脂液中，所述脱脂液组分及组分含量为碳酸钠15-18wt%、磷酸钠5-6wt%、表面活性剂3-5wt%，失水山梨糖醇脂肪酸酯3-5wt%、无患子皂苷0.5-0.7wt%，余量为水，处理过程中脱脂液温度为35-40℃，脱脂时长为3-5分钟；所述表面活性剂为HLB值为10-11的酰基葡萄糖酰胺和烷基葡萄糖酯，两者质量比为1:1.5。
3.如权利要求1所述铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于：S01中，碱洗步骤使用的碱洗液为48-52wt%氢氧化钠、4-5wt%海藻酸钠、余量为水，碱洗温度55-60℃，碱洗时间为4-5min。
4.如权利要求1所述铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于：S01中，水洗步骤为利用净水喷淋冲洗铝合金表面至无残留。
5.如权利要求1所述铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于：S01中，中和步骤中使用的中和液为8-12wt%硝酸水溶液。
6.如权利要求1所述铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于：S02中，所述氧化液中添加0.2-0.3g/L的阿拉伯胶。
7.如权利要求1所述铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于：S02中，所述氧化液中添加0.01-0.02g/L的过硫化钠。
8.如权利要求1所述铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于：S02中，所述氧化液中添加15-18mL/L的三乙醇胺。
9.如权利要求1所述铝合金表面图纹处理工艺，其特征在于：S03中，所述二次氧化处理前，在氧化液中补充硫酸含量至其浓度稳定为120-125g/L。
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