CN109023471B - 一种铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝合金领域，具体公开一种铝合金及其制备方法，该铝合金包括铝合金基体及位于所述铝合金基体表面的硬质阳极氧化膜，所述硬质阳极氧化膜表面具微孔，所述微孔内壁附着有硬质阳极氧化过程中产生的微粒。该方法所述步骤包括：将需处理的铝合金前体经S1，碱洗；S2，酸洗；S3，酸侵蚀；S4，硬质阳极氧化；S5，热水洗；S6，钝化；S7，封闭得所述铝合金，所述步骤S4硬质阳极氧化所用电解液组分包括植酸、草酸、柠檬酸、硼酸和乳酸，制备的铝合金耐腐蚀性更强，硬度更高，耐磨性更好，可应用于航天、航空、计算机制造及汽车、轨道列车制造等领域。

Description

一种铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金领域，特别涉及一种铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金在航天、航空、计算机制造及汽车、轨道列车制造等工业领域中有广阔的应用前景，已成为一种越来越重要的新型材料，铝合金作为结构件使用时，硬度、耐磨性和耐腐蚀性是其必备需求，但由于合金中铝相固有的特性，铝合金存在耐磨性、硬度不足的问题，限制了铝合金的应用。
发明内容
本发明旨在克服现有制备的铝合金无法满足现有结构件的要求，且不具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性的技术问题，提供一种硬度、耐磨性和耐腐蚀性更强的铝合金及其制备方法，该方法简单易实现，且制得的硬质阳极氧化膜均匀连续，无局部未成膜的现象，无脱落，无局部发粉、褪色等现象，均匀稳定，具有较高的应用价值。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种铝合金，所述铝合金包括铝合金基体及位于所述铝合金基体表面的硬质阳极氧化膜；
所述硬质阳极氧化膜表面具有微孔，所述微孔内壁附着有硬质阳极氧化过程中产生的微粒。
进一步地，所述硬质阳极氧化膜的厚度为40μm-60μm。
另一方面，本发明还提供一种铝合金的制备方法，包括：将需处理的铝合金前体经步骤S1，碱洗；步骤S2，酸洗；步骤S3，酸侵蚀；步骤S4，硬质阳极氧化；步骤S5，热水洗；步骤S6，钝化；步骤S7，封闭得所述铝合金；
所述步骤S4硬质阳极氧化所用电解液组分包括植酸、草酸、柠檬酸、硼酸和乳酸。
进一步地，所述步骤S1之前还包括将需处理的铝合金装挂，装挂所用器具为铝合金器件。
进一步地，所述步骤S2中酸洗所用酸为硫酸和铬酐的混合酸，所述硫酸和铬酐的质量比为2:1。
进一步地，所述步骤S3中酸侵蚀所用酸侵蚀液为硝酸和氢氟酸的混合酸；所述硝酸的浓度为35wt％-40wt％，所述氢氟酸的浓度为10ml/L。
进一步地，所述步骤S4的硬质阳极氧化包括将所述步骤S3所得铝合金进行硬质阳极氧化，硬质阳极氧化的时间为60-100min，温度15-25℃；所述步骤S4中硬质阳极氧化所用电解液包括植酸130-135g/L、草酸40-50g/L、柠檬酸20-25g/L、硼酸20-25g/L和乳酸10-15g/L；所述硬质阳极氧化的电流密度为2.5-3.0A/dm2，起始电压40-50V，终止电压80-100V。
进一步地，所述步骤S6中钝化所用钝化液组分包括重络酸钾。
进一步地，所述步骤S7中封闭所用封闭液组分包括石蜡。
进一步地，所述步骤S7之后还包括步骤S8，烘干所述步骤S7后获得的铝合金。
本发明的有益效果在于：
铝合金基体在组分包括植酸、草酸、柠檬酸、硼酸和乳酸的电解液中进行硬质阳极氧化，形成具有微孔的硬质阳极氧化膜层，来自基体和电解液中的物质分解产生大量微小颗粒，在氧化膜形成的同时，微小的颗粒分散于膜孔的内壁，膜层致密均匀，硬度高，耐磨性和耐腐蚀性强。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明提供了一种铝合金，该铝合金包括铝合金基体及位于铝合金基体表面的硬质阳极氧化膜；
所述硬质阳极氧化膜表面具有微孔，所述微孔内壁附着有硬质阳极氧化过程中产生的微粒，硬度、耐磨性和耐腐蚀性更强。
一些实施例中，硬质阳极氧化膜的厚度为40μm-60μm。
同时本发明还提供上述铝合金的制备方法，其所述步骤包括：将需处理的铝合金前体经S1，碱洗；S2，酸洗；S3，酸侵蚀；S4，硬质阳极氧化；S5，热水洗；S6，钝化；S7，封闭得所述铝合金，所述步骤S4硬质阳极氧化所用电解液组分包括植酸、草酸、柠檬酸、硼酸和乳酸。
本发明通过先碱洗、再酸洗、最后再酸侵蚀、然后再硬质阳极氧化、钝化能够很好的对铝合金进行成膜，同时制备的铝合金耐腐蚀性和耐磨性更强，形成的硬质阳极氧化膜均匀连续，无局部未成膜的现象，无脱落，无局部发粉、褪色等现象，颜色均匀稳定，经硝酸预浸后，于磷-铬酸溶液中长时间浸泡，无明显腐蚀现象。
一些实施例中，所述步骤S1之前还包括将需处理的铝合金前体装挂，装挂所用器具为铝合金器件。装挂的步骤本发明没有限制，可以为常规步骤，在此不再赘述，装挂所用器具一般为挂具、挂钩等，本发明优选装挂所用器具的材质为铝合金，铝合金需与硬质氧化的铝合金紧密接触，保证良好的导电率。
一些实施例中，所述步骤S1的碱洗包括将需处理的铝合金前体浸入碱洗液中清洗，清洗的时间为30-60秒，温度为70-75℃。清洗后一般用水清洗，例如用常温去离子水清洗20-30秒。所述步骤S1中碱洗所用碱洗液包括碳酸钠、磷酸钠和氢氧化钠，所述碳酸钠、磷酸钠和氢氧化钠的质量比为3:2:1，具体可以为碳酸钠30g/L、磷酸钠20g/L、氢氧化钠10g/L。
一些实施例中，所述步骤S2的酸洗包括将所述步骤S1所得铝合金浸入酸中清洗，清洗的时间为10-30秒，温度为22-27℃。清洗后一般用水清洗，例如用常温去离子水清洗20-30秒。所述步骤S2中酸洗所用酸为硫酸和铬酐的混合酸，所述硫酸和铬酐的质量比为2:1，具体可以为硫酸50g/L、铬酐25g/L。
一些实施例中，所述步骤S3的酸侵蚀包括将所述步骤S2所得铝合金浸入酸侵蚀液中，浸入的时间为10-60秒，温度22-27℃。浸入后一般用水清洗，例如用常温去离子水清洗20-30秒。所述步骤S3中酸侵蚀所用酸侵蚀液为硝酸和氢氟酸；所述硝酸的浓度为35wt％-40wt％，所述氢氟酸的浓度为10ml/L。
一些实施例中，所述步骤S4的硬质阳极氧化包括将所述步骤S3所得铝合金进行硬质阳极氧化，所述硬质阳极氧化的时间为60-100min，温度为15-30℃，所述硬质阳极氧化的步骤本发明没有限制，例如0V、0A时将所述步骤S3所得铝合金浸入阳极氧化槽中，调节电流到预设值。所述步骤S4中阳极氧化所用电解质即阳极氧化槽中所用溶液包括植酸130-135g/L、草酸40-50g/L、柠檬酸20-25g/L、硼酸20-25g/L和乳酸10-15g/L；铝合金基体在以植酸为主剂的电解液中进行阳极氧化，形成具有微孔的氧化膜层，相比于草酸和硫酸体系的电解液，可有效改善膜层的开裂和粗糙；草酸的加入，防止膜层在氧化过程中由于局部高温而被溶解和烧毁，使膜层更加致密，可进一步提高膜层的硬度；柠檬酸和硼酸的加入，增强电解液的导电能力，使膜层更加致密、细致、均匀，使微观形貌更平整，膜层表面更光滑。所述硬质阳极氧化的电流密度为2.5-3.0A/dm2。
一些实施例中，所述步骤S5的热水洗包括将所述步骤S4所得铝合金用热水清洗，清洗的时间为2-5min，水温为95-100℃。
一些实施例中，所述步骤S6的钝化包括将所述步骤S5所得铝合金浸入组分包括重络酸钾的钝化液中，浸入的时间为10-15min，温度为80-90℃；浸入结束后可以用温水例如60℃去离子水清洗20-30秒。
一些实施例中，所述步骤S7的封闭包括将所述步骤S6所得铝合金浸入封闭液中，浸入的时间为2-10min，温度为15-25℃。优选，所述步骤S7中封闭所用封闭液组分包括石蜡。
一些实施例中，所述步骤S7之后还包括步骤S8，烘干所述步骤S7后获得的铝合金。对烘干过程本发明没有限制。
本发明制备的铝合金耐腐蚀性和耐磨性更强，通过本发明的方法在铝合金表面形成硬质阳极氧化膜，获得的硬质阳极氧化膜均匀连续，无局部未成膜的现象，无脱落，无局部发粉、褪色等现象，颜色均匀稳定，经硝酸预浸后，于磷-铬酸溶液中长时间浸泡，无明显腐蚀现象。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详述。
实施例1
将需处理的铝合金前体浸入碱洗液中清洗，碱洗液包括30g/L的碳酸钠、20g/L磷酸钠和10g/L氢氧化钠，温度为75℃，清洗的时间为30秒，然后用去离子水清洗，之后浸入含50g/L硫酸和25g/L铬酐的混合酸溶液中，时间为20秒，然后用去离子水清洗，之后浸入酸侵蚀液中侵蚀10秒，酸侵蚀液为40wt％硝酸和10ml/L的氢氟酸的混合酸，随后用常温去离子水清洗，之后浸入硬质阳极氧化槽中，阳极氧化槽中电解液包括植酸130-135g/L，草酸40g/L，柠檬酸20g/L，硼酸20g/L，乳酸10g/L，调节电流到2.5A/dm2，阳极电压起始位40V，逐渐调节到110V，氧化液温度15℃，时间60min。随后用98℃热水清洗3min，将热水清洗后的铝合金浸入钝化槽中10min，清洗后放入封闭液中2min，温度为25℃。
制得的铝合金表面膜层均匀连续，无局部未成膜的现象，无脱落，无局部发粉、褪色等现象，颜色均匀稳定，氧化膜厚度50μm。
实施例2
将需处理的铝合金前体浸入碱洗液中清洗，碱洗液包括30g/L的碳酸钠、20g/L磷酸钠和30g/L氢氧化钠，温度为75℃，清洗的时间为40秒，然后用去离子水清洗，之后浸入含50g/L硫酸和25g/L铬酐的混合酸溶液中，时间为10秒，然后用去离子水清洗，之后浸入酸侵蚀液中侵蚀30秒，酸侵蚀液为40wt％硝酸和10ml/L的氢氟酸的混合酸，随后用常温去离子水清洗，之后浸入阳极氧化槽中，阳极氧化槽中电解液包括植酸130-135g/L，草酸50g/L，柠檬酸25g/L，硼酸25g/L，乳酸15g/L，调节电流到3.0A/dm2，阳极电压起始位40V，逐渐调节到120V，氧化液温度25℃，时间100min。随后用100℃热水清洗5min，将热水清洗后的铝合金浸入钝化槽中15min，清洗后放入已加热完成的封闭液中10min，温度为20℃。
制得的铝合金表面膜层均匀连续，无局部未成膜的现象，无脱落，无局部发粉、褪色等现象，颜色均匀稳定，氧化膜厚度55μm，在质量分数为3％的NaCl盐雾中，可经受一千五百小时及以上测试。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种铝合金，其特征在于，所述铝合金包括铝合金基体及位于所述铝合金基体表面的硬质阳极氧化膜；
所述硬质阳极氧化膜表面具有微孔，所述微孔内壁附着有硬质阳极氧化过程中产生的微粒；所述硬质阳极氧化膜的厚度为40μm-60μm；
所述铝合金的制备方法，包括：将需处理的铝合金前体经步骤S1，碱洗；步骤S2，酸洗；步骤S3，酸侵蚀；步骤S4，硬质阳极氧化；步骤S5，热水洗；步骤S6，钝化；步骤S7，封闭得所述铝合金；
所述步骤S4硬质阳极氧化所用电解液组分包括植酸、草酸、柠檬酸、硼酸和乳酸；
所述步骤S1之前还包括将需处理的铝合金装挂，装挂所用器具为铝合金器件；
所述步骤S2中酸洗所用酸为硫酸和铬酐的混合酸，所述硫酸和铬酐的质量比为2∶1；
所述步骤S3中酸侵蚀所用酸侵蚀液为硝酸和氢氟酸的混合酸；所述硝酸的浓度为35wt％-40wt％，所述氢氟酸的浓度为10ml/L；
所述步骤S4的硬质阳极氧化包括将所述步骤S3所得铝合金进行硬质阳极氧化，硬质阳极氧化的时间为60-100min，温度15-25℃；所述步骤S4中硬质阳极氧化所用电解液包括植酸130-135g/L、草酸40-50g/L、柠檬酸20-25g/L、硼酸20-25g/L和乳酸10-15g/L；所述硬质阳极氧化的电流密度为2.5-3.0A/dm2，起始电压40-50V，终止电压80-100V；
所述步骤S6中钝化所用钝化液组分包括重铬 酸钾；
所述步骤S7中封闭所用封闭液组分包括石蜡；
所述步骤S7之后还包括步骤S8，烘干所述步骤S7后获得的铝合金。
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