CN109056028B

CN109056028B - 一种铝及铝合金阳极氧化后处理液及其制备方法

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Publication number: CN109056028B
Application number: CN201810802390.2A
Authority: CN
Inventors: 王振兴; 陈春雷; 姜鹤旻
Original assignee: Jiangsu Feituo Interface Engineering Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Feituo Interface Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: CN109056028A

Abstract

本发明公开了一种铝及铝合金阳极氧化后处理液及其制备方法，该处理液主要由有机化合物构成，减少了金属离子对封孔效果的影响，同时也提高了其环保性能，处理液各组分的含量为：聚二甲基硅氧烷4g/L～20g/L，氟锆酸1g/L～20g/L，多元醇2g/L～20g/L，聚乙烯吡咯烷酮1g/L～8g/L，络合剂0～15g/L，缓蚀剂0～15g/L，促进剂0～10g/L，余量为去离子水。本发明所制备的铝及铝合金阳极氧化后处理液，可完全封闭工件表面的孔隙。处理液中不含镍和铬等元素，安全环保，对操作环境无污染，不会损害人体的健康。封闭剂价格低廉，能耗较小，可以满足工艺要求较高的铝型材生产，适用于工业化大生产。

Description

一种铝及铝合金阳极氧化后处理液及其制备方法

技术领域

本发明属于金属表面腐蚀防护技术领域，尤其涉及一种铝及铝合金阳极氧化后处理液。

背景技术

铝合金具有质量轻、强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，耐蚀性强、导热导电良好等优点，在航空、航天、汽车、机械制造、民用工业中广泛应用。铝合金制品有个缺点——耐候性较差，容易被腐蚀，为避免铝型材的腐蚀，必须对铝及铝合金的表面进行处理，目前，主要有两种方法，一种是完全的化学反应的过程，铝合金和药水直接反应，生成保护膜，来提高耐蚀能力和结合力，但这种方法处理的工件主要是本色工件，且保护膜较薄，容易遭到破坏。另外一种是阳极氧化处理，阳极氧化处理是通过施加电场使金属生成氧化膜，氧化膜层多孔且具有较强的化学活性，铝材氧化膜由大量空隙的无定型氧化铝组成，孔通常延伸至氧化物与金属的交界面附近，一个孔周围的区域组成一个晶胞。在阳极化过程中阻挡层的形成和溶解同时发生，并保持一定厚度不变，随着氧化过程的进行，孔的深度增加，在阳极氧化处理完成以后需进行封孔表面处理。该方法处理的铝材可显著地提高其耐候性，提高铝及其合金表面的硬度、耐磨和耐蚀性能。外观更加均匀，可以根据不同的要求，进行多种颜色的加工处理，且氧化膜的厚度可根据不同工艺要求进行调整，氧化层不容易轻易遭到破坏，可以满足工艺要求较高的铝型材生产。

随着工业化大生产的发展，铝及铝合金阳极氧化膜技术的发展，对封孔质量也提出了更高的要求。目前，据工业生产过程中的调研显示，之前占据大部分市场份额的含镍封孔剂，由于环保问题，将要退出市场，而目前工业生产中的无镍封孔技术中存在封孔膜失光、保光性差；封孔后铝材工件表面不平整，易发白、起粉；封孔速度慢、检测封孔失重高；节能效果较差，槽液稳定性差、寿命短等问题。

为解决上述问题，开发研制一种无毒环保、光亮平整、封孔效果好的绿色铝材封闭剂是非常有工业价值的。

发明内容

本发明的目的就是为了弥补现有阳极氧化膜封孔剂技术的缺陷，在解决含镍封孔剂重污染的问题的同时，提供了一种铝及铝合金阳极氧化后处理液及其封孔工艺，推动铝阳极氧化封孔技术的发展。

本发明是通过下述技术方案实现的：一种铝及铝合金阳极氧化后处理液，以氟锆酸或氟钛酸为封孔原料，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）均聚物作为表面活性剂和分散剂，以低粘度的聚二甲基硅氧烷作为稳定剂和光亮剂，选用多元醇作为辅助的稳定剂，以去离子水作为主溶剂，其中，所述的聚乙烯吡咯烷酮的结构式为：

PVP均聚物选用的K值决定于n值，n值的范围为1-3，K值的范围为15～90；所述的聚二甲基硅氧烷的结构式为:

其粘度的取值为500～5000。所述的氟锆酸的浓度为1g/L～20g/L，聚二甲基硅氧烷的浓度为4g/L～20g/L，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1g/L～8g/L，多元醇的浓度为2g/L～20g/L。

进一步的，多元醇为乙二醇、甘油、三羟甲基乙烷、季戊四醇、木糖醇、山梨醇、聚醚多元醇、聚乙二醇中的一种或多种。

进一步的，它的原料组成中还包括络合剂、缓蚀剂、促进剂。所述的络合剂的浓度为0～15g/L，缓蚀剂的浓度为0～15g/L，促进剂的浓度为0～10g/L。

进一步的，络合剂为柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、乙二胺四甲叉磷酸中的一种或多种。

进一步的，缓蚀剂包括苯并三唑、硼酸、十一碳二元酸、癸二酸、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种。

进一步的，促进剂为脂肪族衍生物，分子机构式为：

其中R1、R2为氢原子、甲基、羟甲基和羟乙基中的一种；其中R3、R4和R5为羟基、氨基、甲基、羟甲基、羟乙基和羟丙基中的一种，n的取值为1～3。

进一步的，其封闭使用工艺参数如下：

溶液温度：20～35℃；

工件浸泡时间：5～18min；

溶液pH值：4.0～5.5。

一种铝及铝合金阳极氧化后处理液的制备方法，包括如下步骤：

a.在水中加入氟锆酸或氟钛酸、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯吡咯烷酮、络合剂、缓蚀剂、多元醇、促进剂，搅拌均匀作为A组分；

b.将氨水加入A组分，搅拌均匀；

进一步的，A组分中原料组分以总质量1L质量份数为基准，按质量份数计包括聚二甲基硅氧烷4g/L～20g/L，氟锆酸或氟钛酸1g/L～20g/L，多元醇2g/L～20g/L，聚乙烯吡咯烷酮1g/L～8g/L，络合剂0～15g/L，缓蚀剂0～15g/L，促进剂0～10g/L，多元醇3~4g/L，余量为去离子水。

相比于现有技术，本发明的优点是：本发明所制备的铝及铝合金阳极氧化后处理液，主要由有机化合物制备而成，有效减少了金属离子对封孔效果的影响，提高溶液体系稳定性。本发明封孔渗透效果好，封孔膜致密，能完全封闭工件表面的孔隙。封孔后工件表面平整光亮，不变色，不起粉，可有效防止手印，抗油污。提高了工件的强度、硬度和耐腐蚀性。封闭剂中不含镍、氟和铬等元素，却能达到含镍封孔剂的封孔效果，安全环保，对操作环境无污染，不会损害人体的健康。封闭剂价格低廉，能耗较小，适用于工业化大生产。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

一种铝及铝合金氧化后处理液，该处理液各组分的含量为：聚二甲基硅氧烷4g/L，氟锆酸1g/L，聚乙烯吡咯烷酮1g/L，乙二醇2 g/L，余量为去离子水。搅拌均匀得铝制品前处理剂。

铝制品工件进行前处理后，进行阳极氧化，制备得10～15μm厚的氧化膜层，后将铝制品工件浸渍于上述20℃、用氨水将pH值调节为4.0的封闭液中5分钟，取出铝制品工件清洗后，取出风干。

经目测检查：封孔后铝制品工件表面光亮、平整，无水渍、黄斑及粉霜。

通过对铝制品工件表面进行电镜扫描，氧化膜表面的微空隙几乎完全封闭，且表面平整。

按国家标准（GB/T8753.2-2005 硝酸预浸的磷铬酸法）对已封孔的铝制品工件进行检测，封孔失重为10.9mg/dm²。按国家标准（GB/T8753.4-2005 酸处理后的染色斑点法）对铝制品工件进行染色，染色等级为1级，抗染色吸附能力强，说明封闭质量合格，抗污染能力强。

实施例2

一种铝及铝合金氧化后处理液，该处理液各组分的含量为：聚二甲基硅氧烷12g/L，氟锆酸6g/L，山梨醇2g/L，聚乙烯吡咯烷酮2.5g/L，柠檬酸5g/L，酒石酸5g/L，三乙醇胺5g/L，促进剂8g/L，余量为去离子水。其中，促进剂分子式中R1为羟乙基，R2为羟乙基，R3为羟甲基、R4为甲基，R5为羟基，n=2。搅拌均匀得铝制品前处理剂。

铝制品工件进行前处理后，进行阳极氧化，制备得10～15μm厚的氧化膜层，后将铝制品工件浸渍于上述25℃、用氨水将pH值调节为5的封闭液中10分钟，取出铝制品工件清洗后，取出风干。

按国家标准（GB/T8753.2-2005 硝酸预浸的磷铬酸法）对已封孔的铝制品工件进行检测，封孔失重为9.9mg/dm²。按国家标准（GB/T8753.4-2005 酸处理后的染色斑点法）对铝制品工件进行染色，染色等级为0级，抗染色吸附能力强，说明封闭质量合格，抗污染能力强。

实施例3

一种铝及铝合金氧化后处理液，该环保无镍低氟封闭剂按重量百分比其成分构成为：聚二甲基硅氧烷15g/L，氟锆酸8g/L，丙三醇4g/L，聚乙烯吡咯烷酮3g/L，酒石酸8g/L，十一碳二元酸2g/L，促进剂5g/L，余量为去离子水。其中，促进剂分子式中R1为羟乙基，R2为羟乙基，R3为羟甲基、R4为甲基，R5为羟基，n=2。搅拌均匀得铝制品前处理剂。

铝制品工件进行前处理后，进行阳极氧化，制备得10～15μm厚的氧化膜层，后将会铝制品工件浸渍于黄色染料液中5min，清洗后再将铝制品工件浸渍于上述25℃、用氨水将pH值调节为5的封闭液中15分钟，取出铝制品工件清洗后，取出风干。

按国家标准（GB/T8753.2-2005 硝酸预浸的磷铬酸法）对已封孔的铝制品工件进行检测，封孔失重为10.1mg/dm²，无染料流失现象。按国家标准（GB/T8753.4-2005 酸处理后的染色斑点法）对铝制品工件进行染色，染色等级为0级，抗染色吸附能力强，说明封闭质量合格，抗污染能力强。

本发明所制备的铝及铝合金氧化后处理液，溶液体系稳定。封孔渗透效果好，封孔膜致密，完全封闭工件表面的孔隙。封孔后工件表面平整光亮，不变色，不起粉，可有效防止手印，抗油污。提高了工件的强度、硬度和耐腐蚀性。封闭剂中不含镍和铬等重金属元素，安全环保，对操作环境无污染，不会损害人体的健康。封闭剂价格低廉，能耗较小，适用于工业化大生产。

以上对实施例进行了详细的阐述说明，列出的实施例的构成旨在说明本发明，并不能对本发明的范围构成限制，所附权利要求的范围内的任何形式的变动均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种铝及铝合金阳极氧化后处理液，其特征在于：以氟锆酸或氟钛酸为封孔原料，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）均聚物作为表面活性剂和分散剂，以低粘度的聚二甲基硅氧烷作为稳定剂和光亮剂，选用多元醇作为辅助的稳定剂，以去离子水作为主溶剂，其中，所述的聚乙烯吡咯烷酮的结构式为：

其粘度的取值为500～5000；所述的氟锆酸的浓度为1g/L～20g/L，聚二甲基硅氧烷的浓度为4g/L～20g/L，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1g/L～8g/L，多元醇的浓度为2g/L～20g/L。

2.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金阳极氧化后处理液，其特征在于，所述的多元醇为乙二醇、甘油、三羟甲基乙烷、季戊四醇、木糖醇、山梨醇、聚醚多元醇、聚乙二醇中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金阳极氧化后处理液，其特征在于它的原料组成中还包括络合剂、缓蚀剂、促进剂；所述的络合剂的浓度为0～15g/L，缓蚀剂的浓度为0～15g/L，促进剂的浓度为0～10g/L。

4.根据权利要求3所述的一种铝及铝合金阳极氧化后处理液，其特征在于，所述的络合剂为柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、乙二胺四甲叉磷酸中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的一种铝及铝合金阳极氧化后处理液，其特征在于，所述的缓蚀剂包括苯并三唑、硼酸、十一碳二元酸、癸二酸、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的一种铝及铝合金阳极氧化后处理液，其特征在于，所述的促进剂为脂肪族衍生物，分子结构式为：

7.根据权利要求1所述的一种铝及铝合金阳极氧化后处理液，其封闭使用工艺参数如下：

溶液温度：20～35℃；

工件浸泡时间：5～18min；

溶液pH值：4.0～5.5。

8.一种权利要求1-7任意一项所述的铝及铝合金阳极氧化后处理液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

b.将氨水加入A组分，搅拌均匀。

9.根据权利要求8所述的一种铝及铝合金阳极氧化后处理液的制备方法，其特征在于：所述A组分中原料组分以总质量1L质量份数为基准，按质量份数计包括聚二甲基硅氧烷4g/L～20g/L，氟锆酸或氟钛酸1g/L～20g/L，多元醇2g/L～20g/L，聚乙烯吡咯烷酮1g/L～8g/L，络合剂0～15g/L，缓蚀剂0～15g/L，促进剂0～10g/L，余量为去离子水。