CN109183111A - 一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，将铝合金表面施以硬质阳极氧化，并且行进机械抛光，使其表面具有类似陶瓷的质感，且表面生成一种特殊的龟裂纹，具有类似哥窑的复古效果。在色彩方面，由于其特殊的工艺流程设计，从而实现了多样化绚丽色彩的局面，一改以往只有铝合金本色的单一局限，为汽车内外装饰条、饰板、饰杆等铝合金装饰件获得了一种全新的感官视觉体验。

Description

一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体为一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺。

背景技术

目前市场上汽车内外装饰件常见的有塑件如PC或PC+ABS，金属件如铝合金或不锈钢，以及高端木材如酸枣木、甚至黄花梨等。然而塑件易燃、易老化、受热变形易分解，通常需要配合污染性较高的电镀处理，而高端木材有限，价格又十分昂贵，难以大众化；不锈钢材料可塑性差，硬度高不利于机械加工,且比重大,不利于汽车轻量化。

铝合金质地轻、价格便宜，且易于机械加工成型，在汽车内外装饰条中获得广泛应用。通常铝合金材料会阳极氧化处理，但是由于汽车零配件的高标准，如抗紫外线(UV)、耐高温、耐腐蚀以及抗碎石击打等诸多严格的功能性测试，普通着色阳极氧化由以难以满足上述要求，以至于目前市场上汽车铝合金装饰件表面处理工艺几乎仅限于光亮本色(铝合金本色，即银色)阳极氧化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，具体步骤为：

步骤1：选取高精纯铝作为坯料加工的铝锭。

步骤2：铝锭根据产品造型尺寸加工成型。

步骤3：对产品进行机械抛光，用以祛除表面划痕、自然氧化层以及边缘毛刺，使得产品表面获得较高平整度和光滑度，具有表面细腻的质感。

步骤4：对产品进行电解抛光，进一步增加产品表面反光率和平整度，使产品表面平滑细腻，具有反光率极高的镜面效果。

步骤5：采用硫酸法普通阳极氧化，使产品表面具有微孔的氧化铝薄膜。

步骤6：采用染料液对产品进行染色，染色时间越长氧化铝薄膜吸收的染料越多，颜色越深，色彩越鲜艳。

进一步的，步骤1中铝锭选料型号为Al5310、Al5754、Al6463、Al6060任意一种。

进一步的，步骤2中原材成型加工，可以是冲压成型工艺、挤出成型工艺、CNC加工工艺或车削成型工艺中任意一种或多种混合加工加工工艺。

进一步的，步骤1选取铝锭型号为Al5310或Al5754时，步骤2采用冲压成型工艺；步骤1选取铝锭型号为Al6463或Al6060时，步骤2采用挤出成型工艺。

进一步的，在步骤3和步骤4之间，还对产品进行脱脂和除蜡处理，清除机械抛光工艺中产品表面残留的抛光蜡等污垢。

进一步的，步骤5中氧化铝薄膜的厚度为5～10微米。

进一步的，步骤5中染料液的浓度为10g/L，温度为30～40℃，PH值为5.6～6.0，染色时间为30～40S。

至此，一种表面细腻、具有极高光泽的彩色阳极氧化膜已经形成。不足之处是其抗UV性能较差，在太阳光照下艳丽色彩很容易褪色，作为汽车装饰件尤其是外装饰件，是无法正常使用的。

为解决上述性能缺陷，本工艺是这样处理的，还包括以下步骤：

步骤6：对产品已经着色的阳极氧化膜进行半封孔预处理。

步骤7：对产品进行硫酸法硬质氧化处理，温度控制在-5℃～5℃，电流密度为2～2.5A/dm2,氧化时间为65～90分钟，加工过程对槽液进行搅拌，防止槽液结冰并及时分散硬质氧化时产生的热量。

这样我们采用的低温低电流密度的缓慢成膜方式，以便获得孔隙率低，膜层致密且具有良好的脆性氧化膜层。膜层显微硬度在Hv400以上，厚度在35～40um之间。一般而言，氧化膜层硬度越高脆性越大，也就是在受到冲击(机械力或温度)时越容易碎裂，利用此特性从而为后续步骤的出纹提供了良好的可行性基础。

步骤7中，硫酸法硬质氧化工艺的高电压击穿原有硫酸法普通阳极氧化形成的氧化膜孔层，在原有氧化膜基础上继续生长出新的氧化膜，由于新生的氧化膜是在硬质氧化工艺条件下实施的，故产生的新的氧化膜具有硬质氧化的特性，当硬质氧化膜与原来的普通氧化总厚度达到一定值之后，即停止实施外加电压，旋即停止生长。

为此，步骤6中需要的封孔预处理在普通着色阳极氧化与硬质氧化两种不同类型的氧化工艺处理之间，需要进行有效的预处理，该预处理必须同时满足以下前提条件：

1.既要有效防止或减少前道工序中已经实施染色处理的氧化膜微孔中的染料分子在后道硬质氧化处理时不会被其特征性高电压作用而产生褪色的不良现象。

2.同时还要确保硬质氧化可以有效行进，并且新生的硬质氧化膜层要具备无色透明的特性，以确保不会对前道工序所染的颜色形成遮蔽性或覆盖。

为此，步骤6中预处理的方式为：采用镍盐(醋酸镍或硫酸镍均可)在常温下对染色后的普通氧化层行进半封孔处理，时间控制在5～10分钟，该封孔工艺与正常的封孔工艺在强度与效果上有较大差异，通常的封孔温度在92～98℃，温度高封孔效果强，几乎达到完全封孔的效果，而本发明专利采用的此预处理只对氧化膜孔进行了浅层封闭，封孔剂只填充了约1/2～1/3的膜孔深度，达到保护染料分子不被溢出为目的即可，同时又不会对后道硬质氧化膜的继续生长造成阻碍。

进一步的，步骤6中氧化膜的总厚度为40～50微米。

紧接着，步骤8：将产品进行2～3次水洗后对产品进行加热，温度峰值为180℃。升温时间为2～3分钟，迅速的升温有利于铝基材与氧化膜层之间产生巨大温差，利用热膨胀产生的内应力使外层薄而脆的氧化膜层(主要针对硬质氧化层)发生龟裂。最后，当温度达到峰值之后恒温20～30分钟，使龟裂现象继续进行并定型，即可获得密集度高、纹路清晰并且不会消失的特殊纹路。

由于铝合金本体的热膨胀系数和热传导系数都远大于氧化铝(即氧化膜层),当铝合金本体让热并膨胀时,外表面的氧化铝层受到应力作用而龟裂,这些裂纹是极其细微而绵密,裂纹直径约在2～3×10μm，每平方厘米范围约有一千条裂纹,裂纹直径与纹路方向及长度,与硬质氧化工艺以及出纹工序密切关联。

但是产生龟裂之后的氧化膜在抗腐蚀性能方面会显著下降，为增强产品抗腐蚀能力，还包括步骤9：对产品施以阳极处理，采用直流脉冲电流，电流密度控制在1.5～1.8A/dm2，时间每次约5～10秒，如此反复操作2～3次，可重新获得一层薄而致密的氧化膜(称之为阻挡层)，可对已经产生裂纹的氧化膜底部进行修复。需要注意的是在出纹之后，必须让产品冷却至常温，才可以实施阳极处理。

经过阳极处理之后，龟裂的纹底部裸露的铝基材又重新获得了致密的阻挡层，具有了一定的抗腐蚀能力，但是裂纹的表面仍然保持着清晰的纹路与间隙，容易受到外界环境的污染，且抗腐蚀等性能有限。

为彻底解决耐腐蚀问题，再进行一次高温封孔处理，具体实施办法是，还包括步骤10：对产品再次进行封孔工艺处理，温度加热至95℃～100℃，进行为时30～40分钟的封孔，镍盐在高温作用下对氧化膜微孔和龟裂纹起到有效填充作用，同时氧化膜也会在高温下发生水解反应生成勃姆石,利用成勃姆石本身体积膨胀而将微孔封闭,因此硬质氧化后采用高温镍盐封孔起到了扩宽裂纹并有效填充裂纹的双重功效。经过封孔出力,加之此前的半封孔处理,总氧化膜层的耐腐蚀性能已经完全满足测试标准。

最后还包括步骤11：将产品表面施以简单的抛光，目的使其表面更具体光滑的质感，经过棉布伦或羊毛轮并添加少量抛光蜡收光后的产品表面，增强了细腻的质感、光泽度，由于除去了硬质氧化层表面的粗糙层，抛光后的膜层表面增强了通透性，一种瓷质的感官效果得以突显，至此，一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺实施完毕。

经过本工艺生产制造的铝合金产品具有以下特点：

特征1：产品表面硬度可达Hv400以上，具有硬质阳极氧化的显著特征。

特征2：可以实现多种亮丽的色彩，具有普通阳极氧化工艺着色方便、色彩艳丽、且可以实现几乎任意颜色的特点。

特征3：一反常规硬质阳极氧化需要努力规避氧化膜龟裂的现象，本工艺刻意使产品表面生产龟裂，采用特殊的“出纹”工艺使其具有碎陶瓷一样的纹路，类似哥窑的复古效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种性能优良的表面处理工艺，将铝合金表面施以硬质阳极氧化，并且行进机械抛光，使其表面具有类似陶瓷的质感，且表面生成一种特殊的龟裂纹，具有类似哥窑的复古效果。在色彩方面，由于其特殊的工艺流程设计，从而实现了多样化绚丽色彩的局面，一改以往只有铝合金本色的单一局限，为汽车内外装饰条、饰板、饰杆等铝合金装饰件获得了一种全新的感官视觉体验。

附图说明

图1为经过本工艺生产加工的产品的纹路照片。

图2为经过本工艺生产加工的产品照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，具体步骤为：

步骤1：选取高精纯铝作为坯料加工的铝锭。

步骤2：铝锭根据产品造型尺寸加工成型。

步骤3：对产品进行机械抛光，用以祛除表面划痕、自然氧化层以及边缘毛刺，使得产品表面获得较高平整度和光滑度，具有表面细腻的质感。

步骤4：对产品进行电解抛光，进一步增加产品表面反光率和平整度，使产品表面平滑细腻，具有反光率极高的镜面效果。

步骤5：采用硫酸法普通阳极氧化，使产品表面具有微孔的氧化铝薄膜。

步骤6：采用染料液对产品进行染色，染色时间越长氧化铝薄膜吸收的染料越多，颜色越深，色彩越鲜艳。

进一步的，步骤1中铝锭选料型号为Al5310、Al5754、Al6463、Al6060任意一种。

进一步的，步骤2中原材成型加工，可以是冲压成型工艺、挤出成型工艺、CNC加工工艺或车削成型工艺中任意一种或多种混合加工加工工艺。

进一步的，步骤1选取铝锭型号为Al5310或Al5754时，步骤2采用冲压成型工艺。

进一步的，步骤1选取铝锭型号为Al6463或Al6060时，步骤2采用挤出成型工艺。

进一步的，在步骤3和步骤4之间，还对产品进行脱脂和除蜡处理，清除机械抛光工艺中产品表面残留的抛光蜡等污垢。

进一步的，步骤5中氧化铝薄膜的厚度为5～10微米。

进一步的，步骤5中染料液的浓度为10g/L，温度为30～40℃，PH值为5.6～6.0，染色时间为30～40S。

至此，一种表面细腻、具有极高光泽的彩色阳极氧化膜已经形成。不足之处是其抗UV性能较差，在太阳光照下艳丽色彩很容易褪色，作为汽车装饰件尤其是外装饰件，是无法正常使用的。

为解决上述性能缺陷，本工艺是这样处理的，还包括以下步骤：

步骤6：对产品已经着色的阳极氧化膜进行半封孔预处理。

步骤7：对产品进行硫酸法硬质氧化处理，温度控制在-5℃～5℃，电流密度为2～2.5A/dm2,氧化时间为65～90分钟，加工过程对槽液进行搅拌，防止槽液结冰并及时分散硬质氧化时产生的热量。

这样我们采用的低温低电流密度的缓慢成膜方式，以便获得孔隙率低，膜层致密且具有良好的脆性氧化膜层。膜层显微硬度在Hv400以上，厚度在35～40um之间。一般而言，氧化膜层硬度越高脆性越大，也就是在受到冲击(机械力或温度)时越容易碎裂，利用此特性从而为后续步骤的出纹提供了良好的可行性基础。

步骤7中，硫酸法硬质氧化工艺的高电压击穿原有硫酸法普通阳极氧化形成的氧化膜孔层，在原有氧化膜基础上继续生长出新的氧化膜，由于新生的氧化膜是在硬质氧化工艺条件下实施的，故产生的新的氧化膜具有硬质氧化的特性，当硬质氧化膜与原来的普通氧化总厚度达到一定值之后，即停止实施外加电压，旋即停止生长。

为此，步骤6中需要的封孔预处理在普通着色阳极氧化与硬质氧化两种不同类型的氧化工艺处理之间，需要进行有效的预处理，该预处理必须同时满足以下前提条件：

3.既要有效防止或减少前道工序中已经实施染色处理的氧化膜微孔中的染料分子在后道硬质氧化处理时不会被其特征性高电压作用而产生褪色的不良现象。

4.同时还要确保硬质氧化可以有效行进，并且新生的硬质氧化膜层要具备无色透明的特性，以确保不会对前道工序所染的颜色形成遮蔽性或覆盖。

为此，步骤6中预处理的方式为：采用镍盐(醋酸镍或硫酸镍均可)在常温下对染色后的普通氧化层行进半封孔处理，时间控制在5～10分钟，该封孔工艺与正常的封孔工艺在强度与效果上有较大差异，通常的封孔温度在92～98℃，温度高封孔效果强，几乎达到完全封孔的效果，而本发明专利采用的此预处理只对氧化膜孔进行了浅层封闭，封孔剂只填充了约1/2～1/3的膜孔深度，达到保护染料分子不被溢出为目的即可，同时又不会对后道硬质氧化膜的继续生长造成阻碍。

进一步的，步骤6中氧化膜的总厚度为40～50微米。

紧接着，步骤8：将产品进行2～3次水洗后对产品进行加热，温度峰值为180℃。升温时间为2～3分钟，迅速的升温有利于铝基材与氧化膜层之间产生巨大温差，利用热膨胀产生的内应力使外层薄而脆的氧化膜层(主要针对硬质氧化层)发生龟裂。最后，当温度达到峰值之后恒温20～30分钟，使龟裂现象继续进行并定型，即可获得密集度高、纹路清晰并且不会消失的特殊纹路。

由于铝合金本体的热膨胀系数和热传导系数都远大于氧化铝(即氧化膜层),当铝合金本体让热并膨胀时,外表面的氧化铝层受到应力作用而龟裂,这些裂纹是极其细微而绵密,裂纹直径约在2～3×10μm，每平方厘米范围约有一千条裂纹,裂纹直径与纹路方向及长度,与硬质氧化工艺以及出纹工序密切关联。

但是产生龟裂之后的氧化膜在抗腐蚀性能方面会显著下降，为增强产品抗腐蚀能力，还包括步骤9：对产品施以阳极处理，采用直流脉冲电流，电流密度控制在1.5～1.8A/dm2，时间每次约5～10秒，如此反复操作2～3次，可重新获得一层薄而致密的氧化膜(称之为阻挡层)，可对已经产生裂纹的氧化膜底部进行修复。需要注意的是在出纹之后，必须让产品冷却至常温，才可以实施阳极处理。

经过阳极处理之后，龟裂的纹底部裸露的铝基材又重新获得了致密的阻挡层，具有了一定的抗腐蚀能力，但是裂纹的表面仍然保持着清晰的纹路与间隙，容易受到外界环境的污染，且抗腐蚀等性能有限。

为彻底解决耐腐蚀问题，再进行一次高温封孔处理，具体实施办法是，还包括步骤10：对产品再次进行封孔工艺处理，温度加热至95℃～100℃，进行为时30～40分钟的封孔，镍盐在高温作用下对氧化膜微孔和龟裂纹起到有效填充作用，同时氧化膜也会在高温下发生水解反应生成勃姆石,利用成勃姆石本身体积膨胀而将微孔封闭,因此硬质氧化后采用高温镍盐封孔起到了扩宽裂纹并有效填充裂纹的双重功效。经过封孔出力,加之此前的半封孔处理,总氧化膜层的耐腐蚀性能已经完全满足测试标准。

最后还包括步骤11：将产品表面施以简单的抛光，目的使其表面更具体光滑的质感，经过棉布伦或羊毛轮并添加少量抛光蜡收光后的产品表面，增强了细腻的质感、光泽度，由于除去了硬质氧化层表面的粗糙层，抛光后的膜层表面增强了通透性，一种瓷质的感官效果得以突显，至此，一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺实施完毕。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取高精纯铝作为坯料加工的铝锭；

步骤2：铝锭根据产品造型尺寸加工成型，采用冲压成型工艺、挤出成型工艺、CNC加工工艺或车削成型工艺中任意一种或多种混合加工加工工艺。

步骤3：对产品进行机械抛光，用以祛除表面划痕、自然氧化层以及边缘毛刺；

步骤4：对产品进行电解抛光，进一步增加产品表面反光率和平整度；

步骤5：采用硫酸法普通阳极氧化，使产品表面具有微孔的氧化铝薄膜；

步骤6：采用染料液对产品进行染色。

2.按照权利要求1所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，步骤1中铝锭选料型号为Al5310、Al5754、Al6463、Al6060任意一种。

3.按照权利要求2所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，当步骤1选取铝锭型号为Al5310或Al5754时，步骤2采用冲压成型工艺；当步骤1选取铝锭型号为Al6463或Al6060时，步骤2采用挤出成型工艺。

4.按照权利要求1所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，在步骤3和步骤4之间，还对产品进行脱脂和除蜡处理，清除机械抛光工艺中产品表面残留的抛光蜡等污垢。

5.按照权利要求1所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，步骤5中氧化铝薄膜的厚度为5～10微米。

6.按照权利要求1所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，步骤5中染料液的浓度为10g/L，温度为30～40℃，PH值为5.6～6.0，染色时间为30～40S。

7.按照权利要求1至6任意一项所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤6：对产品已经着色的阳极氧化膜进行半封孔预处理；

步骤7：对产品进行硫酸法硬质氧化处理，温度控制在-5℃～5℃，电流密度为2～2.5A/dm2,氧化时间为65～90分钟，加工过程对槽液进行搅拌，防止槽液结冰并及时分散硬质氧化时产生的热量；

步骤8：将产品进行2～3次水洗后对产品进行加热，温度峰值为180℃，升温时间为2～3分钟，迅速的升温有利于铝基材与氧化膜层之间产生巨大温差，利用热膨胀产生的内应力使外层薄而脆的氧化膜层(主要针对硬质氧化层)发生龟裂，当温度达到峰值之后恒温20～30分钟，使龟裂现象继续进行并定型。

8.按照权利要求7所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，步骤6中预处理的方式为：采用镍盐在常温下对染色后的普通氧化层行进半封孔处理，时间为5～10分钟，封孔剂填充量为1/2～1/3的膜孔深度。

9.按照权利要求8所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，步骤6形成的氧化膜的总厚度为40～50微米。

10.按照权利要求8所述的一种汽车内外装饰用铝合金的表面处理工艺，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤9：让产品冷却至常温，对产品施以阳极处理，采用直流脉冲电流，电流密度控制在1.5～1.8A/dm2，时间每次约5～10秒，如此反复操作2～3次；

步骤10：对产品再次进行封孔工艺处理，温度加热至95℃～100℃，进行为时30～40分钟的封孔；

步骤11：使用棉布伦或羊毛轮并添加少量抛光蜡对产品表面施以简单的抛光。