CN109457286A - 铝合金材料的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金材料的表面处理方法。该方法包括：将铝合金材料放置到电解液中，进行阳极氧化，以在铝合金材料的表面形成氧化膜；将铝合金材料放置到第一封孔液中，在第一温度下，对铝合金材料的表面进行第一次封孔；将铝合金材料放置到第二封孔液中，在第二温度下，对铝合金材料的表面进行第二次封孔，第二温度低于第一温度，第二封孔液中含有有机酸，有机酸与氧化膜反应，以形成有机酸铝；对铝合金材料进行表面疏水处理，以使铝合金材料的表面的接触角≥90°。

Description

铝合金材料的表面处理方法

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，更具体地，涉及一种铝合金材料的表面处理方法。

背景技术

铝合金材料因质轻、比强度高、氧化膜具有优异的着色性能，在汽车、电子产品领域被广泛地应用。

传统的铝合金材料的表面处理方法包括在以硫酸为电解质的溶液中生成氧化膜，再通过高温或者低温封孔的方式进行处理，以获得具有一定耐磨性及耐蚀性的表面。

然而，采用这种处理方法处理应力腐蚀倾向明显、耐蚀性比较差的高强度7系铝合金，得到的铝合金材料的表面耐磨，耐腐蚀性无法满足使用需求。

因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种铝合金材料的表面处理方法的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种铝合金材料的表面处理方法。该方法包括：阳极氧化：将铝合金材料放置到电解液中，进行阳极氧化，以在铝合金材料的表面形成氧化膜，所述电解液包括硫酸以及添加剂，所述添加剂包括乳酸、草酸、甘油和酒石酸中的一种或者多种；第一次封孔处理：将所述铝合金材料放置到第一封孔液中，在第一温度下，对所述铝合金材料的表面进行第一次封孔；第二次封孔处理：将所述铝合金材料放置到第二封孔液中，在第二温度下，对所述铝合金材料的表面进行第二次封孔，所述第二温度低于所述第一温度，所述第二封孔液中含有有机酸，所述有机酸与所述氧化膜反应，以形成有机酸铝；以及表面疏水处理：对所述铝合金材料进行表面疏水处理，以使所述铝合金材料的表面的接触角≥90°。

可选地，在所述电解液中，硫酸的浓度为40-180g/L，乳酸的浓度为0-30g/L，草酸的浓度为0-80g/L，甘油的浓度为0-20g/L，酒石酸的浓度为0-30g/L。

可选地，在所述电解液中，硫酸的浓度为40-79g/L，所述添加剂包括乳酸、草酸和甘油中的至少一种，草酸的浓度为8-40g/L,乳酸的浓度为2-10g/L，甘油的浓度为2-8g/L。

可选地，所述第一封孔液包括醋酸镍封孔剂和第一助剂，所述第一助剂包括十六烷基二苯醚二磺酸钠、柠檬酸钠、甘油和缓蚀剂。

可选地，所述第二封孔液包括有机醇、所述有机酸、有机酸盐、表面活性剂和缓蚀剂，有机酸包括硬脂酸、磺酸、柠檬酸、乳酸中的一种或多种；表面活性剂包括聚乙二醇十二烷基酸酯、聚乙二醇硬脂酸酯、聚氧乙烯十八烷基醚单肉豆蔻酸十甘油酯、聚氧乙烯硬化麻油中的一种或多种。

可选地，所述第一温度为80-98℃，所述第二温度为20-80℃。

可选地，所述氧化膜的厚度为3-25μm。

可选地，所述表面疏水处理采用等离子化学气相沉积法、化学刻蚀法或者激光刻蚀法。

可选地，在进行阳极氧化时，氧化电压为8-20V，氧化温度为15-25℃，氧化时间为20分钟-180分钟。

可选地，经表面疏水处理后，所述铝合金材料的表面的接触角≥110°。

根据本公开的一个实施例，根据本公开实施例的表面处理方法，得到的铝合金材料的表面氧化膜致密，着色能力强，并且耐蚀性、耐磨性良好，氧化膜不易脱落。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本公开的一个实施例的铝合金材料的表面处理方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本公开的一个实施例，提供了一种铝合金材料的表面处理方法。如图1所示，该方法包括：

S1、阳极氧化：将铝合金材料放置到电解液中，进行阳极氧化，以在铝合金材料的表面形成氧化膜。电解液包括硫酸以及添加剂。添加剂包括乳酸、草酸、甘油和酒石酸中的一种或者多种。

通过添加乳酸、草酸和酒石酸等添加剂，可有效减少氧化过程的热效应，控制氧化过程中电解液温度的稳定性，保证氧化成膜的质量，避免氧化膜疏松。

此外，通过添加乳酸、草酸等添加剂，形成的氧化膜表面的纳米孔孔径更小，孔隙率小，氧化膜的致密度更高。

此外，通过添加甘油、乳酸等添加剂，铝合金材料的棱角位置的氧化膜的微裂纹数量比仅采用硫酸作为电解液得到的铝合金的微裂纹数量更少，且微裂纹宽度更窄。

具体地，铝合金材料可以是但不局限于5系、6系、7系铝合金。根据实际需要铝合金材料被加工成设定的结构。例如，手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表等电子产品的外壳。可以是对铝合金材料的整体进行阳极氧化，也可以是对铝合金材料的外表面进行阳极氧化。在无机酸酸的电解液中加入有机酸，能够有效地提高氧化膜的致密性和均匀性。

在一个例子中，在电解液中，硫酸的浓度为40-180g/L。乳酸的浓度为0-30g/L。草酸的浓度为0-80g/L。甘油的浓度为0-20g/L。酒石酸的浓度为0-30g/L。其中，上述添加剂中的至少一种的浓度不为零。在该浓度范围内，铝合金材料的表面能够形成完整、均一的氧化膜。

例如，在进行阳极氧化时，氧化电压为8-20V，氧化温度为15-25℃，氧化时间为20分钟-180分钟。在上述反应条件下,氧化膜的厚度适中,氧化膜细腻、均一。

在一个例子中，在电解液中，硫酸的浓度为40-79g/L，添加剂包括乳酸、草酸和甘油中的至少一种。其中，乳酸的浓度为2-10g/L，草酸的浓度为8-40g/L,甘油的浓度为2-8g/L。在该浓度范围内，铝合金材料的氧化膜耐蚀性、耐磨性良好。

在另一个例子中，在电解液中，硫酸的浓度为130g/L，乳酸的浓度为10g/L，酒石酸的浓度为10g/L。该电解液使得氧化膜耐蚀性、耐磨性更加良好。

氧化膜的厚度对于铝合金材料的质量有重要影响。厚度太薄,则容易造成氧化膜的不完整；厚度太厚,则容易造成铝合金材料的表面的过度腐蚀。例如，氧化膜的厚度为3-25μm。在该厚度范围内，氧化膜的质量稳定、均一，不会造成铝合金材料的过度腐蚀。

此外，在需要对铝合金材料的表面采用着色剂进行着色处理时，该厚度范围的氧化膜能够形成均匀的孔隙，使得着色效果良好。

S2、第一次封孔处理：将铝合金材料放置到第一封孔液中。在第一温度下，对铝合金材料的表面进行第一次封孔。

例如，封孔液是指添加有封孔剂的溶液。封孔剂能够密封铝合金材料的表面的孔隙，从而改善氧化膜表面的形貌，提高外观的观赏性。

在一些示例中，在进行着色处理后，着色剂进入表面的孔隙中，然后进行第一次封孔处理。通过第一次封孔处理，着色剂被封堵在孔隙中，从而使铝合金材料呈现不同的颜色。

在不需要对铝合金材料的表面进行着色时，第一次封孔处理能使表面的粗糙度降低、耐磨性、耐蚀性提高。

例如，封孔剂可以是但不局限于甘油酯树脂、酚醛树脂、铝乙烯树脂、钝化铬酸锌、沥青基铝浆、硅铝树脂、微晶石蜡、醋酸镍封孔剂等。

例如，第一次封孔处理采用高温封孔剂。高温封孔剂的封孔温度(例如第一温度)为80℃以上。高温封孔剂能够有效地封堵氧化膜大部分的孔隙。

在一个例子中，第一封孔液包括醋酸镍封孔剂和第一助剂。第一次封孔处理的温度为80-98℃。处理时间为20-25分钟。第一助剂包括十六烷基二苯醚二磺酸钠、柠檬酸钠、甘油和缓蚀剂。

在该温度下，氧化膜发生水合反应，以生成勃姆石，并沉积在纳米孔中。同时，醋酸镍发生与氧化铝反应，以生成氢氧化镍。氢氧化镍在纳米微孔中的沉积。勃姆石和氢氧化镍两种物质的沉积可以更有效进行封孔，并能够提高氧化膜耐蚀性。十六烷基二苯醚二磺酸钠、柠檬酸钠、甘油、缓蚀剂等组分能够沉积在微孔表面，有效提升氧化膜的表面的润滑性，从而达到提升氧化铝材料的耐磨性的目的。

优选地，第一封孔液为SEAL G10。SEAL G10是一种主剂为醋酸镍的封孔剂。该封孔液的封孔效果良好。

根据本公开实施例的表面处理方法，得到的铝合金材料的表面氧化膜致密，着色能力强，并且耐蚀性、耐磨性良好，氧化膜不易脱落。

S3、在第一次封孔处理之后，该方法还包括第二次封孔处理：将铝合金材料放置到第二封孔液中，在第二温度下，对铝合金材料的表面进行第二次封孔。第二温度低于第一温度。第二封孔液中含有有机酸。有机酸与氧化膜反应，以形成有机酸酸铝。

第二次封孔处理采用中低温封孔剂。中低温封孔剂含有有机酸。例如，有机酸包括羧酸、磺酸、亚磺酸、中的至少一种。中低温封孔剂的封孔温度(例如第二温度)为80℃以下。优选地，第二温度为20-80℃，封孔处理时间为10-20分钟。有机酸能够与氧化膜反应，以生成有机酸铝，例如脂肪酸铝、磺酸铝、亚磺酸铝等。有机酸铝能够进一步填充氧化膜表面的微孔，从而进一步提升氧化膜的耐蚀性。

在一个例子中，第二封孔液包括、有机醇、有机酸、有机酸盐、表面活性剂和缓蚀剂。例如，有机酸包括硬脂酸、磺酸、柠檬酸、乳酸中的一种或多种。表面活性剂包括聚乙二醇十二烷基酸酯、聚乙二醇硬脂酸酯、聚氧乙烯十八烷基醚单肉豆蔻酸十甘油酯、聚氧乙烯硬化麻油中的一种或多种。

在一个例子中，有机酸为硬脂酸。硬脂酸能够与氧化膜反应生成硬脂酸铝。硬脂酸铝的填充效果良好。缓蚀剂能够附着在氧化膜的表面，从而防止有机酸过度腐蚀氧化膜。有机醇能够溶解硬脂酸和缓蚀剂，提高第二封孔液的分散性。优选地，第二封孔液为SEALG20。SEAL G20是一种含有硬脂酸的封孔液。

当然，第一封孔液和第二封孔液的种类不限于上述实施例，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

S4、在第二次封孔处理之后，该方法还包括表面疏水处理：对铝合金材料进行表面疏水处理，以使铝合金材料的表面的接触角≥90°。

表面疏水处理的目的是提高铝合金材料的表面的疏水性。这样，油脂、汗液、雨水不易附着在表面上，不会对铝合金材料造成腐蚀，并且不易污染铝合金材料的表面。这使得铝合金材料的耐用性良好。

进一步地，经表面疏水处理后，铝合金材料的表面的接触角≥110°。该范围内，铝合金材料的疏水性能更加优良，耐蚀性、抗污能力更强。

在一个例子中，表面疏水处理采用等离子化学气相沉积法、化学刻蚀法和激光刻蚀法中的至少一种。通过等离子化学气相沉积法能够在氧化膜的表面沉积疏水膜层。疏水膜层的表面能低于氧化膜的表面能。疏水膜层组分包括含氟碳树脂、含硅的有机单体以及其它不饱和烃及其衍生物的一种或多种。通过化学刻蚀法或者激光刻蚀法能够在氧化膜的表面形成微孔，这些微孔能够有效地降低氧化膜的表面能，从而使得表面的疏水性提高。

当然，表面疏水处理的方法不限于上述实施例，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在进行机械加工过程中，铝合金材料的表面会附着油脂、尘土等杂质。例如，润滑油、切削液等。油脂会阻止阳极氧化的进行。

在一个例子中，在进行阳极氧化前，该表面处理方法还包括采用脱脂剂对铝合金材料进行脱脂处理。例如，脱脂处理采用无机脱脂剂或者有机脱脂剂。无机脱脂剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠等中的至少一种。

在进行脱脂时，首先，将无机脱脂剂配置成水溶液。然后，将铝合金材料在水溶液中进行浸泡。无机脱脂剂能够与油脂进行皂化反应，从而去除油脂。

优选地，在加热条件下进行脱脂处理，例如，水溶液的温度为60-95℃。加热能够促进造化反应的进行，使得脱脂效果更好。

在一个例子中，脱脂采用Gal-CLEAN2脱脂剂。该脱脂剂加水稀释后呈弱碱性，其浓度为40-80g/L。脱脂后的铝合金材料用扫面电镜(SEM)观察，其表面光洁无异物。优选地，Gal-CLEAN2脱脂剂的水溶液的浓度为50g/L。

有机脱脂剂包括无水三乙醇胺、葡萄糖酸钠、腰果粉聚氧乙烯醚、乙醇、丙酮、四氯化碳、氯仿等中的至少一种。有机脱脂剂能够直接溶解油脂，从而进行脱脂。

当然，脱脂的方法不限于上述实施例，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在脱脂处理结束后，需要对铝合金材料进行中和、化抛、除灰等预处理步骤，以得到光亮洁净的表面。然后，将铝合金材料进行阳极氧化、第一次封孔处理等步骤。

以下是具体的实施例。

实施例1：

将一款7系铝合金材料经打磨抛光后，依次进行脱脂→中和→化抛→除灰→阳极氧化→第一次封孔处理→第二次封孔处理→表面疏水处理。

其中，在阳极氧化的电解液中，硫酸的浓度为120g/L，乳酸的浓度为15g/L，甘油的浓度为10g/L；氧化电压为16V，氧化温度为18℃。形成的氧化膜的厚度为10μm。

第一次封孔处理采用SEAL G10，处理时间为20-25分钟，处理温度为80-95℃。

第二次封孔处理采用SEAL G20，处理时间为10分钟，处理温度为25-30℃。

采用等离子化学气相沉积法对铝合金材料的氧化膜进行表面疏水处理，以得到疏水性薄膜。经水滴测试，该薄膜接触角为110°。

实施例2：

将一款7系铝合金材料经打磨抛光后，依次进行脱脂→中和→化抛→除灰→阳极氧化→第一次封孔处理→第二次封孔处理→表面疏水处理。

与实施例1不同的是，采用等离子化学气相沉积法对铝合金材料的氧化膜进行表面疏水处理，以得到疏水性薄膜。经水滴测试，该薄膜接触角为120°。其余步骤与实施例1相同。

对比例：

将一款7系铝合金材料经打磨抛光后，进行阳极氧化。其中，在电解液中，硫酸的浓度为180g/L。氧化电压为16V，氧化温度为18℃。形成的氧化膜的厚度10μm。

测试项目一：

上述实施例1-2以及对比例得到的铝合金材料各选取多个式样。将式样进行中性盐雾试验和耐酸汗液试验。测试结果见表1-4。

表1-实施例1-2以及对比例的铝合金材料的中性盐雾试验对比表

表2-实施例1-2以及对比例的铝合金材料的24小时酸性汗液试验对比表

表3-实施例1-2以及对比例的铝合金材料的48小时酸性汗液试验对比表

表4-实施例1-2以及对比例的铝合金材料的96小时酸性汗液试验对比表

由上述测试结果可知，在中性盐雾试验中，实施例1-2以及对比例的合格率相同。而在24小时、48小时以及96小时酸性汗液(pH＝4.5)试验中，实施例1-2的合格率明显高于对比例的合格率。这表明实施例1-2的式样的耐蚀性明显好于对比例的式样。

测试项目二：

取相同数量的实施例1-2以及对比例的式样，分别进行振动耐磨试验。首先，将各种式样分别放置到测试箱中。在测试箱中放置有氧化锆沙子。然后，振动测试箱，以使氧化锆沙子摩擦式样。测试两小时后取出式样，并观察式样的完整性。测试结果见表5。

表5-实施例1-2以及对比例的铝合金材料的振动耐磨试验对比表

由上述测试结果可知，实施例1-2的式样的耐磨性能明显好于对比例的式样。此外，第一次封孔处理能进一步提高式样的耐磨性。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种铝合金材料的表面处理方法，其中，包括：

阳极氧化：将铝合金材料放置到电解液中，进行阳极氧化，以在铝合金材料的表面形成氧化膜，所述电解液包括硫酸以及添加剂，所述添加剂包括乳酸、草酸、甘油和酒石酸中的一种或者多种；

第一次封孔处理：将所述铝合金材料放置到第一封孔液中，在第一温度下，对所述铝合金材料的表面进行第一次封孔；

第二次封孔处理：将所述铝合金材料放置到第二封孔液中，在第二温度下，所述第二温度低于所述第一温度，对所述铝合金材料的表面进行第二次封孔，所述第二封孔液中含有有机酸，所述有机酸与所述氧化膜反应，以形成有机酸铝；以及

表面疏水处理：对所述铝合金材料进行表面疏水处理，以使所述铝合金材料的表面的接触角≥90°。

2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，在所述电解液中，硫酸的浓度为40-180g/L，乳酸的浓度为0-30g/L，草酸的浓度为0-80g/L，甘油的浓度为0-20g/L，酒石酸的浓度为0-30g/L。

3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，在所述电解液中，硫酸的浓度为40-79g/L，所述添加剂包括乳酸、草酸和甘油中的至少一种，乳酸的浓度为2-10g/L，草酸的浓度为8-40g/L,甘油的浓度为2-8g/L。

4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述第一封孔液包括醋酸镍封孔剂和第一助剂，所述第一助剂包括十六烷基二苯醚二磺酸钠、柠檬酸钠、甘油和缓蚀剂。

5.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述第二封孔液包括有机醇、所述有机酸、有机酸盐、表面活性剂和缓蚀剂，有机酸包括硬脂酸、磺酸、柠檬酸、乳酸中的一种或多种；表面活性剂包括聚乙二醇十二烷基酸酯、聚乙二醇硬脂酸酯、聚氧乙烯十八烷基醚单肉豆蔻酸十甘油酯、聚氧乙烯硬化麻油中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其中，所述第一温度为80-98℃，所述第二温度为20-80℃。

7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的表面处理方法，其中，所述氧化膜的厚度为3-25μm。

8.根据权利要求1-6中的任意一项所述的表面处理方法，其中，所述表面疏水处理采用等离子化学气相沉积法、化学刻蚀法或者激光刻蚀法。

9.根据权利要求1-6中的任意一项所述的表面处理方法，其中，在进行阳极氧化时，氧化电压为8-20V，氧化温度为15-25℃，氧化时间为20分钟-180分钟。

10.根据权利要求1-6中的任意一项所述的表面处理方法，其中，经表面疏水处理后，所述铝合金材料的表面的接触角≥110°。