CN109609986A - 一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法 - Google Patents

一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法。对压铸铝合金进行活化前处理，然后在活化前处理后的压铸铝合金表面进行镀铝工艺，最后在镀铝表面进行阳极氧化处理。通过本发明方法，可在压铸铝合金上获得外观色泽均匀的阳极氧化膜，可解决目前产品结构复杂的铝合金件只能采用CNC切铣加工成型后阳极氧化而导致产品的加工效率低、成本高的问题，且方法绿色环保。

Description

一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法
技术领域
本发明属于表面技术中新型的离子液体电镀技术的一种压铸铝合金表面处理方法，尤其是涉及了应用于手机外壳的一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法。
背景技术
铝合金具有比强度高、导热性好的特点，广泛应用于交通、通讯，以及航空航天等领域。铝合金根据其成分及加工方式不同，可分为变形铝合金和铸造铝合金。其中铸造铝合金具有良好的流动性，可直接铸成各种形状复杂的甚至是薄壁的成型件。铝合金的铸造技术可分为重力铸造、砂模铸造、压力铸造等，其中压力铸造尺寸精度好、生产效率高，在通讯、交通等量大面广、性能要求高的产品生产中得到广泛应用。
由于铝是热力学活泼金属，因此铝合金耐蚀性较差。另一方面，铝合金虽然比强度高，但其硬度偏低、耐磨性不高。为了提高铝合金的耐磨、抗蚀性能，目前普遍采用阳极氧化技术，在铝合金表面形成高硬度的氧化膜，该氧化膜还能阻挡腐蚀介质与铝合金基体接触，起到抗腐蚀作用。此外，由于阳极氧化形成的氧化膜具有多孔的结构，因此，可以进一步通过着色的技术，提高表面的装饰性。
然而，生产实践中，对压铸铝合金进行阳极氧化，其外观色泽及其均匀性一直以来都无法满足使用的要求。这是因为：压铸铝合金通常需要添加硅等合金元素，以降低其熔点，提高熔液的流动性。而硅的存在导致铸造铝合金组织不均一，使合金易与阳极处理液发生反应使基体腐蚀，并且硅的导电性差，因此压铸铝阳极氧化时成膜质量差。
为解决上述问题，人们一方面试图开发出可阳极氧化的压铸铝合金，如专利2015102782309公开了一种可阳极氧化的压铸铝合金：铝硅铁锰稀土合金，在硅含量为0.10～2.0wt％的基础上，添加了稀土和钴或镍等元素。另一方面，则更多地试图通过新工艺、新设备来解决压铸铝合金阳极氧化存在的问题。例如：专利2008101555219提出通过对铝合金压铸毛坯进行适量的机械加工，之后对表面喷砂处理，然后阳极氧化。专利2013104572895提出将压铸件除油后，进行磨料水射流抛光处理，然后采用矩形波脉冲电压进行阳极氧化，再染色和封孔得到成品。专利2017110866752主要采用含HNO3、HF和醋酸的溶液，对压铸产品进行脱硅除膜，以及新配方新工艺弱酸阳极氧化，实现了压铸铝合金的阳极氧化。但是，这些方法对提高外观色泽均匀性方面效果有限，因此一直未能得到实际应用。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法。本发明采用离子液体镀铝技术，在压铸铝合金表面制备铝镀层，然后对铝镀层进行阳极氧化。也就是说，将压铸铝合金阳极氧化转变为纯铝的阳极氧化，由此从根本上解决硅等合金元素对阳极氧化的不良影响带来的技术问题，同时在手机外壳上制备能容易获得表面色泽均匀的技术效果。
如图1所示，本发明方法包括以下主要步骤：
本发明方法包括三个步骤：1)活化；2)镀铝；3)阳极氧化。
对压铸铝合金进行活化前处理，在阳极氧化前进行活化和镀铝处理，然后在活化前处理后的压铸铝合金表面进行镀铝工艺，最后在镀铝表面进行阳极氧化处理。
所述方法具体包括：
(1)活化
压铸铝合金是含硅的不均匀组织。由于各组织的化学性质不同，因此，采用常规的碱洗、酸洗方法难以获得良好的前处理效果。为此，本发明首先提出了一种针对压铸铝合金的新活化前处理方法，在有效去除氧化膜的同时，保证了组织的均匀溶解。
以氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体为活化液，将压铸铝合金和铝板置入惰性保护气体环境下的活化液中，压铸铝合金基体为阳极，铝板为阴极，通电活化；控制活化电流密度为1.5～5.0A/dm2，时间15～60s，温度为常温，活化在N2惰性保护气体环境中进行。活化电流密度过小，压铸铝合金会局部溶解，活化电流密度过大，压铸铝合金会过腐蚀。
本步骤的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中，氯化铝与氯化1-乙基3-甲基咪唑的摩尔比为1.2～2.0。
本发明在镀铝前通过特殊的活化前处理去除压铸铝合金表面有的氧化膜，使后续的纯铝镀层与压铸铝合金表面基体具有优良的结合。
(2)镀铝
以氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体为镀液，将活化后的压铸铝合金和铝板置入惰性保护气体环境下的镀液中，以活化后的压铸铝合金基体为阳极，铝板为阴极，通电镀铝；控制镀铝电流密度为1.5～8.0A/dm2，通电时间480～1400s，温度为常温～60℃，镀铝在N2惰性保护气体环境中进行；镀铝后获得的铝镀层厚度为7～15μm。厚度过大，镀铝时间长；厚度过小，基体对阳极氧化有影响，色泽易产生不均匀。
本步骤的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中，氯化铝与氯化1-乙基3-甲基咪唑的摩尔比为1.5～2.0。
(3)阳极氧化
将镀铝后的压铸铝合金置入阳极氧化溶液中进行表面氧化处理，阳极氧化溶液采用硫酸溶液，其中，硫酸浓度150～200g/L，阳极氧化的温度18～22℃，电压10～14V，时间30～60min，最终使得氧化膜厚度为8～12μm，残留铝镀层厚度为0～7μm。
经阳极氧化后的压铸铝合金，最终根据对外观色泽的要求，经常规的有机染料着色后封孔。
所述压铸铝合金为手机外壳用压铸铝。
本发明具有的优点和有益效果：
通过本发明方法，可在压铸铝合金上获得外观色泽/厚度均匀的阳极氧化膜，可解决目前产品结构复杂的铝合金件只能采用CNC切铣加工成型后阳极氧化而导致产品的加工效率低、成本高的问题。
此外，所用的离子液体为环保型溶液，且整个过程中不使用氢氟酸、硝酸等对环境产生污染的化学品，方法绿色环保。
附图说明
图1为本发明方法处理流程图；
图2为手机壳的结构层示意图；
图3为实施例1的S33N阳极氧化着色后截面形貌的SEM图(10V、60min)；
图4为实施例2的S33N阳极氧化着色后截面形貌的SEM图(14V、30min)；
图5为实施例3的KA07阳极氧化着色后截面形貌的SEM图(12V、45min)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的实施例如下：
实施例1
经砂纸打磨的S33N(韩国牌号，6.2～6.7wt％Si)压铸铝合金，经超声波辅助水洗后热风吹干，然后放入N2保护气氛手套箱内的摩尔比为2.0的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中。将压铸铝合金和铝板分别与直流电源的正极和负极连接。设置活化电流密度为5.0A/dm2，常温下通电活化，时间15s。
之后，将活化后的压铸铝合金放入加热到60℃的摩尔比为1.5的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中，活化后的压铸铝合金和铝板分别与直流电源的负极和正极连接，设置镀铝电流密度为8.0A/dm2，通电时间480s，镀层厚13μm。
镀铝样品清洗后，在180g/L的硫酸溶液中，18℃、10V阳极氧化60min。
最终形成如图2所示的表面结构。
结果如图3所示，氧化膜厚8μm，残留铝镀层厚7μm，其中铝镀层与基体结合良好。
实施例2
经砂纸打磨的S33N压铸铝合金，经超声波辅助水洗后热风吹干，然后放入N2保护气氛手套箱内的摩尔比为1.8的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中。将压铸铝合金和铝板分别与直流电源的正极和负极连接。设置活化电流密度为4.0A/dm2，常温下通电活化，时间20s。
之后，将活化后的压铸铝合金放入加热到50℃的摩尔比为1.8的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中，活化后的压铸铝合金和铝板分别与直流电源的负极和正极连接。设置镀铝电流密度为5.0A/dm2，通电时间900s，镀层厚15μm。
镀铝样品清洗后，在200g/L的硫酸溶液中，21℃、14V阳极氧化30min。
最终形成如图2所示的表面结构。
结果如图4所示，氧化膜厚12μm，残留铝镀层厚5μm，其中铝镀层与基体结合良好。
实施例3
经砂纸打磨的KA07(韩国牌号，<0.2wt％Si)压铸铝合金，经超声波辅助水洗后热风吹干，然后放入N2保护气氛手套箱内的摩尔比为1.5的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中。将压铸铝合金和铝板分别与直流电源的正极和负极连接。设置活化电流密度为1.5A/dm2，常温下通电活化，时间60s。
之后，将活化后的压铸铝合金放入摩尔比为2.0的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中，活化后的压铸铝合金和铝板分别与直流电源的负极和正极连接。设置镀铝电流密度为1.5A/dm2，常温下通电时间1400s，镀层厚7μm。
最终形成如图2所示的表面结构。
镀铝样品清洗后，在150g/L的硫酸溶液中，22℃、12V阳极氧化45min。
结果如图5所示，氧化膜约厚8μm，且氧化膜与基体直接接触，铝镀层无残留。

Claims (7)

1.一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法，其特征在于：对压铸铝合金进行活化前处理，然后在活化前处理后的压铸铝合金表面进行镀铝工艺，最后在镀铝表面进行阳极氧化处理。
2.根据权利要求1所述的一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法，其特征在于：所述方法具体包括：
(1)活化
以氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体为活化液，将压铸铝合金和铝板置入惰性保护气体环境下的活化液中，压铸铝合金基体为阳极，铝板为阴极，通电活化；
(2)镀铝
以氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体为镀液，将活化后的压铸铝合金和铝板置入惰性保护气体环境下的镀液中，以活化后的压铸铝合金基体为阴极，铝板为阳极，通电镀铝；
(3)阳极氧化
将镀铝后的压铸铝合金置入阳极氧化溶液中进行表面氧化处理，阳极氧化溶液采用硫酸溶液，其中，硫酸浓度150～200g/L，阳极氧化的温度18～22℃，电压10～14V，时间30～60min，最终使得氧化膜厚度为8～12μm，残留铝镀层厚度为0～7μm。
3.根据权利要求2所述的一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法，其特征在于：所述活化步骤(1)中，控制活化电流密度为1.5～5.0A/dm2，时间15～60s，温度为常温，活化在N2惰性保护气体环境中进行。
4.根据权利要求2所述的一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法，其特征在于：所述步骤(1)的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中，氯化铝与氯化1-乙基3-甲基咪唑的摩尔比为1.2～2.0。
5.根据权利要求2所述的一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法，其特征在于：所述步骤(2)镀铝后获得的铝镀层厚度为7～15μm。
6.根据权利要求2所述的一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法，其特征在于：所述镀铝步骤(2)中，控制镀铝电流密度为1.5～8.0A/dm2，通电时间480～1400s，温度为常温～60℃，镀铝在N2惰性保护气体环境中进行。
7.根据权利要求2所述的一种压铸铝合金离子液体镀铝阳极氧化方法，其特征在于：所述步骤(2)的氯化铝-氯化1-乙基3-甲基咪唑离子液体中，氯化铝与氯化1-乙基3-甲基咪唑的摩尔比为1.5～2.0。
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