CN110129855B - 一种铝合金防腐的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金防腐的表面处理方法，包括表面预处理、阳极氧化、化学处理和封孔四个步骤。本发明首先对经过表面预处理后的铝合金进行阳极氧化处理，使铝合金表面形成氧化铝膜，然后浸入由硝酸铈、氟锆酸钾或氟钛酸钾、硝酸、六偏磷酸钠、磷酸二氢锰和水配置而成的化学处理液中进行化学处理，使铝合金表面生成由氧化铝、合金氧化物、磷酸盐，钛酸盐或锆酸盐等组成致密的膜，同时膜具有非常大的电阻，大大提高铝合金的耐腐蚀性。最后采用低表面能材料十六烷酸进一步进行封孔处理进一步增加铝合金表面膜的致密性，同时可以使得封孔后的铝合金表面的膜具有较强的疏水性，可避免吸附有害物质而被污染或腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金表面防腐处理工艺领域，具体为一种铝合金防腐的表面处理方法。
背景技术
铝合金工件在使用的腐蚀环境中表现出较强的电化学腐蚀倾向，耐腐蚀性较差，需对其进行表面处理后使用。常用的防腐蚀的方法，如电镀法、喷涂法、微弧法、铬转化膜法、等离子体注入法、阳极氧化法等，它们具有较好的抗腐蚀能力，但前述方法要么防腐涂层质量较差，与基体结合力不大，要么对环境有害，要么成长条件要求苛刻，很难实现批量化生产，且成本高。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种铝合金防腐的表面处理方法，本发明提供的铝合金防腐的表面处理方法成本低、可以大大提高铝合金的耐腐蚀性。
本发明提供了一种铝合金防腐的表面处理方法，包括：
步骤S1、表面预处理：将铝合金进行打磨、抛光，然后在丙酮中超声洗涤除油，洗涤结束后用氮气吹干；
步骤S2、阳极氧化：对经过步骤S1处理后的铝合金进行阳极氧化，以在所述铝合金基材外表面形成阳极氧化层；
步骤S3、化学处理：将经过步骤S2阳极氧化处理得到的铝合金浸泡于化学处理液中，浸泡预设时间，所述化学处理液中含有以下成分：硝酸铈5～10g/L、氟锆酸钾或氟钛酸钾3～5g/L、硝酸100～150g/L、六偏磷酸钠1～2g/L、磷酸二氢锰0.5～1g/L；
步骤S4、封孔：将经过步骤S3化学处理得到的铝合金进行封孔处理后洗涤、烘干。
其中，步骤S2中所述阳极氧化采用硫酸与草酸组成的电解液，所述电解液中硫酸浓度为100～200g/L、草酸浓度为2～5g/L。
优选的，步骤S2中阳极氧化还必须满足以下条件：电流为直流电源，电压为10～20V，电流密度为1～2A/dm2，温度为20～30℃，时间为20～30分钟。
优选的，步骤S3中所述预设时间为5～6分钟。
优选的，步骤S4中所述封孔处理为将经过化学处理得到的铝合金浸泡于十六烷酸乙醇溶液中，浸泡温度为室温，浸泡时间为1～2小时。
优选的，所述十六烷酸乙醇溶液的浓度为5～20mmol/L。
优选的，步骤S4中所述封孔处理为将经过化学处理得到的铝合金浸泡于熔融的十六烷酸中，浸泡温度为70～80℃，浸泡时间为30～40分钟。
本发明提供了一种铝合金防腐的表面处理方法，先对铝合金进行阳极氧化处理，使铝合金表面形成氧化铝膜，然后进行化学处理，使铝合金表面生成由氧化铝、合金氧化物、磷酸盐，钛酸盐或锆酸盐等组成致密的膜，最后采用低表面能材料十六烷酸进一步进行封孔处理，使得封孔后的铝合金表面的膜具有较强的疏水性，可避免吸附有害物质而被污染或腐蚀。同时，处理后的表面膜具有非常大的电阻，大大提高铝合金的耐腐蚀性。另外，相比现有技术，本发明提供的方法不使用含铬试剂，膜层中不含氧化铬，对环境友好，毒性小。
附图说明
图1是本发明实施例1处理后的铝合金样品表面润湿特性示意图。
图2未经处理的铝合金试样以及经本发明实施例1处理后的铝合金样品表面动电位极化曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种铝合金防腐的表面处理方法，包括：
步骤S1、表面预处理：将铝合金进行打磨、抛光，然后在丙酮中超声洗涤除油，洗涤结束后用氮气吹干；
步骤S2、阳极氧化：对经过步骤S1处理后的铝合金进行阳极氧化，以在所述铝合金基材外表面形成阳极氧化层；
步骤S3、化学处理：将经过步骤S2阳极氧化处理得到的铝合金浸泡于化学处理液中，浸泡预设时间，所述化学处理液中含有以下成分：硝酸铈5～10g/L、氟锆酸钾或氟钛酸钾3～5g/L、硝酸100～150g/L、六偏磷酸钠1～2g/L、磷酸二氢锰0.5～1g/L；
步骤S4、封孔：将经过步骤S3化学处理得到的铝合金进行封孔处理后洗涤、烘干。
本发明首先将铝合金的表面打磨、抛光，然后在丙酮中超声洗涤除油，洗涤结束后用氮气进行一次吹干。本发明对丙酮的来源没有特殊限制，采用本领域人员熟知的丙酮的市售商品即可。
铝合金表面预处理后，本发明对铝合金采用硫酸为100～200g/L，草酸为2～5g/L组成的电解液进行阳极氧化处理使铝合金表面产生致密的Al2O3氧化膜。本发明中，电源采用直流电源，电压为10～20V，阳极氧化处理的电流密度为1～2A/dm2，温度为20～30℃，时间为20～30分钟。本发明中，所述阳极氧化处理过程中，以待处理的铝合金为阳极，阴极优选为铅板。
阳极氧化处理后，本发明将表面具有致密氧化膜的铝合金浸入配置好的化学处理液中进行化学处理。本发明中浸泡时间优选为5～6分钟。本发明中的化学处理液由硝酸铈、氟锆酸钾或氟钛酸钾、硝酸、六偏磷酸钠和磷酸二氢锰溶于水制备而成，其中各成分含量为硝酸铈5～10g/L、氟锆酸钾或氟钛酸钾3～5g/L、硝酸100～150g/L、六偏磷酸钠1～2g/L、磷酸二氢锰0.5～1g/L。本发明中化学处理的步骤为：将经过阳极氧化处理后的铝合金浸入化学处理液中，在室温下反应5～6分钟，然后取出洗涤烘干。本发明通过将经过阳极氧化后表面形成氧化膜Al2O3的浸在化学处理液中，使化学处理液中的Mn2+、Ce4+、Zr4+或Ti4+进入Al2O3晶格，部分取代Al3+，或者发生化学反应，最终形成致密的由Al2O3、合金氧化物、磷酸盐，钛酸盐或锆酸盐复合而成的膜。该膜与Al2O3膜相比，与基体结合更牢固，膜更为致密，厚度更大，具有非常大的电阻，可以阻止有害物质向铝合金基体的渗透，同时，即使产生腐蚀，腐蚀电流也很小，因此具有优异的耐腐蚀性能。
化学处理后，将处理后的铝合金置入5～20mmol/L十六烷酸的乙醇溶液中一段时间，浸泡时间优选为1～2小时，然后取出进行烘干处理，或者浸渍于70℃～80℃熔融的十六烷酸一段时间，浸泡时间优选30～40分钟，依次用无水乙醇超声洗涤，去离子水超声洗涤，烘干。经过处理后的铝合金的表面复合膜中形成部分羧酸盐实现封孔，进一步提高膜的致密性。同时，低表面能材料十六烷酸处理后，表面水滴静态接触角增大，提高疏水性，可避免吸附有害物质而被污染或腐蚀。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
1.1样品处理
铝合金打磨、抛光，丙酮超声洗涤6分钟后，用氮气进行一次吹干；将清洗干净后的铝合金放入由150g/L的硫酸和5g/L的草酸组成的电解液中进行阳极氧化，处理温度为25℃，电压为10V，电流密度为1.5A/dm2，时间为30分钟；将化学处理后的铝合金浸入化学处理液中，在室温下反应6分钟；将经过化学处理后的铝合金置入15mmol/L十六烷酸的乙醇溶液中2小时，然后取出进行烘干处理，得到具有致密复合膜的铝合金。
本实施例中，化学处理液中各组分含量如下：
1.2表征和测试
采用德国dataphysics公司提供的视频光学接触角测量仪(OCA15Pro)测量所得铝合金表面的接触角，结果显示，其静态接触角为163.1°，表现出较好的超疏水特性。
铝合金经表面处理前后的动电位极化曲线如图2所示，结果显示腐蚀电流密度相较未处理铝合金样品明显下降，结果表明，经本发明方法表面处理后的铝合金的耐腐蚀性增强。
实施例2
步骤(3)中硝酸铈组分为10g/L，氟钛酸钾(K2TiF6)10g/L，硝酸150g/L，六偏磷酸钠1g/L，磷酸二氢锰1g/L，处理时间5分钟。其它同实施例1。
实施例2表面处理得到的铝合金样品表面的触角为162.9°，表现出较好的超疏水特性。
实施例3
步骤(3)中硝酸铈组分为8g/L，氟锆酸钾(K2ZrF6)8g/L，硝酸100g/L，
六偏磷酸钠1g/L，磷酸二氢锰1g/L，处理时间5分钟。步骤(4)中将经过化学处理后的铝合金置入80℃熔融的十六烷酸中30分钟，其它同实施例1。
实施例3表面处理得到的铝合金样品表面的触角为163.2°，表现出较好的超疏水特性。
实施例2，实施例3铝合金样品处理后的腐蚀电流密度基本与实施例1相等，相较未处理铝合金样品均有明显下降，说明本发明方法表面处理后的铝合金的耐腐蚀性增强。
实验例:
本发明处理后的铝合金板耐腐蚀性检测：
以同样的铝合金板材为实验材料，分别将实施例方法防腐处理与未防腐处理对比组的铝合金样品完全浸泡到腐蚀液中，腐蚀液为3％NaCl和1％双氧水溶液，实验温度为室温，每隔1天换一次腐蚀液，分别在24h、48h、96h取出样品，清除表面腐蚀产物，去离子水冲洗干燥后称重，对比腐蚀前后质量损失率，如表1。
表1实验样品不同实验点时的质量损失率
表1结果可见，铝合金经过本发明方法处理后能有效提高其防腐性能。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种铝合金防腐的表面处理方法，其特征在于，包括：
步骤S1、表面预处理：将铝合金进行打磨、抛光，然后在丙酮中超声洗涤除油，洗涤结束后用氮气吹干；
步骤S2、阳极氧化：对经过步骤S1处理后的铝合金进行阳极氧化，以在所述铝合金基材外表面形成阳极氧化层；
步骤S3、化学处理：将经过步骤S2阳极氧化处理得到的铝合金浸泡于化学处理液中，浸泡预设时间，所述化学处理液中含有以下成分：硝酸铈5～10g/L、氟锆酸钾或氟钛酸钾3～5g/L、硝酸100～150g/L、六偏磷酸钠1～2g/L、磷酸二氢锰0.5～1g/L；
步骤S4、封孔：将经过步骤S3化学处理得到的铝合金进行封孔处理后洗涤、烘干；
其中，步骤S2中所述阳极氧化采用硫酸与草酸组成的电解液，所述电解液中硫酸浓度为100～200g/L、草酸浓度为2～5g/L。
2.根据权利要求1所述的铝合金防腐的表面处理方法，其特征在于，步骤S2中所述阳极氧化还必须满足以下条件：电源 为直流电源，电压为10～20V，电流密度为1～2A/dm2，温度为20～30℃，时间为20～30分钟。
3.根据权利要求1所述的铝合金防腐的表面处理方法，其特征在于，步骤S3中所述预设时间为5～6分钟。
4.根据权利要求1所述的铝合金防腐的表面处理方法，其特征在于，步骤S4中所述封孔处理为将经过化学处理得到的铝合金浸泡于十六烷酸乙醇溶液中，浸泡温度为室温，浸泡时间为1～2小时。
5.根据权利要求4所述的铝合金防腐的表面处理方法，其特征在于，所述十六烷酸乙醇溶液的浓度为5～20mmol/L。
6.根据权利要求1所述的铝合金防腐的表面处理方法，其特征在于，步骤S4中所述封孔处理为将经过化学处理得到的铝合金浸泡于熔融的十六烷酸中，浸泡温度为70～80℃，浸泡时间为30～40分钟。
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