CN110552041B

CN110552041B - 金属材料的表面处理方法

Info

Publication number: CN110552041B
Application number: CN201910872077.0A
Authority: CN
Inventors: 马力; 刘鸿章; 韩梅; 辛阳阳; 李晓智
Original assignee: Goertek Inc
Current assignee: Goertek Inc
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2039-09-16
Also published as: CN110552041A

Abstract

本发明公开了一种金属材料的表面处理方法。该表面处理方法包括：极氧化处理：在所述金属材料的表面形成氧化膜；染色处理：将所述金属材料浸入染料溶液中，以对所述氧化膜进行染色；第一次封孔处理：采用第一封孔液对所述氧化膜进行封孔，其中，所述第一封孔液中含有主剂、碱性物质和阴离子形表面活性剂；第二次封孔处理：采用第二封孔液对所述氧化膜进行封孔处理，所述第一封孔液和所述第二封孔液均为无镍封孔液。

Description

金属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，涉及一种金属材料的表面处理方法。

背景技术

铝及铝合金需要通过阳极氧化处理，以提高其表面的耐蚀性。通常氧化膜的厚度可达10～40μm。然而，阳极氧化膜质脆且存在大量微孔结构。微孔结构可以进行染色。但是，微孔结构遇到腐蚀性物质时，容易发生点蚀。为了避免点蚀，通常采用封孔处理对微孔进行封堵。

封孔处理主要是利用化学反应、水解反应，使无机物和/或有机物填充到微孔中，以减缓腐蚀的发生。目前行业中对氧化膜的封孔主要要热封孔，冷封孔，中温封孔三种。封孔处理包括热封孔和冷封孔。其中，热封孔是在接近沸点的纯水中，利用水与氧化膜层之间发生反应，会生成一些水合化合物，以此将微孔进行封闭。

冷封孔是在常温操作的封孔方法。该方法是在孔中沉淀耐蚀的化合物，又称充填式封孔。

冷封孔方法通常采用一次封孔。即将染色后的铝等金属材料，浸入封孔剂中，在设定的温度、封孔剂浓度、pH值条件下浸泡设定时间，从而完成封孔操作。

然而，这种封孔处理的封孔效果不理想，金属材料的耐用性差。

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金属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，提供了一种金属材料的表面处理方法。该表面处理方法包括：

阳极氧化处理：在所述金属材料的表面形成氧化膜；

染色处理：将所述金属材料浸入染料溶液中，以对所述氧化膜进行染色；

第一次封孔处理：采用第一封孔液对所述氧化膜进行封孔，其中，所述第一封孔液中含有主剂、碱性物质和阴离子形表面活性剂；

第二次封孔处理：采用第二封孔液对所述氧化膜进行封孔处理，所述第一封孔液和所述第二封孔液均为无镍封孔液。

可选地，所述碱性物质包括含有氯化铵的溶液。

可选地，所述阴离子形表面活性剂包括羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐中的至少一种。

可选地，在所述阳极氧化处理中，电解液的温度为：15～25℃，处理时间为：2500～3500s，氧化电压为：10～20V。

可选地，在所述染色处理中，染料溶液的温度为15～80℃，处理时间为200～1000s，染料溶液的pH值为4.0～6.0。

可选地，在所述第一次封孔处理中，第一封孔液的温度为70～90℃，处理时间为800～1400s，第一封孔液的pH为4.0～7.0。

可选地，第二封孔液的温度为80～100℃，处理时间为2000～3000s，第二封孔液的pH为5.0～7.0。

可选地，所述金属材料为纯铝、5XXX系铝合金、6XXX系铝合金或7XXX系铝合金。

可选地，所述氧化膜的厚度为3-25μm。

可选地，在进行阳极氧化处理时，所述金属材料加速或者减速进入电解液中。

根据本公开的一个实施例，第一次封孔处理起到固定染料的作用，即固色作用。在第一次封孔处理中，主剂为能够填充到孔隙中起到封孔作用的药剂。主剂可以采用本领域常用的药剂。碱性物质能够水解生成OH^-。OH^-的使得第一封孔液更易和氧化膜作用，从而起到封孔的作用。阴离子型表面活性剂能够起到润湿的作用，从而使得主剂能够在氧化膜上分散更均匀，封孔效果更好。

此外，第一封孔液与氧化膜的反应产物的稳定性良好，故使得在第二次封孔处理时，染料不易从氧化膜的孔隙中析出。第二次封孔处理能够提高氧化膜的表面性能。

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是根据本公开的实施例的一种金属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，提供了一种金属材料的表面处理方法。如图1所示，该表面处理方法包括：

阳极氧化处理：在金属材料的表面形成氧化膜；

染色处理：将金属材料浸入染料溶液中，以对氧化膜进行染色；

第一次封孔处理：采用第一封孔液对氧化膜进行封孔，其中，第一封孔液中含有主剂、碱性物质和阴离子形表面活性剂；

第二次封孔处理：采用第二封孔液对氧化膜进行封孔处理，第一封孔液和第二封孔液均为无镍封孔液。

阳极氧化处理的目的是在金属材料表面形成氧化膜。阳极氧化处理在电解液中进行。例如，电解液为硫酸溶液、磷酸溶液、草酸溶液中的至少一种。例如，金属材料通过挂具悬挂的方式进入电解液中。在设定的电压下，作为阳极的金属材料表面被氧化，以形成氧化膜。

例如，金属材料为纯铝、5XXX系铝合金、6XXX系铝合金或7XXX系铝合金。上述材料在表面形成的氧化膜的速度快、氧化膜的性质稳定。

例如，在阳极氧化处理中，电解液的温度为：15～25℃，处理时间为：2500～3500s，氧化电压为：10～20V。在上述工艺条件下，氧化膜均匀、完整。在氧化膜的表面、内部能够形成微米级、纳米级、微纳级孔隙。这些孔隙能够吸附染料，从而使得金属材料的染色效果更加优良。

例如，氧化膜的厚度为3-25μm。在该范围内，氧化膜的染色效果良好，并且金属材料的结构强度高。

例如，在染色处理中，染料溶液的温度为15～80℃，处理时间为200～1000s，染料溶液的pH值为4.0～6.0。在上述工艺条件下，染料能够充分地进入氧化膜的孔隙内，从而使氧化膜着色。

第一次封孔处理起到固定染料的作用，即固色作用。在第一次封孔处理中，主剂为能够填充到孔隙中起到封孔作用的药剂。主剂可以采用本领域常用的药剂。碱性物质能够水解生成OH^-。OH^-使得第一封孔液更易和氧化膜作用生成AlO₂ ^-，从而起到封孔的作用。阴离子型表面活性剂能够起到润湿的作用，从而使得主剂能够在氧化膜上分散更均匀，封孔效果更好。

此外，第一封孔液与氧化膜的反应产物的稳定性良好，故使得在第二次封孔处理时，染料不易从氧化膜的孔隙中析出。第二次封孔处理能够提高氧化膜的表面耐腐蚀性能。

此外。第一封孔液和第二封孔液均为无镍封孔液，这使得表面处理后的金属材料不含有镍，对人体的健康危害小。

在一个例子中，碱性物质包括含有氯化铵的溶液。含有氯化铵的溶液包括氨水、氨水与其他物质的混合溶液等。氯化铵能够电离出NH₃ ⁺根和OH^-根。并且氯化铵能够与一水合氨(即NH₃·H₂O)形成电离平衡，从而保证第一封孔液中OH^-根的浓度稳定。

此外，含有氯化铵的溶液具有较小的碱性，从而不会与氧化膜发生反应，保证了氧化膜的稳定性。

当然，碱性物质还可以是NaOH、KOH、Na₂CO₃、NaHCO₃以及碱性有机物等物质。

在一个例子中，阴离子形表面活性剂包括羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐中的至少一种。上述表面活性剂均能够起到润湿的作用。

优选地，阴离子型表面活性剂为烷基磺酸钠。该物质的润湿效果良好。氧化膜的表面性能良好。

在一个例子中，在第一次封孔处理中，第一封孔液的温度为70～90℃，处理时间为800～1400s，第一封孔液的pH为4.0～7.0。在该工艺条件下，第一次封孔处理的固色效果良好。

在一个例子中，在第一次封孔处理中，第二封孔液的温度为80～100℃，处理时间为2000～3000s，第二封孔液的pH为5.0～7.0。在该工艺条件下，氧化膜的表面性能优良。

在一个例子中，在进行阳极氧化处理时，金属材料加速或者减速进入电解液中。采用加速或者减速的方式将金属材料进入电解液中，由于金属材料的不同部位在电解液中停留的时间不同，故氧化膜的厚度不同。例如停留时间越长，则氧化膜的厚度越大；反之，停留时间越短，则氧化膜的厚度越小。通过控制金属材料进入电解液中的加速度，使得氧化膜的厚度呈梯度变化，而不是形成均一厚度的氧化膜。

在进行染色处理时，染料进入氧化膜形成的孔隙中，从而使氧化膜呈现色彩。氧化膜的厚度不同在进行染色时，金属材料表面呈现的颜色深、浅不同。

例如，厚度越大，则孔隙的深度越大，能够容纳更多的染料，该部位染色后的颜色越深；反之，厚度越小，则孔隙的深度越小，能够容纳较少的染料，该部位染色后的颜色越浅。由于氧化膜的厚度呈梯度变化，故在染色后，金属材料的颜色呈梯度变化，即形成渐变色。

本领域技术人员可以通过控制阳极氧化时间的长、短，来控制氧化膜的厚度。

在一个例子中，在进行阳极氧化之前，还包括前处理。例如，前处理为包括冲洗、脱脂、中和、化学抛光、水洗等步骤。其中，冲洗的目的是去除金属材料表面的灰尘、泥土等杂质。脱脂的目的是去除金属材料表面的油脂，防止油脂覆盖在金属材料表面，减缓阳极氧化的速度。化学抛光的目的是使金属材料表面变得平整、均一。水洗能够去除上述步骤残留的药剂以及产生的杂质等。

在一个例子中，在进行封孔处理之后还包括后处理。后处理包括对金属材料进行除灰、水洗烘干处理等步骤。

<实施例>

在该实施例中，金属材料为6063系铝合金材料。电解液为硫酸溶液。

S1、对6063系铝合金材料的表面进行前处理；

S2、将铝合金浸入电解液中，以进行阳极氧化处理；硫酸溶液的浓度为210g/L，阳极氧化处理的工艺参数：硫酸溶液的温度为19℃，处理时间为2800s，氧化电压为15V；

S3、将铝合金材料浸入染料溶液中，以进行染色处理；染料的颜色为木炭黑；染色处理的工艺参数：染料溶液的温度为20℃，处理时间为240s，pH值为5.0；

S4、对染色处理后的铝合金材料进行第一次封孔处理；其中，第一封孔液为瑞士科莱恩生产的SH-2；第一次封孔处理的工艺参数：第一封孔液的浓度为5ml/L，第一封孔液的温度为80℃，处理时间：1200s，第一封孔液的pH为5.5；

S5、对铝合金材料进行第二次封孔处理；其中，第二封孔液为瑞士科莱恩生产的ES-1；第二次封孔的工艺参数：第二封孔液的浓度为12ml/L，第二封孔液的温度为95℃，处理时间为2400s，第二封孔液的pH为6.0；

S6、后处理；对铝合金材料进行除灰、热水洗、水洗、烘干等后处理步骤，最终得到带有颜色的铝合金产品。

为了检验封孔质量，对铝合金产品进行测试。

一、样品失重测试

1)测试液的配制：

称量铬酸酐20.0±0.5g；

量取35.0±0.5ml质量浓度为85％磷酸；

将两种物质用纯水稀释到1000ml；

2)测量：称量面积为A(单位：d㎡)的样品的重量精确到0.001g，记为W1；将样品放置到38±0.1℃的测试液中，恒温放置15±0.1min；

将被测样品移出测试液后，用纯水冲净，然后用热空气干燥，并再次称量样品的重量，精确到0.001g，记为W2；

计算方法：X(mg/d㎡)＝(W1-W2)/A。评价标准：X＜30mg/d㎡，即X小于30mg/d㎡为合格。

表1为连续五天每天抽取3个样品进行失重测试的结果。

从表格中可以看出，所有样品每平方分米的失重量均远小于30mg。本发明实施例的样品的表面阳极氧化后无镍处理方法得到的铝合金产品封孔质量优良。

二、铝合金产品镍释放的测试

测试液的配制：

试剂A：称量1.0g丁二酮肟试剂，并置于100ml烧杯中；再用无水乙醇溶解定容至100ml；

试剂B：将35.7ml的10％氨水倒入容量瓶中，加纯水定容至100ml；

混合试剂：将试剂A与试剂B按照体积比1:1混合均匀。

检测步骤：

1)采用胶头滴管将混合试剂滴2～3滴于棉签上；

2)采用棉签在铝合金产品的表面在设定压力下往返擦拭10次；

3)观察铝合金产品的表面及棉签上的混合试剂是否变为粉红色；如果所述表面及棉签上的混合试剂变成粉红色，则说明样品表面有镍溶出；如果产品表面及棉签上的混合试剂没有变成粉红色，则说明样品表面没有镍溶出。

同一批次选取6个样品进行测试。挂具的上、中、下各取样2片。连续抽取10天的样品进行测试。

经测试，所有的样品的表面以及对应的棉签均没有变为粉红色。从镍释放测试结果可以看出，本发明实施例的表面处理方法得到的铝合金产品达到无镍标准。

三、可靠性测试。

采用上述实施例制备的样品进行可靠性测试。每个测试项目取12个样品。样品呈长方形,样品的表面积为0.3068dm²。

从可靠性测定结果可以看出，根据本发明的表面处理方法得到的样品经上述所有的测试项目测试后全部合格，该表面方法处理后的样品具有优良的耐腐蚀性能。

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

1.一种金属材料的表面处理方法，其特征在于：包括：

阳极氧化处理：在所述金属材料的表面形成氧化膜；

第一次封孔处理：采用第一封孔液对所述氧化膜进行封孔，其中，所述第一封孔液中含有主剂、碱性物质和阴离子型表面活性剂，所述碱性物质包括含有氯化铵的溶液，在所述第一次封孔处理中，第一封孔液的温度为80℃，处理时间为1200s，第一封孔液的pH为5.5；

第二次封孔处理：采用第二封孔液对所述氧化膜进行封孔处理，所述第一封孔液和所述第二封孔液均为无镍封孔液；第二封孔液的温度为95℃，处理时间为2400s，第二封孔液的pH为6.0。

2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于：所述阴离子型表面活性剂包括羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于：在所述阳极氧化处理中，电解液的温度为：15～25℃，处理时间为：2500～3500s，氧化电压为：10～20V。

4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于：在所述染色处理中，染料溶液的温度为15～80℃，处理时间为200～1000s，染料溶液的pH值为4.0～6.0。

5.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于：所述金属材料为纯铝、5XXX系铝合金、6XXX系铝合金或7XXX系铝合金。

6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于：所述氧化膜的厚度为3-25μm。

7.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于：在进行阳极氧化处理时，所述金属材料加速或者减速进入电解液中。