CN111020666A - 一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺 - Google Patents

一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，该方法包括以下步骤：步骤一、铝合金预处理：将除油后的铝合金加入预处理液中，加热至85‑95℃预处理反应5‑10分钟，然后将预处理后的铝合金取出预处理液并洗净；步骤二、配制阳极氧化电解液：向步骤一中反应后的预处理液加入超纯水进行稀释，稀释后的硫酸浓度为100‑180g/L，浓硫酸稀释后依次加入有机酸和络合剂，搅拌均匀后得到阳极氧化电解液；步骤三、铝合金阳极氧化：将经过预处理的铝合金浸入步骤二配制的阳极氧化电解液中进行阳极氧化。本发明可以在15‑40℃的温度范围内进行阳极氧化获得致密光滑、结合力好的氧化膜层，减少了预处理液的废水排放，也减少了配制阳极氧化电解液所需要的药剂。

Description

一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺
技术领域
本发明涉及表面处理技术领域，尤其是一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺。
背景技术
所谓铝的阳极氧化是一种电解氧化过程，在该过程中，铝和铝合金的表面通常转化为一层氧化膜，这层氧化膜具有保护性、装饰性以及一些其他的功能特性。将金属或合金的制件作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜。金属氧化物薄膜改变了表面状态和性能，如表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。例如铝阳极氧化，将铝及其合金置于相应电解液(如硫酸、铬酸、草酸等)中作为阳极，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝或其合金氧化，表面上形成氧化铝薄层，其厚度为5-30微米，硬质阳极氧化膜可达25-150微米。阳极氧化后的铝或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可达250-500千克/平方毫米，良好的耐热性，硬质阳极氧化膜熔点高达2320K，优良的绝缘性，耐击穿电压高达2000V，增强了抗腐蚀性能，在ω＝0.03NaCl盐雾中经几千小时不腐蚀。氧化膜薄层中具有大量的微孔，可吸附各种润滑剂，适合制造发动机气缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力强可着色成各种美观艳丽的色彩。有色金属或其合金(如铝、镁及其合金等)都可进行阳极氧化处理，这种方法广泛用于机械零件，飞机汽车部件，精密仪器及无线电器材，日用品和建筑装饰等方面。
目前国内发展起来的铝材普通阳极氧化生产线(含引进线)，绝大多数采用硫酸直流阳极氧化工艺，这种工艺的主要缺点是：槽液温度窄(20±2℃)需配备冷冻装置并消耗大量能源；而且现在的阳极氧化工艺对周围的环境影响较大。因此，需要设计一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，提供一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺。
本发明通过下述方案实现：
一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，该方法包括以下步骤：
步骤一、铝合金预处理：将除油后的铝合金加入预处理液中，所述预处理液为在浓硫酸中溶解硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂；加热至85-95℃预处理反应5-10分钟，然后将预处理后的铝合金取出预处理液并洗净；
步骤二、配制阳极氧化电解液：向步骤一中反应后的预处理液加入超纯水进行稀释，稀释后的硫酸浓度为100-180g/L，浓硫酸稀释后依次加入有机酸和络合剂，搅拌均匀后得到阳极氧化电解液；
步骤三、铝合金阳极氧化：将经过预处理的铝合金浸入步骤二配制的阳极氧化电解液中进行阳极氧化。
在所述步骤一中，以质量百分比浓度为98的浓硫酸作为溶剂，所述预处理液中各个组分的浓度为：硫酸高铈0.7-1.5g/L、硫酸铝15-30g/L、硼酸为2-3g/L、表面活性剂0.5-1g/L。
所述表面活性剂为脂肪醇酰硫酸钠。
在所述步骤二中，在阳极氧化电解液中有机酸的浓度为70-120g/L，在阳极氧化电解液中络合剂的浓度为4-8g/L。
所述有机酸为草酸或者乳酸。
所述络合剂为酒石酸钠、柠檬酸钠或乙二胺四乙酸二钠中的一种或者数种。
所述的铝合金为Al-Mg-Si系铝合金。
在所述步骤三中，所述阳极氧化的阳极电流密度为1.5-3A/dm2、电压为15-22V、温度为15-40℃、阳极氧化处理时间为20-40min。
本发明的有益效果为：
本发明一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺利用浓硫酸预处理液对铝合金进行化学抛光作业，然后将化学抛光作业后遗留的预处理液进行稀释，加入有机酸和络合剂直接作为阳极氧化电解液，化学抛光后的铝合金可以在15-40℃的温度范围内进行阳极氧化获得致密光滑、结合力好的氧化膜层，减少了预处理液的废水排放，也减少了配制阳极氧化电解液所需要的药剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，该方法包括以下步骤：
步骤一、铝合金预处理：将除油后的铝合金加入预处理液中，所述预处理液为在浓硫酸中溶解硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂；加热至85-95℃预处理反应5-10分钟，然后将预处理后的铝合金取出预处理液并洗净；
步骤二、配制阳极氧化电解液：向步骤一中反应后的预处理液加入超纯水进行稀释，稀释后的硫酸浓度为100-180g/L，浓硫酸稀释后依次加入有机酸和络合剂，搅拌均匀后得到阳极氧化电解液；
步骤三、铝合金阳极氧化：将经过预处理的铝合金浸入步骤二配制的阳极氧化电解液中进行阳极氧化。
在所述步骤一中，以质量百分比浓度为98的浓硫酸作为溶剂，所述预处理液中各个组分的浓度为：硫酸高铈0.7-1.5g/L、硫酸铝15-30g/L、硼酸为2-3g/L、表面活性剂0.5-1g/L。
所述表面活性剂为脂肪醇酰硫酸钠。
在所述步骤二中，在阳极氧化电解液中有机酸的浓度为70-120g/L，在阳极氧化电解液中络合剂的浓度为4-8g/L。
所述有机酸为草酸或者乳酸。
所述络合剂为酒石酸钠、柠檬酸钠或乙二胺四乙酸二钠中的一种或者数种。
所述的铝合金为Al-Mg-Si系铝合金。
在所述步骤三中，所述阳极氧化的阳极电流密度为1.5-3A/dm2、电压为15-22V、温度为15-40℃、阳极氧化处理时间为20-40min。
下面结合具体实施例对本申请做进一步阐述：
实施例1
步骤一、铝合金预处理：将除油后的铝合金加入预处理液中，所述预处理液为在浓硫酸中溶解硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂；加热至85℃预处理反应5分钟，然后将预处理后的铝合金取出预处理液并洗净；
步骤二、配制阳极氧化电解液：向步骤一中反应后的预处理液加入超纯水进行稀释，稀释后的硫酸浓度为100g/L，浓硫酸稀释后依次加入有机酸和络合剂，搅拌均匀后得到阳极氧化电解液；在阳极氧化电解液中有机酸为草酸，其浓度为70g/L，在阳极氧化电解液中络合剂为乙二胺四乙酸二钠，其浓度为4g/L。
步骤三、铝合金阳极氧化：将经过预处理的铝合金浸入步骤二配制的阳极氧化电解液中进行阳极氧化；阳极氧化的阳极电流密度为1.5A/dm2、电压为15V、温度为40℃、阳极氧化处理时间为20min。
实施例2
步骤一、铝合金预处理：将除油后的铝合金加入预处理液中，所述预处理液为在浓硫酸中溶解硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂；加热至90℃预处理反应8分钟，然后将预处理后的铝合金取出预处理液并洗净；
步骤二、配制阳极氧化电解液：向步骤一中反应后的预处理液加入超纯水进行稀释，稀释后的硫酸浓度为150g/L，浓硫酸稀释后依次加入有机酸和络合剂，搅拌均匀后得到阳极氧化电解液；在阳极氧化电解液中有机酸(本实施例为乳酸)的浓度为100g/L，在阳极氧化电解液中络合剂(本实施例为酒石酸钠)的浓度为6g/L。
步骤三、铝合金阳极氧化：将经过预处理的铝合金浸入步骤二配制的阳极氧化电解液中进行阳极氧化；阳极氧化的阳极电流密度为2.2A/dm2、电压为19V、温度为25℃、阳极氧化处理时间为30min。
实施例3
步骤一、铝合金预处理：将除油后的铝合金加入预处理液中，所述预处理液为在浓硫酸中溶解硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂；加热至95℃预处理反应10分钟，然后将预处理后的铝合金取出预处理液并洗净；
步骤二、配制阳极氧化电解液：向步骤一中反应后的预处理液加入超纯水进行稀释，稀释后的硫酸浓度为180g/L，浓硫酸稀释后依次加入有机酸和络合剂，搅拌均匀后得到阳极氧化电解液；在阳极氧化电解液中有机酸(本实施例为乳酸)的浓度为120g/L，在阳极氧化电解液中络合剂(本实施例中为柠檬酸钠)的浓度为8g/L。
步骤三、铝合金阳极氧化：将经过预处理的铝合金浸入步骤二配制的阳极氧化电解液中进行阳极氧化；阳极氧化的阳极电流密度为3A/dm2、电压为22V、温度为15℃、阳极氧化处理时间为40min。
对上述三个实施例中，得到的铝合金氧化膜的膜层性能进行测试，采用数字式覆层测厚仪对膜厚进行检测，采用显微硬度计对膜层的显微硬度进行测试，采用碱液滴定法对膜层的耐蚀性进行测试，具体的测试结果见表1。
表1不同实施例铝合金氧化膜的性能
Figure BDA0002281934540000061
Figure BDA0002281934540000071
从表1中可以看出，温度达到40℃时，本申请制备出来的铝合金氧化膜仍保持合格，且不会出现腐蚀起粉现象。
铝合金在预处理液反应可以起到抛光的作用，还可以消除残留的轻微机械纹路和微量油脂，光滑的表面可以使下一步阳极氧化产生的氧化膜更加平整，减少腐蚀起粉的发生。在预处理液中加入稀土化合物硫酸高铈可以提高铝合金表面平整度，硼酸可抑制铝合金表面的局部腐蚀。
稀土化合物硫酸高铈从预处理液中引入阳极氧化电解液后，硫酸高铈的加入，可以显著提升铝合金氧化膜的厚度和硬度及耐蚀性。而在阳极氧化电解液中另外加入的草酸或者乳酸等有机酸，有机酸与硫酸高铈产生协同作用，进一步提升氧化膜的厚度和硬度及耐蚀性，还可以使阳极氧化的反应温度范围变宽。而且有机酸的有机官能团还可以吸附在氧化膜的表面，阻碍硫酸对氧化膜的溶解，使铝合金在阳极氧化过程中的电化学行为发生改变，降低氧化膜的溶解速率和孔隙率，从而提高阳极氧化的温度。
表面活性剂的加入可以改善氧化膜的膜层质量，提高氧化膜的光洁度、致密度等性能。络合剂可以吸附在氧化膜的表面，形成一层使氢离子浓度大大降低的缓冲层，这样可以减少氧化膜的溶解。
预处理液中的硫酸铝在阳极氧化电解液中可以作为导电盐，增加阳极氧化电解液中的导电离子，使得导电率增大，降低溶液的电阻，减少了热量的产生和对氧化膜的溶解，促进了氧化膜厚度的增加和硬度的提高。
将预处理液中起到重要作用的硼酸引入阳极氧化电解液，不但能有效地提高氧化膜的生长速度，而且对改善外观质量、提高膜层硬度和耐磨性、缓冲阳极氧化电解液中pH值的波动等都具有良好的作用。
在实际的阳极氧化反应过程中，有机酸、络合剂以及硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂会被逐渐消耗，此时将反应后的预处理液直接缓慢加入到阳极氧化电解液中，以达到添加硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂的目的，如果硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂消耗过多也可以直接添加纯物质，添加的量以上文公开的为准。一般来说，有机酸、络合剂以及硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂的消耗比较少，以有机酸、络合剂为例，基本上每年补充20-40g/L即可满足日常工艺要求，本申请的阳极氧化工艺不需要制冷，其生产成本在制冷这一块上就可以节约一半。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、铝合金预处理：将除油后的铝合金加入预处理液中，所述预处理液为在浓硫酸中溶解硫酸高铈、硫酸铝、硼酸、表面活性剂；加热至85-95℃预处理反应5-10分钟，然后将预处理后的铝合金取出预处理液并洗净；
步骤二、配制阳极氧化电解液：向步骤一中反应后的预处理液加入超纯水进行稀释，稀释后的硫酸浓度为100-180g/L，浓硫酸稀释后依次加入有机酸和络合剂，搅拌均匀后得到阳极氧化电解液；
步骤三、铝合金阳极氧化：将经过预处理的铝合金浸入步骤二配制的阳极氧化电解液中进行阳极氧化。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，其特征在于，在所述步骤一中，以质量百分比浓度为98的浓硫酸作为溶剂，所述预处理液中各个组分的浓度为：硫酸高铈0.7-1.5g/L、硫酸铝15-30g/L、硼酸为2-3g/L、表面活性剂0.5-1g/L。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，其特征在于，所述表面活性剂为脂肪醇酰硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，其特征在于，在所述步骤二中，在阳极氧化电解液中有机酸的浓度为70-120g/L，在阳极氧化电解液中络合剂的浓度为4-8g/L。
5.根据权利要求4所述的一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，其特征在于：所述有机酸为草酸或者乳酸。
6.根据权利要求4所述的一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，其特征在于：所述络合剂为酒石酸钠、柠檬酸钠或乙二胺四乙酸二钠中的一种或者数种。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，其特征在于：所述的铝合金为Al-Mg-Si系铝合金。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金环保型宽温阳极氧化工艺，其特征在于：在所述步骤三中，所述阳极氧化的阳极电流密度为1.5-3A/dm2、电压为15-22V、温度为15-40℃、阳极氧化处理时间为20-40min。
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