CN111235618B - 一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺，该工艺先在铝合金表面形成一层致密的氧化膜，再在氧化膜的上均匀覆盖一层电泳漆膜，不仅可以保护铝合金，还改善了铝合金表面的外观效果。与现有技术相比，本发明实施例的工艺在铝合金表面形成有效的保护膜，同时涂层的各项性能均有提高，满足了客户、市场和主机厂的要求，适用于高硅高铜铝合金。

Description

一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺
技术领域
本发明属于零部件加工技术领域，具体涉及一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺。
背景技术
环保节能是行业发展的重要课题。通过轻量化来实现节能减排已成为行业的重点研发方向。铝合金材质的零部件在兼顾质量、强度、性能、成本、安全性的同时，可有效减轻整车重量，从而减少发动机负荷，提高的动力性能，降低燃油消耗量和减少温室气体排放。
随着铝合金的大量应用，铝合金表面防腐处理的要求也越来越高。铝合金表面处理技术根据保护层的性质和工艺特点，可以分为阳极氧化-电泳处理、阳极氧化处理和有机涂层三大类。阳极氧化技术是将铝或铝合金置于一定的电解质溶液中作为阳极，施加电压进行电解，在其表面生成一层致密的氧化膜的处理方法。经过阳极氧化，铝表面能生成几百微米的氧化膜，其结构分为两层，与铝基体接触的内层为薄而均匀的无孔阻挡层，内层以外是厚而疏松的多孔层。电泳涂装是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法，根据被涂物在电泳槽中的极性和电泳涂料的种类，电泳涂装可以分为阳极电泳涂装和阴极电泳涂装。铝及其合金的电泳涂装一般采用阳极电泳涂装。
目前，现有技术加工的铝合金防腐性能得不到很好的保证，无法满足客户需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺，该阳极氧化电泳工艺可以在铝合金表面形成有效的保护膜，满足主机厂的要求。
根据本发明第一方面实施例的一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺，步骤包括：
S1：将高硅高铜铝合金零部件经上挂、脱脂和清洗得到高硅高铜铝合金基体；
S2：将所述高硅高铜铝合金基体作为阳极浸入氧化液中，在阶梯电压的控制下进行阳极氧化处理；
S3：将步骤S2处理后的高硅高铜铝合金基体浸入电泳槽液中进行电泳沉积，再经水洗和固化处理即得成品。
根据本发明实施例的一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺，至少具有如下技术效果：
本发明实施例的工艺，适用于高硅高铜铝合金。高硅高铜铝合金使用传统的电源设备无法获得理想的硬质阳极氧化膜，特别当材质的含铜量>3％，含硅量>7％时，产品在加工中易发生工件“烧蚀”、膜层不均匀连续或膜层无硬度且厚度极薄。而采用本发明实施例的工艺，通过在阳极氧化处理过程中的阶梯电压控制，在低电压下即得达到7.5μm的膜厚。
本发明实施例的工艺，先在铝合金表面形成一层致密的氧化膜，再在氧化膜的上均匀覆盖一层电泳漆膜，不仅可以保护铝合金，还改善了铝合金表面的外观效果。与现有技术相比，本发明实施例的工艺在铝合金表面形成有效的保护膜，同时涂层的各项性能均有提高，满足了客户、市场和主机厂的要求。
步骤S1中：
上挂时，根据生产的要求，将符合要求的高硅高铜铝合金零部件用专用钛挂具夹紧，根据品种、方向进行分料并检查，表面不允许有毛刺、颗粒、划伤、碰凹等不良现象。零件上挂时需带手套，且要轻拿轻放，坯料上粘附包装物时，需要清理干净。可以根据不同产品选择合适的挂具，确保挂具与产品的接触点无涂层覆盖、打磨到位、导电良好。
脱脂时，在预脱脂槽中加水至3/4槽位，加入脱脂剂，充分搅拌均匀，加水到规定位置，充分搅拌均匀，即可待生产。脱脂剂的总碱/游离碱小于2.5，脱脂剂为汉高2819，浓度优选5％，脱脂温度为50～70℃，浸泡时间为2～8min。
清洗时，水洗至pH小于12，清洗的时间为5～25s。
清洗后，还可以加入化学去灰步骤。化学去灰的方法为：在酸洗槽中加水至3/4槽位，加入化学去灰剂，充分搅拌均匀，加水到规定位置即可待生产。使用的化学去灰剂为武汉材保所的211去灰剂，密度为1.45±0.1g/cm3。去灰在常温下进行，去灰时，去灰剂的浸泡时间为20±10s。去灰后，需再次进行水洗，水洗可以为多次。
步骤S2中：
阳极氧化处理后，工件需要先经过第一次水洗，水洗至pH大于2，水洗时间为15±10s，然后工件经过喷淋，喷淋至pH大于5，喷淋时间为15±10s，然后再经过第二次水洗，水洗至pH大于5，水洗时间为5～15min。之后进行封闭处理，封闭时，在封闭槽中加水至3/4槽位，加入封闭剂，充分搅拌均匀，加水到规定位置，充分搅拌均匀，即可待生产。封闭剂为德国HC750，浓度为8±4g/l，密度5～12g/l，封闭处理的温度为50～90℃，浸泡时间为20～40min。封闭完成后需要经过水洗，水洗至pH大于5，然后用热水洗至洗水pH大于6，热水洗的温度为1～5min。热水洗后烘至水完全干，烘干的炉温为180～200℃，烘干时间为50～70℃。
阳极氧化后，在铝合金表面形成一层致密的氧化膜，膜厚通过金相法测量，大于7.5μm。
铝及其合金的硬质阳极氧化过程是将工件作为阳极，放入硫酸(或其它体系)溶液中，阴极只起导电作用，在外加电压的作用下，溶液的OH-放电而析出氧，它与阳极上的铝作用生成氧化膜，并放出大量的生成热，同时硫酸对铝及氧化膜还存在着溶解作用。反应式为：
阳极区：
2OH-→H2O+[O]+2e，Al3++3[O]→Al2O3+399K，
2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2↑，
Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O；
阴极区：2H++2e→H2↑。
氧化膜的生成伴随着两个同时进行的反应，一种是电化学反应，阳极析出氧并与铝作用生成Al2O3，二是化学溶解反应，即氧化膜不断地被溶解，只有当氧化膜生成速度>氧化膜的溶解速度时，膜层不断增厚，当二者达到平衡时，氧化膜的生长即停止。因此，需要恰当的选择电压来控制氧化膜的生长。现有技术的氧化工艺无法达到7.5μm的膜厚。
本发明的一些实施例，所述氧化液为14～22％的硫酸。
根据本发明的一些实施例，所述阶梯电压以10V为起点，逐渐递增至35V。
根据本发明的一些实施例，所述阶梯电压包括以第一段电压为起点，逐渐递增的第二段电压、第三段电压、第四段电压、第五段电压、第六段电压、第七段电压和第八段电压。
根据本发明的一些实施例，所述第一段电压的电压为10V，所述第二段电压的电压为15V，所述第三段电压的电压为20V，所述第四段电压的电压为25V，所述第五段电压的电压为27V，所述第六段电压的电压为30V，所述第七段电压的电压为32V，所述第八段电压的电压为35V。
根据本发明的一些实施例，所述第一段电压的恒压时间为1min，所述第二段电压的恒压时间为1min，所述第三段电压的恒压时间为1min，所述第四段电压的恒压时间为1min，所述第五段电压的恒压时间为2min，所述第六段电压的恒压时间为5min，所述第七段电压的恒压时间为5min，所述第八段电压的恒压时间为50min。
根据本发明的一些实施例，所述阳极氧化处理的温度为10～15℃，时间为60～80min。
步骤S3中：
将阳极氧化后的工件挂到电泳专用铁挂具上，根据品种、方向进行分料并检查，表面保证清洁，在零件上挂时需带干净手套，且要轻拿轻放。挂具挂点位置需打磨到位，以露出金属基体层为准，可以根据不同产品选择合适的挂具，确保挂具与产品的接触点导电良好。开槽时，在氧化槽中加水至1/3槽位，按树脂和颜料浆的配比加入，树脂为PP691，颜料浆为PPG524，充分搅拌均匀，加水到规定位置，充分搅拌均匀，即可待生产。电泳后，会在零部件表面形成一层均匀的电泳漆膜，厚度大于20μm。
根据本发明的一些实施例，所述电泳槽液的浓度为12～22％。
根据本发明的一些实施例，所述电泳沉积的电压为100～300V，温度为25～35℃。
根据本发明的一些实施例，所述固化处理的温度为180～200℃，时间为50～70min。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本例提供了一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺，具体步骤包括：
S1：将高硅高铜铝合金零部件经上挂、脱脂和清洗得到高硅高铜铝合金基体；
S2：将高硅高铜铝合金基体作为阳极浸入氧化液中，在阶梯电压的控制下进行阳极氧化处理；
S3：将步骤S2处理后的高硅高铜铝合金基体浸入电泳槽液中进行电泳沉积，再经水洗和固化处理即得成品。
其中，步骤S1中：上挂时，根据生产的要求，将符合要求的高硅高铜铝合金零部件用专用钛挂具夹紧，根据品种、方向进行分料并检查，表面不允许有毛刺、颗粒、划伤、碰凹等不良现象。零件上挂时需带手套，且要轻拿轻放，坯料上粘附包装物时，需要清理干净。可以根据不同产品选择合适的挂具，确保挂具与产品的接触点无涂层覆盖、打磨到位、导电良好。
脱脂时，在预脱脂槽中加水至3/4槽位，加入脱脂剂，充分搅拌均匀，加水到规定位置，充分搅拌均匀，即可待生产。脱脂剂的总碱/游离碱小于2.5，脱脂剂为汉高2819，浓度优选5％，脱脂温度为50～70℃，浸泡时间为2～8min。
清洗时，水洗至pH小于12，清洗的时间为5～25s。清洗后，还可以加入化学去灰步骤。化学去灰的方法为：在酸洗槽中加水至3/4槽位，加入化学去灰剂，充分搅拌均匀，加水到规定位置即可待生产。使用的化学去灰剂为武汉材保所的211去灰剂，密度为1.45±0.1g/cm3。去灰在常温下进行，去灰时，去灰剂的浸泡时间为20±10s。去灰后，需再次进行水洗，水洗可以为多次。
步骤S2中：阳极氧化处理后，工件需要先经过第一次水洗，水洗至pH大于2，水洗时间为15±10s，然后工件经过喷淋，喷淋至pH大于5，喷淋时间为15±10s，然后再经过第二次水洗，水洗至pH大于5，水洗时间为5～15min。之后进行封闭处理，封闭时，在封闭槽中加水至3/4槽位，加入封闭剂，充分搅拌均匀，加水到规定位置，充分搅拌均匀，即可待生产。封闭剂为德国HC750，浓度为8±4g/l，密度5～12g/l，封闭处理的温度为50～90℃，浸泡时间为20～40min。封闭完成后需要经过水洗，水洗至pH大于5，然后用热水洗至洗水pH大于6，热水洗的温度为1～5min。热水洗后烘至水完全干，烘干的炉温为180～200℃，烘干时间为50～70℃。阳极氧化后，在铝合金表面形成一层致密的氧化膜，膜厚通过金相法测量，大于7.5μm。氧化液为14～22％的硫酸。
阶梯电压以10V为起点，逐渐递增至35V。阶梯电压包括以第一段电压为起点，逐渐递增的第二段电压、第三段电压、第四段电压、第五段电压、第六段电压、第七段电压和第八段电压。第一段电压的电压为10V，第二段电压的电压为15V，第三段电压的电压为20V，第四段电压的电压为25V，第五段电压的电压为27V，第六段电压的电压为30V，第七段电压的电压为32V，第八段电压的电压为35V。第一段电压的恒压时间为1min，第二段电压的恒压时间为为1min，第三段电压的恒压时间为为1min，第四段电压的恒压时间为为1min，第五段电压的恒压时间为2min，第六段电压的恒压时间为5min，第七段电压的恒压时间为5min，第八段电压的恒压时间为50min。阳极氧化处理的温度为10～15℃，时间为60～80min。
步骤S3中：将阳极氧化后的工件挂到电泳专用铁挂具上，根据品种、方向进行分料并检查，表面保证清洁，在零件上挂时需带干净手套，且要轻拿轻放。挂具挂点位置需打磨到位，以露出金属基体层为准，可以根据不同产品选择合适的挂具，确保挂具与产品的接触点导电良好。开槽时，在氧化槽中加水至1/3槽位，按树脂和颜料浆的配比加入，树脂为PP691，颜料浆为PPG524，充分搅拌均匀，加水到规定位置，充分搅拌均匀，即可待生产。电泳后，会在零部件表面形成一层均匀的电泳漆膜，厚度大于20μm。电泳槽液的浓度为12～22％。电泳沉积的电压为100～300V，温度为25～35℃。固化处理的温度为180～200℃，时间为50～70min。
对比例1
本例提供了一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺，与实施例1的区别在于，步骤S2阳极氧化过程中的阶梯电压控制不同，阶梯电压仅包括六段电压。
本例中，阶梯电压以10V为起点，逐渐递增至35V。阶梯电压包括以第一段电压为起点，逐渐递增的第二段电压、第三段电压、第四段电压、第五段电压和第六段电压。第一段电压的电压为10V，第二段电压的电压为15V，第三段电压的电压为20V，第四段电压的电压为25V，第五段电压的电压为30V，第六段电压的电压为35V。第一段电压的恒压时间为1min，第二段电压的恒压时间为为1min，第三段电压的恒压时间为为1min，第四段电压的恒压时间为为1min，第五段电压的恒压时间为2min，第六段电压的恒压时间为5min。
对比例2
本例提供了一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺，与实施例1的区别在于，步骤S2阳极氧化过程中的阶梯电压控制不同，阶梯电压包括九段电压。
本例中，阶梯电压以10V为起点，逐渐递增至37V。阶梯电压包括以第一段电压为起点，逐渐递增的第二段电压、第三段电压、第四段电压、第五段电压、第六段电压、第七段电压、第八段电压和第九段电压。第一段电压的电压为10V，第二段电压的电压为15V，第三段电压的电压为20V，第四段电压的电压为25V，第五段电压的电压为27V，第六段电压的电压为30V，第七段电压的电压为32V，第八段电压的电压为35V，第九段电压为37V。第一段电压的恒压时间为1min，第二段电压的恒压时间为为1min，第三段电压的恒压时间为为1min，第四段电压的恒压时间为为1min，第五段电压的恒压时间为2min，第六段电压的恒压时间为5min，第七段电压的恒压时间为5min，第八段电压的恒压时间为50min，第九段电压的恒压时间为5min。
检测例
本例采用实施例1、对比例1和对比例2的工艺，分别对A380材质的惰轮内连接板和驱动臂进行加工，测试了阳极氧化后，工件表面氧化膜的厚度，以及电泳后工件表面涂层的附着力和耐蚀性，结果如表1所示。
表1附着力和耐蚀性测试结果
Figure BDA0002369528560000071
Figure BDA0002369528560000081

Claims (7)

1.一种高硅高铜铝合金零部件的阳极氧化电泳工艺，其特征在于，步骤包括：
S1：将高硅高铜铝合金零部件经上挂、脱脂和清洗得到高硅高铜铝合金基体；
S2：将所述高硅高铜铝合金基体作为阳极浸入氧化液中，在阶梯电压的控制下进行阳极氧化处理；
S3：将步骤S2处理后的高硅高铜铝合金基体浸入电泳槽液中进行电泳沉积，再经水洗和固化处理即得成品；
所述高硅高铜铝合金的含铜量>5％、含硅量>7.5％；
所述阶梯电压为若干段电压值依次升高的电压；
所述阶梯电压以10V为起点，逐渐递增至35V；
所述阶梯电压包括以第一段电压为起点，依次逐渐递增的第二段电压、第三段电压、第四段电压、第五段电压、第六段电压、第七段电压和第八段电压；
所述第一段电压的电压为10V，所述第二段电压的电压为15V，所述第三段电压的电压为20V，所述第四段电压的电压为25V，所述第五段电压的电压为27V，所述第六段电压的电压为30V，所述第七段电压的电压为32V，所述第八段电压的电压为35V。
2.根据权利要求1所述的阳极氧化电泳工艺，其特征在于，所述氧化液为14～22％的硫酸。
3.根据权利要求1所述的阳极氧化电泳工艺，其特征在于，所述第一段电压的恒压时间为1min，所述第二段电压的恒压时间为1min，所述第三段电压的恒压时间为1min，所述第四段电压的恒压时间为1min，所述第五段电压的恒压时间为2min，所述第六段电压的恒压时间为5min，所述第七段电压的恒压时间为5min，所述第八段电压的恒压时间为50min。
4.根据权利要求1所述的阳极氧化电泳工艺，其特征在于，所述阳极氧化处理的温度为10～15℃，时间为60～80min。
5.根据权利要求1所述的阳极氧化电泳工艺，其特征在于，所述电泳槽液的浓度为12～22％。
6.根据权利要求1所述的阳极氧化电泳工艺，其特征在于，所述电泳沉积的电压为100～300V，温度为25～35℃。
7.根据权利要求1所述的阳极氧化电泳工艺，其特征在于，所述固化处理的温度为180～200℃，时间为50～70min。
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