CN111676501A - 一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺 - Google Patents

一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属表面加工，属于复合加工技术领域。一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，采用磁流体研磨技术对镀铝不锈钢表面进行预处理，通过控制磨粒的直径接近于待上色的反射光波长，在铝表层形成同尺寸的规则沟壑，有效降低该颜色的光在氧化铝表层的干涉吸收，增强反射效率，提升颜色的色泽度。相比于其他抛光技术，经过磁流体研磨工艺所制备的阳极氧化上色金属铝层表面颜色均一且富有金属光泽。解决了现在的阳极氧化上色工艺中，上色颜色的色泽偏暗、金属光泽不足、上色色泽与原颜料变化差异大、颜色难以调节导致色泽单一等问题。

Description

一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺
技术领域
本发明涉及金属的上色加工工艺，尤其涉及一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺。
背景技术
不锈钢是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢。在工业制造领域具有广泛的应用价值。但受限于不锈钢表面的性质，难以牢固的长时间粘附颜料物质，导致不锈钢制品颜色单调、在轻工业应用中的范围受到限制。
金属铝密度低，耐腐蚀性好，具有优良的导电性、导热性和抗氧化性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。在干净、干燥的环境下铝合金的表面会形成保护的氧化层，铝制品可以长时间在自然环境中使用。
为了有效结合不锈钢价格便宜、用途广泛及金属铝耐腐蚀、易上色的优点，现有工业生产中往往将不锈钢镀铝膜后，在铝外表层进行上色加工。
目前成熟的上色工艺主要包括外表涂覆上色、及CN201310247008等专利公开的阳极氧化处理上色。单纯的外表涂覆上色存在已于脱落，粘附性低、不耐腐蚀等多种缺点，这些缺点大多被阳极氧化处理上色工艺所克服，但这种日渐成熟的阳极氧化处理上色工艺，在实际应用加工过程中会出现颜色偏暗、上色色泽与原颜料变化差异大的问题，这极大的影响了阳极氧化上色工艺的应用价值。
因此，设计一种能够高还原度的保真、稳定上色工艺，是目前阳极氧化上色工艺中所急需解决的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，解决现在的阳极氧化上色工艺中，上色颜色的色泽偏暗、金属光泽不足、上色色泽与原颜料变化差异大、颜色难以调节导致色泽单一等问题。
技术方案
一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：
步骤1：测定自然光下上色颜料的特征反色光谱的波长λ；
步骤2：根据特征反色光谱的波长λ选取磁流体研磨磨粒Φ；
步骤3：采用步骤2所选取的磁流体研磨磨粒对镀铝不锈钢铝表层进行研磨后阳极氧化上色。
进一步，步骤2中Φ=85%～115%λ；
进一步， 步骤3包括：
a. 采用磁流体研磨工艺对镀铝不锈钢进行表面研磨；
b. 镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；
c. 表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；
d. 阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；
e. 封闭氧化膜微孔，烘干。
进一步，所述特征反射光谱的波长λ选自0.38～0.76 微米；
进一步，步骤a所述磁流体研磨工艺中，研磨频率35～60Hz，研磨时间10min～20min，研磨剂含量2wt%～5wt%；
进一步，步骤b中脱脂工艺温度为40～60℃，脱脂时间30秒～180秒；脱脂工艺中采用5wt%～10wt%酸性脱脂剂(成分包括：硅酸钠1-8%、脂肪醇聚氧乙烯醚1-10%)，去氧化膜工艺中采用10wt%～20wt%硝酸溶液；
进一步，步骤c中阳极氧化工艺的温度为19～21℃，阳极氧化工艺的时间20～40min，电流密度为1～1.5A/dm2；氧化溶液选自浓度20～260g/L的硫酸溶液或20～40g/L硫酸、40～60g/L草酸组成的混酸溶液；
进一步，步骤d中染色的工艺中温度为20～55度；染色时间为60～1200秒，染色环境的PH=5～6；
进一步，步骤e中的封闭工艺温度为70～95度，封闭的时间600秒～1800秒；烘干工艺的温度为80～120℃，时间为300秒～600秒；封闭剂选自6～10g/L的醋酸镍。
有益效果
采用本发明的磁流体研磨阳极氧化技术，通过控制磨粒的直径接近于波长左右，在铝表层形成同尺寸的规则沟壑，有效降低该颜色的光在氧化铝表层的干涉吸收，增强反射效率，提升颜色的色泽度。相比于其他抛光技术，经过磁流体研磨工艺所制备的阳极氧化上色金属铝层表面色泽鲜艳、颜色均一且富有金属光泽。解决了现在的阳极氧化上色工艺中，上色颜色的色泽偏暗、金属光泽不足、上色色泽与原颜料变化差异大、颜色难以调节导致色泽单一等问题。
附图说明
图1为本发明对照例颜料I上色的产品照片；
图2为本发明实施例颜料I上色的产品照片；
图3 为本发明对照例颜料II上色的产品照片；
图4为本发明实施例颜料II上色的产品照片。
具体实施方式
下面结合具体对照例、实施例、附图，进一步阐述本发明。
本发明是提出一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，解决现在的阳极氧化上色工艺中，上色颜色偏暗、上色色泽与原颜料变化差异大、金属质感不足，表面处理工艺后不耐磨易掉色等技术问题。
常规阳极氧化铝表层时，所形成的表层微观结构多为氧化铝孔径组成的氧化铝膜，氧化膜的孔径在100nm～200nm之间，氧化膜厚度10微米左右，孔隙率20%左右，孔距300～500nm之间。由此可见氧化铝表层粗糙结构尺寸与可见光谱相契合，电镀形成氧化铝结构源自晶相结构的随机组合，其尺寸的变动亦具有完全的随机性，这导致铝外表层对可见光谱存在全频谱的干涉吸收，这是阳极氧化铝上色后的色泽偏暗、金属光泽不足、上色色泽与原颜料变化差异大的根本原因。本技术方案采用磁流体研磨，通过控制磨粒的直径接近于波长左右，在铝表层形成同尺寸的规则沟壑，降低该颜色的光在氧化铝表层的干涉吸收，增强反射效率，提升颜色的色泽度。
对照例1
采用化学抛光工艺对镀铝不锈钢进行表面抛光，然后将镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理。本实施例中脱脂工艺温度为40℃，脱脂时间60秒。脱脂工艺中采用5wt%酸性脱脂剂，去氧化膜工艺中采用10wt%硝酸溶液.表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化，阳极氧化工艺的温度为19℃，阳极氧化工艺的时间20min，电流密度为1A/dm2，氧化溶液选自浓度60g/L的硫酸溶液。选取要上色的暗红色颜料I对阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色，染色的工艺温度为45℃；染色时间为600秒，染色环境的PH=5.3；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为75度，封闭的时间1000秒；烘干工艺的温度为100℃，时间为300秒；封闭剂选自6g/L的醋酸镍。
对照例2
采用化学抛光工艺对镀铝不锈钢进行表面抛光；将抛光后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为50℃，脱脂时间120秒。脱脂工艺中采用7wt%酸性脱脂剂，去氧化膜工艺中采用15wt%硝酸溶液。表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化，阳极氧化工艺的温度为20℃，阳极氧化工艺的时间30min，电流密度为1A/dm2；氧化溶液选自浓度180g/L的硫酸溶液。选取要上色的暗红色颜料I对阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为40℃；染色时间为1000秒，染色环境的PH=5；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为70度，封闭的时间1000秒；烘干工艺的温度为80℃，时间为500秒；封闭剂选自8g/L的醋酸镍。
对照例 3
采用化学抛光工艺对镀铝不锈钢进行表面抛光；将抛光后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为60℃，脱脂时间180秒。脱脂工艺中采用10wt%酸性脱脂剂，去氧化膜工艺中采用20wt%硝酸溶液。表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；本实施例中阳极氧化工艺的温度为21℃，阳极氧化工艺的时间40min，电流密度为1.2A/dm2；氧化溶液选自浓度20～40g/L硫酸、40～60g/L草酸组成的混酸溶液。选取要上色的暗红色颜料I对阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为55℃，染色时间为1200秒，染色环境的PH=6；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为95度，封闭的时间1800秒；烘干工艺的温度为120℃，时间为600秒；封闭剂选自10g/L的醋酸镍。
对照例 4
采用化学抛光工艺对镀铝不锈钢进行表面抛光；将抛光后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为60℃，脱脂时间180秒。脱脂工艺中采用10wt%酸性脱脂剂，去氧化膜工艺中采用20wt%硝酸溶液。表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；本实施例中阳极氧化工艺的温度为21℃，阳极氧化工艺的时间40min，电流密度为1.2A/dm2；氧化溶液选自浓度20～40g/L硫酸、40～60g/L草酸组成的混酸溶液。选取要上色的暗红色颜料II对阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为55℃，染色时间为1200秒，染色环境的PH=6；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为95度，封闭的时间1800秒；烘干工艺的温度为120℃，时间为600秒；封闭剂选自10g/L的醋酸镍。
对照例5
采用化学抛光工艺对镀铝不锈钢进行表面抛光；将抛光后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为50℃，脱脂时间120秒。脱脂工艺中采用7wt%酸性脱脂剂(硅酸钠1-8%、脂肪醇聚氧乙烯醚1-10%)，去氧化膜工艺中采用15wt%硝酸溶液。表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化，阳极氧化工艺的温度为20℃，阳极氧化工艺的时间30min，电流密度为1.5A/dm2；氧化溶液选自浓度180g/L的硫酸溶液。选取要上色的暗红色颜料II对阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为40℃；染色时间为1000秒，染色环境的PH=5；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为70度，封闭的时间1000秒；烘干工艺的温度为80℃，时间为500秒；封闭剂选自8g/L的醋酸镍。
实施例 1
选取要上色的暗红色颜料I，测定自然光下上色颜料的特征反色光谱的波长λ=0.68 微米；根据特征反色光谱的波长λ选取磁流体研磨磨粒Φ=0.7微米；
采用磁流体研磨工艺对镀铝不锈钢进行表面研磨；本实施例中研磨频率35Hz，研磨时间10minmin，研磨剂含量2wt%；
将上述研磨后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为40℃，脱脂时间30秒；脱脂工艺中采用5wt%酸性脱脂剂；去氧化膜工艺中采用10wt%～20wt%硝酸溶液。
表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；本实施例中阳极氧化工艺的温度为19℃，阳极氧化工艺的时间20min，电流密度为1A/dm2；氧化溶液选自浓度60g/L的硫酸溶液。
阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为20℃；染色时间为600秒，染色环境的PH=5；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为70度，封闭的时间600秒；烘干工艺的温度为80℃，时间为300秒；封闭剂选自6g/L的醋酸镍。
实施例 2
选取要上色的暗红色颜料I，测定自然光下上色颜料的特征反色光谱的波长λ=0.67 微米；根据特征反色光谱的波长λ选取磁流体研磨磨粒Φ=0.65微米；
采用磁流体研磨工艺对镀铝不锈钢进行表面研磨；本实施例中研磨频率50Hz，研磨时间15min，研磨剂含量3wt%；
将上述研磨后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为50℃，脱脂时间100秒；脱脂工艺中采用7wt%酸性脱脂剂；去氧化膜工艺中采用15wt%硝酸溶液；
表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；本实施例中阳极氧化工艺的温度为20℃，阳极氧化工艺的时间30min，电流密度为1A/dm2；氧化溶液选自浓度260g/L的硫酸溶液。
阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为45℃；染色时间为600秒，染色环境的PH=5.5；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为85度，封闭的时间1000秒；烘干工艺的温度为100℃，时间为450秒；封闭剂选自8g/L的醋酸镍。
实施例 3
选取要上色的暗红色颜料I，测定自然光下上色颜料的特征反色光谱的波长λ=0.68 微米；根据特征反色光谱的波长λ选取磁流体研磨磨粒Φ=0.68 微米；
采用磁流体研磨工艺对镀铝不锈钢进行表面研磨；本实施例中研磨频率60Hz，研磨时间20min，研磨剂含量5wt%；
将上述研磨后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为60℃，脱脂时间180秒；脱脂工艺中采用10wt%酸性脱脂剂；去氧化膜工艺中采用20wt%硝酸溶液；
表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；本实施例中阳极氧化工艺的温度为21℃，阳极氧化工艺的时间40min，电流密度为1.2A/dm2；氧化溶液选自浓度20～40g/L硫酸、40～60g/L草酸组成的混酸溶液；
阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为55℃；染色时间为1200秒，染色环境的PH=6；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为95度，封闭的时间1800秒；烘干工艺的温度为120℃，时间为600秒；封闭剂选自10g/L的醋酸镍。
实施例 4
选取要上色的暗红色颜料II，测定自然光下上色颜料的特征反色光谱的波长λ=0.62微米；根据特征反色光谱的波长λ选取磁流体研磨磨粒Φ=0.62微米；
采用磁流体研磨工艺对镀铝不锈钢进行表面研磨；本实施例中研磨频率35Hz，研磨时间10minmin，研磨剂含量2wt%；
将上述研磨后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为40℃，脱脂时间30秒；脱脂工艺中采用5wt%酸性脱脂剂；去氧化膜工艺中采用10wt%～20wt%硝酸溶液。
表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；本实施例中阳极氧化工艺的温度为19℃，阳极氧化工艺的时间20min，电流密度为1.2A/dm2；氧化溶液选自浓度60g/L的硫酸溶液。
阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为20℃；染色时间为600秒，染色环境的PH=5；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为70度，封闭的时间600秒；烘干工艺的温度为80℃，时间为300秒；封闭剂选自6g/L的醋酸镍。
实施例 5
选取要上色的暗红色颜料II，测定自然光下上色颜料的特征反色光谱的波长λ=0.67微米；根据特征反色光谱的波长λ选取磁流体研磨磨粒Φ=0.65微米；
采用磁流体研磨工艺对镀铝不锈钢进行表面研磨；本实施例中研磨频率50Hz，研磨时间15min，研磨剂含量3wt%；
将上述研磨后的镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；本实施例中脱脂工艺温度为50℃，脱脂时间100秒；脱脂工艺中采用7wt%酸性脱脂剂；去氧化膜工艺中采用15wt%硝酸溶液；
表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；本实施例中阳极氧化工艺的温度为20℃，阳极氧化工艺的时间30min，电流密度为1.5A/dm2；氧化溶液选自浓度260g/L的硫酸溶液。
阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；本实施例中染色的工艺温度为45℃；染色时间为600秒，染色环境的PH=5.5；然后进行封闭氧化膜微孔，烘干；本实施例中封闭工艺温度为85度，封闭的时间1000秒；烘干工艺的温度为100℃，时间为450秒；封闭剂选自8g/L的醋酸镍。
上述实施例中，对照例1～3、实施例1～3均采用颜料I进行上色，其中对照例1～3产品如附图1，实施例1～3产品如附图2；对照例4～5、实施例4～5均采用颜料II进行上色，其中对照例4～5产品颜色如附图3，实施例4～5品颜色如附图4。
由对照例1～5、实施例1～5的产品对比可以看出，经过磁流体研磨工艺所制备的阳极氧化上色金属铝层表面色泽鲜艳、颜色均一且富有金属光泽。

Claims (10)

1.一种特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：
步骤1：测定自然光下上色颜料的特征反色光谱的波长λ；
步骤2：根据特征反色光谱的波长λ选取磁流体研磨磨粒Φ；
步骤3：采用步骤2所选取的磁流体研磨磨粒对镀铝不锈钢铝表层进行研磨后阳极氧化上色。
2.如权利要求1所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：步骤2中Φ=85%～115%λ，λ选自0.38～0.76 微米。
3.如权利要求1所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：步骤3包括：
a.采用磁流体研磨工艺对镀铝不锈钢进行表面研磨；
b.镀铝不锈钢进行脱脂、去氧化膜表面处理；
c.表面处理后的镀铝不锈钢进行阳极氧化；
d.阳极氧化处理后的镀铝不锈钢进行染色；
e.封闭氧化膜微孔，烘干。
4.如权利要求3所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：步骤a所述磁流体研磨工艺中，研磨频率35～60Hz，研磨时间10min～20min，研磨剂含量2wt%～5wt%。
5.如权利要求3所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：步骤b中脱脂工艺温度为40～60℃，脱脂时间30秒～180秒；脱脂工艺中采用5wt%～10wt%酸性脱脂剂；去氧化膜工艺中采用10wt%～20wt%硝酸溶液。
6.如权利要求3所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：步骤c中阳极氧化工艺的电流密度为1A～1.5A/dm2。
7.如权利要求3所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：步骤c中阳极氧化工艺的温度为19～21℃，阳极氧化工艺的时间20～40min。
8.如权利要求3所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：氧化溶液选自浓度200～260g/L的硫酸溶液或20～40g/L硫酸、40～60g/L草酸组成的混酸溶液。
9.如权利要求3所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：步骤d中染色的工艺中温度为20～55℃；染色时间为60～1200秒，染色环境的PH=5～6。
10.如权利要求3所述的特征光谱反射增强的阳极氧化上色工艺，其特征在于：步骤e中的封闭工艺温度为70～95℃，封闭的时间600秒～1800秒；烘干工艺的温度为80～120℃，时间为300秒～600秒；封闭剂选自6～10g/L的醋酸镍。
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Denomination of invention: An anodic oxidation coloring process with characteristic spectral reflection enhancement

Effective date of registration: 20210913

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Pledgor: Zhongshan San Mei Gao New Material Technology Co.,Ltd.

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