CN111809211A - 一种铸造铝表面阳极氧化加工方法 - Google Patents

一种铸造铝表面阳极氧化加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铸造铝表面加工，属于机械加工领域。一种铸造铝表面阳极氧化加工方法，该方法将化学腐蚀与磁流体研磨工艺相结合，首先采用简单化学腐蚀对铸造铝表面处理，然后表面进行喷砂处理后进行磁流体研磨，这种工艺克服了以往铸造铝表面阳极氧化需要反复改进腐蚀工艺，控制腐蚀速度与深度，尽量降低铸造铝表面的局部深度腐蚀的复杂加工工艺难题。经本工艺处理的铸造铝表面耐腐蚀性与商业购买的除硅灰剂处理的铸造铝表面均能够抵抗强酸环境长时间腐蚀96h以上，且经过本工艺处理的铸造铝表面光滑均匀，色泽饱满艳丽，既具有微观磨砂带来的哑光质感，又具有整体对光线反射的明亮感。

Description

一种铸造铝表面阳极氧化加工方法
技术领域
本发明涉及金属表面的加工，尤其涉及一种铸造铝表面氧化加工方法。
背景技术
现有铸造铝是目前最广泛应用的工业材料之一，广泛应用在轻工业制造、汽车发动起制造、航空器材一体化切割加工生产等工艺中。一直以来铸造铝未经过精细的表面加工处理，直接应用在各个产业链中。但随着轻工业产业中铸造铝逐步推广，越来越多的铸造铝器件需要进行表面精细化处理，比如进行耐腐蚀处理，表面喷砂打磨等加工方式。
由于铝金属表面会自发形成氧化铝保护膜，能够实现良好的抗腐蚀性能。因此，铸造铝表面加工的重要工艺之一就是进行表面阳极氧化，在铸造铝的表面形成致密的、均匀的氧化膜。但铸造铝在铸造过程中，多采用电解铝工艺+铸造成型工艺，各个过程中均需要高温加工。高温加工的电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成硅灰粘附在铸造铝的表面。与铸造铝表面金属紧密结合，难以通过简单的处置予以清除。
现有技术中早期采用简单的化学腐或者喷砂处理，对铸造铝表面进行同等力度的均匀处理，但鉴于铸造铝表面的不均匀性、微观的材质不连续性、化学腐蚀的局部原电池反应的剧烈性等问题，这些简单的处置工艺难以在铸造铝的表面形成围观尺寸均一与化学成分均一的共存，后续进行阳极氧化处理过程中，导致铸造铝表面形成的氧化膜厚度不均一、稳定性不均衡，外观色泽也受到不良影响。
后续针对化学腐蚀技术进行优化，反复改进腐蚀工艺，控制腐蚀速度与深度，尽量降低铸造铝表面的局部深度腐蚀。这种复杂的工艺导致铸造铝表面加工成本迅速上升，类似这种除硅灰剂单价需20～40元/kg不等，且都是配置好的原液，导致加工一个产品的成本相当昂贵,且仍不能完全确保铸造铝表面的完全去除，限制阳极氧化技术在铸造铝表面加工中的应用。
因此，开发一种能够均匀处理铸造铝表面硅灰层，控制工艺成本、提高效率，是铸造铝表面进行阳极氧化防腐蚀处理的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铸造铝表面阳极氧化加工方法，解决现在铸造铝表面处理成本过高、工艺复杂的问题。
技术方案
一种铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1：表面前处理；
步骤2：化学腐蚀去除硅灰；
步骤3：表面进行喷砂处理后进行磁流体研磨，磨剂的粒径为φ1.0*5mm；
步骤4：对铸造铝表面进行阳极氧化；
步骤5：表调、上色、封闭。
进一步，步骤2中所述化学腐蚀工艺中，腐蚀剂成分包括磷酸、硝酸盐、氟化氢铵；
进一步，所述磷酸、硝酸盐、氟化氢铵的质量比为60～80wt%:20～25wt%:5～10wt%。
进一步，步骤2中，所述化学腐蚀工艺中，温度为20～25℃、30～60秒。
进一步，步骤3中，所述喷砂工艺走速为8～15Hz，摆速为28～38Hz,压力为2.0～3.5kg，用于去除产品表面毛刺，增强产品表面一致性。
进一步，步骤3中，所述表面进行磁流体研磨磨料为磁力钢针（规格：φ1.0*5mm）；
进一步，步骤3中，所述表面进行磁流体研磨工艺的频率为35～60Hz，研磨时间为10min～20min，研磨剂浓度为2wt%～5wt%，用于增强铸造铝表面一致性，降低微观起伏度。
进一步，步骤4中所述阳极氧化工艺采用单硫酸阳极氧化，浓度为220～280g/L。
进一步，步骤4中所述阳极氧化工艺的温度为19～22℃，时间为60～90min，电压为10～12V。
进一步，步骤1中表面前处理工艺包括脱脂和中和：
a．脱脂工艺的温度为40～60℃，时间为30秒～180秒，清除油污；
b．中和工艺为室温下的酸碱中和，优选为10wt%～20wt%硝酸。
进一步，步骤5中表调工艺在室温下进行，时间为300～600秒，用于扩张氧化膜孔。
进一步，步骤5中染色工艺温度为室温，时间为600～1800秒，PH=5～6，进行着色处理。
进一步，步骤5中封闭剂为为醋酸镍，浓度为6～10g/L，封闭工艺温度为70～95℃，时间为1200～2400秒，将氧化膜孔封闭防止掉色。
进一步，封闭完成后的铸造铝进行烘干，温度为80～120℃，时间为300～600秒，除去表面的水分。
有益效果
本发明给出一种铸造铝表面阳极氧化加工方法，该方法将化学腐蚀与磁流体研磨工艺相结合，首先采用简单化学腐蚀对铸造铝表面处理，然后表面进行喷砂处理后进行磁流体研磨，这种工艺克服了以往铸造铝表面阳极氧化需要反复改进腐蚀工艺，控制腐蚀速度与深度，尽量降低铸造铝表面的局部深度腐蚀的复杂加工工艺难题。与经本工艺处理的铸造铝表面耐腐蚀性与商业购买的除硅灰剂处理的铸造铝表面氧化处理后，均能够长时间抵抗强酸环境腐蚀96h以上。且经过本工艺处理的铸造铝表面光滑均匀，色泽饱满艳丽，既具有微观磨砂带来的哑光质感，又具有整体对光线反射的明亮感。
附图说明
图1为酸性测试报告部分截图；
图2为酸性测试后的产品实物照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
本发明是提出一种铸造铝表面阳极氧化加工方法，该方法将化学腐蚀与磁流体研磨工艺相结合，克服了以往铸造铝表面阳极氧化需要反复改进腐蚀工艺，控制腐蚀速度与深度，尽量降低铸造铝表面的局部深度腐蚀的复杂加工工艺难题。
对照例 1
对铸造铝表面在40℃下进行脱脂处理，清除铸造铝表面的油脂。然后将处理完的铸造铝置于室温下的10wt%硝酸溶液中进行酸碱中和处理。
然后采用普通打磨工艺处理铸造铝表面，然后置于采购的除硅灰剂（75%硝酸+98%氟化钠按8:1）中除去硅灰。
经过表面除硅灰处理的铸造铝表面进行阳极氧化，本对照例中阳极氧化工艺采用单硫酸阳极氧化，浓度为220g/L；本对照例中阳极氧化工艺的温度为19℃，时间为60min，电压为10V。
经过阳极氧化表面处理的铸造铝进行表调、上色、封闭。本对照例中表调工艺在室温下进行，时间为300秒，用于扩张氧化膜孔。然后对铸造铝表面进行染色，染色的工艺温度为室温，时间为600秒，PH=5，在铸造铝表面进行着色处理。经过着色后的铸造铝进行封闭，本对照例中封闭剂为为醋酸镍，浓度为6g/L，封闭工艺温度为70℃，时间为1200秒，将氧化膜孔封闭防止掉色。封闭完成后的铸造铝进行烘干，温度为80℃，时间为300秒，除去表面的水分。
对照例 2
对铸造铝表面在50℃下进行脱脂处理，清除铸造铝表面的油脂。然后将处理完的铸造铝置于室温下的15wt%硝酸溶液中进行酸碱中和处理。
然后采用普通打磨工艺处理铸造铝表面，然后置于采购的除硅灰剂（75%硝酸+98%氟化钠按8:1）中除去硅灰。
经过表面除硅灰处理的铸造铝表面进行阳极氧化，本对照例中阳极氧化工艺采用单硫酸阳极氧化，浓度为260g/L；本对照例中阳极氧化工艺的温度为20℃，时间为75min，电压为11V。
经过阳极氧化表面处理的铸造铝进行表调、上色、封闭。本对照例中表调工艺在室温下进行，时间为450秒，用于扩张氧化膜孔。然后对铸造铝表面进行染色，染色的工艺温度为室温，时间为1200秒，PH=5.5，在铸造铝表面进行着色处理。经过着色后的铸造铝进行封闭，本对照例中封闭剂为为醋酸镍，浓度为8g/L，封闭工艺温度为80℃，时间为1800秒，将氧化膜孔封闭防止掉色。封闭完成后的铸造铝进行烘干，温度为100℃，时间为450秒，除去表面的水分。
对照例 3
对铸造铝表面在60℃下进行脱脂处理，清除铸造铝表面的油脂。然后将处理完的铸造铝置于室温下的20wt%硝酸溶液中进行酸碱中和处理。
然后采用普通打磨工艺处理铸造铝表面，然后置于采购的除硅灰剂（75%硝酸+98%氟化钠按8:1）中除去硅灰。
经过表面除硅灰处理的铸造铝表面进行阳极氧化，本对照例中阳极氧化工艺采用单硫酸阳极氧化，浓度为280g/L；本对照例中阳极氧化工艺的温度为22℃，时间为90min，电压为12V。
经过阳极氧化表面处理的铸造铝进行表调、上色、封闭。本对照例中表调工艺在室温下进行，时间为600秒，用于扩张氧化膜孔。然后对铸造铝表面进行染色，染色的工艺温度为室温，时间为1800秒，PH=6，在铸造铝表面进行着色处理。经过着色后的铸造铝进行封闭，本对照例中封闭剂为为醋酸镍，浓度为10g/L，封闭工艺温度为95℃，时间为2400秒，将氧化膜孔封闭防止掉色。封闭完成后的铸造铝进行烘干，温度为120℃，时间为600秒，除去表面的水分。
实施例 1
对铸造铝表面在40℃下进行脱脂处理，清除铸造铝表面的油脂。然后将处理完的铸造铝置于室温下的10wt%硝酸溶液中进行酸碱中和处理。
然后采用磷酸、硝酸盐、氟化氢铵配置化学腐蚀溶液，本实施例中磷酸、硝酸盐、氟化氢铵的质量比为60wt%:20wt%:5wt%，化学腐蚀的温度为20～25℃腐蚀时间为30～60秒。将完成腐蚀的铸造铝表面进行喷砂处理后进行磁流体研磨，本实施例中喷砂工艺的走速为8Hz，摆速为28Hz,压力为2.0kg，用于去除产品表面毛刺，深度除去铸造铝表层硅灰层，增强产品表面一致性。本实施例中表面进行磁流体研磨的磨料为磁力钢针，表面进行磁流体研磨工艺的频率为35Hz，研磨时间为10min，研磨剂浓度为2wt%，用于增强铸造铝表面一致性，降低微观起伏度，为下一步阳极氧化做准备，防止阳极氧化不均一，提升阳极氧化层的质量。
经过表面处理的铸造铝表面进行阳极氧化，本实施例中阳极氧化工艺采用单硫酸阳极氧化，浓度为220g/L；本实施例中阳极氧化工艺的温度为19℃，时间为60min，电压为10V。
经过阳极氧化表面处理的铸造铝进行表调、上色、封闭。本实施例中表调工艺在室温下进行，时间为300秒，用于扩张氧化膜孔。然后对铸造铝表面进行染色，染色的工艺温度为室温，时间为600秒，PH=5，在铸造铝表面进行着色处理。经过着色后的铸造铝进行封闭，本实施例中封闭剂为为醋酸镍，浓度为6g/L，封闭工艺温度为70℃，时间为1200秒，将氧化膜孔封闭防止掉色。封闭完成后的铸造铝进行烘干，温度为80℃，时间为300秒，除去表面的水分。
实施例 2
对铸造铝表面在50℃下进行脱脂处理，清除铸造铝表面的油脂。然后将处理完的铸造铝置于室温下的15%硝酸溶液中进行酸碱中和处理。
然后采用磷酸、硝酸盐、氟化氢铵配置化学腐蚀溶液，本实施例中磷酸、硝酸盐、氟化氢铵的质量比为70wt%:23wt%:8wt%，化学腐蚀的温度为23℃腐蚀时间为30～60秒。将完成腐蚀的铸造铝表面进行喷砂处理后进行磁流体研磨，本实施例中喷砂工艺的走速为12Hz，摆速为32Hz,压力为3kg，用于去除产品表面毛刺，深度除去铸造铝表层硅灰层，增强产品表面一致性。本实施例中表面进行磁流体研磨的磨料为磁力钢针，表面进行磁流体研磨工艺的频率为45Hz，研磨时间为15min，研磨剂浓度为3wt%，用于增强铸造铝表面一致性，降低微观起伏度，为下一步阳极氧化做准备，防止阳极氧化不均一，提升阳极氧化层的质量。
经过表面处理的铸造铝表面进行阳极氧化，本实施例中阳极氧化工艺采用单硫酸阳极氧化，浓度为260g/L；本实施例中阳极氧化工艺的温度为20℃，时间为75min，电压为11V。
经过阳极氧化表面处理的铸造铝进行表调、上色、封闭。本实施例中表调工艺在室温下进行，时间为450秒，用于扩张氧化膜孔。然后对铸造铝表面进行染色，染色的工艺温度为室温，时间为1200秒，PH=5.5，在铸造铝表面进行着色处理。经过着色后的铸造铝进行封闭，本实施例中封闭剂为为醋酸镍，浓度为8g/L，封闭工艺温度为85℃，时间为1800秒，将氧化膜孔封闭防止掉色。封闭完成后的铸造铝进行烘干，温度为100℃，时间为450秒，除去表面的水分。
实施例 3
对铸造铝表面在60℃下进行脱脂处理，清除铸造铝表面的油脂。然后将处理完的铸造铝置于室温下的20wt%硝酸溶液中进行酸碱中和处理。
然后采用磷酸、硝酸盐、氟化氢铵配置化学腐蚀溶液，本实施例中磷酸、硝酸盐、氟化氢铵的质量比为80wt%:25wt%:10wt%，化学腐蚀的温度为20～25℃腐蚀时间为30～60秒。将完成腐蚀的铸造铝表面进行喷砂处理后进行磁流体研磨，本实施例中喷砂工艺的走速为15Hz，摆速为38Hz,压力为3.5kg，用于去除产品表面毛刺，深度除去铸造铝表层硅灰层，增强产品表面一致性。本实施例中表面进行磁流体研磨的磨料为磁力钢针，表面进行磁流体研磨工艺的频率为60Hz，研磨时间为20min，研磨剂浓度为5wt%，用于增强铸造铝表面一致性，降低微观起伏度，为下一步阳极氧化做准备，防止阳极氧化不均一，提升阳极氧化层的质量。
经过表面处理的铸造铝表面进行阳极氧化，本实施例中阳极氧化工艺采用单硫酸阳极氧化，浓度为280g/L；本实施例中阳极氧化工艺的温度为22℃，时间为90min，电压为12V。
经过阳极氧化表面处理的铸造铝进行表调、上色、封闭。本实施例中表调工艺在室温下进行，时间为600秒，用于扩张氧化膜孔。然后对铸造铝表面进行染色，染色的工艺温度为室温，时间为1800秒，PH=6，在铸造铝表面进行着色处理。经过着色后的铸造铝进行封闭，本实施例中封闭剂为为醋酸镍，浓度为10g/L，封闭工艺温度为95℃，时间为2400秒，将氧化膜孔封闭防止掉色。封闭完成后的铸造铝进行烘干，温度为120℃，时间为600秒，除去表面的水分。
质量验证：将实施例1～3与对照例1～3进行对比试验，并撰写酸性抗腐蚀检测测试报告。将对照产品和实施例产品均置于盐酸酸雾中进行极端腐蚀性环境中进行测试，测试结果显示，与经本工艺处理的铸造铝表面耐腐蚀性与商业购买的除硅灰剂处理的铸造铝表面均能够抵抗强酸环境长时间腐蚀96h以上，且根据附图2产品实物可以看出，经过本工艺处理的铸造铝表面光滑均匀，色泽饱满艳丽，既具有微观磨砂带来的哑光质感，又具有整体对光线反射的明亮感。

Claims (10)

1.一种铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1：表面前处理；
步骤2：化学腐蚀去除硅灰；
步骤3：表面进行喷砂处理后进行磁流体研磨，磨剂的粒径为φ1.0*5mm；
步骤4：对铸造铝表面进行阳极氧化；
步骤5：表调、上色、封闭。
2.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤2中所述化学腐蚀的工艺中，腐蚀剂成分包括磷酸、硝酸盐、氟化氢铵，所述腐蚀剂中磷酸、硝酸盐、氟化氢铵的质量比为60～80wt%:20～25wt%:5～10wt%。
3.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤3中，所述喷砂工艺的走速为8～15Hz，摆速为28～38Hz,压力为2.0～3.5kg。
4.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤3中，所述表面进行磁流体研磨工艺的频率为35～60Hz，研磨时间为10min～20min，研磨剂浓度为2wt%～5wt%。
5.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤3中，所述表面进行磁流体研磨磨料为磁力钢针。
6.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤4中，所述阳极氧化工艺采用单硫酸阳极氧化，浓度为220～280g/L。
7.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤4中，所述阳极氧化工艺的温度为19～22℃，时间为60～90min，电压为10～12V。
8.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤1中表面前处理工艺包括脱脂和中和：
脱脂：脱脂工艺的温度为40～60℃，时间为30秒～180秒，清除油污；
中和：中和工艺为室温下的酸碱中和，优选为10wt%～20wt%硝酸。
9.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤5中封闭剂为为醋酸镍，浓度为6～10g/L，封闭工艺温度为70～95℃，时间为1200～2400秒，将氧化膜孔封闭防止掉色。
10.如权利要求1所述的铸造铝表面阳极氧化加工方法，其特征在于，步骤5中表调工艺在室温下进行，时间为300～600秒，用于扩张氧化膜孔。
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