CN112210779A - 一种双梯度抛光方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双梯度抛光方法，包括对铝合金工件表面进行转速以及抛光时间梯度增加的多步机械抛光，对机械抛光之后的铝合金工件依次进行脱脂处理、碱洗处理和中和处理以及对铝合金工件表面进行抛光液中的硫酸含量以及抛光时间梯度增加的多步化学抛光的步骤。本发明还公开了上述双梯度抛光方法在铝合金工件表面阳极氧化膜制备中的抛光处理中的应用。本发明得到的氧化膜产品光泽度高、区域间光泽度的均匀性好，且无需牺牲氧化层的厚度。

Description

一种双梯度抛光方法及其应用
技术领域
本发明涉及金属的表面处理技术领域，尤其涉及一种双梯度抛光方法及其应用。
背景技术
铝合金基材具有成本低、质量轻、易加工等特点，在厨卫家居、建筑、航空航天、交通运输等领域中具有广泛应用，如淋浴房铝合金边框、挂件、飞机机身框架、汽车发动机零件等等。铝合金产品表面处理工艺已有相关专利报道，如专利CN 102965709B通过碱浸蚀、热水洗、冷水洗、出光、冷水洗等前处理方法进而获得一种用于铝合金表面阳极氧化的环保长效前处理工艺。专利CN 100334258C报道了一种铝及铝合金阳极氧化后处理用封孔剂及后处理方法，通过使用该封孔剂及后处理方法，工件表面的阳极氧化膜的结合力强、耐酸碱腐蚀性、耐擦洗性等。
铝合金产品通过阳极氧化工艺处理后，铝材表面往往会发暗，光泽度大大降低。为了获得高光的表面效果，专利CN 106245089B研究了一种铝合金阳极氧化后的高光工艺，具体方法是先对铝合金进行阳极氧化，然后在研磨液作用下，采用研磨皮对所述阳极氧化后的铝合金进行研磨处理，进而极大提升产品光泽度效果。然而，采用研磨处理工艺往往会牺牲氧化层的厚度，导致产品的表面颜色发生变化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种双梯度抛光方法及其应用。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种双梯度抛光方法，其包括以下步骤：
1)对铝合金工件表面进行机械抛光，所述机械抛光是转速以及抛光时间梯度增加的多步机械抛光；
2)对机械抛光之后的铝合金工件依次进行脱脂处理、碱洗处理和中和处理；
3)对铝合金工件表面进行化学抛光，所述化学抛光采用含有硫酸、磷酸和添加剂的抛光液，温度为80-100℃，所述化学抛光是抛光液中的硫酸含量以及抛光时间梯度增加的多步化学抛光；
4)将化学抛光后的铝合金工件进行清洗。
可选的，所述多步机械抛光包括至少两步，且每一步的转速比前一步增加500-1500r/min，抛光时间比前一步增加3-8min。
可选的，所述多步机械抛光为按序进行的三步抛光；第一步的转速为500-1500r/min，抛光时间为2-8min；第二步的转速为1500-2500r/min，抛光时间为7-13min；第三步的转速为2500-3500r/min，抛光时间为12-18min。
可选的，步骤3)中，所述多步化学抛光包括至少两步，且每一步采用的抛光液中的硫酸含量比前一步增加3-8wt％，抛光时间比前一步增加3-8min。
可选的，所述多步化学抛光为按序进行的三步抛光；第一步的抛光液含有8-12wt％硫酸、65-70wt％磷酸和1-5wt％添加剂，抛光时间2-5min；第二步的抛光液含有12-18wt％硫酸、65-70wt％磷酸和1-5wt％添加剂，抛光时间3-8min；第三步的抛光液含有18-25wt％硫酸、65-70wt％磷酸和1-5wt％添加剂，抛光时间8-12min。
可选的，步骤2)将所述机械抛光之后的铝合金工件放入5-10％的硫酸溶液中进行所述脱脂处理，5-15min后取出并放入纯水中清洗5-20min；然后将铝合金工件放入浓度为45-55g/L的NaOH溶液中进行碱洗，溶液温度为45-55℃，碱洗时间为2-5min，碱洗完再放入纯水中清洗5-20min；将碱洗后的铝合金工件放入浓度为140-150g/L的硝酸溶液中进行中和处理，然后再放入纯水中清洗5-20min。
可选的，步骤3)中，所述添加剂包括硫酸镍、聚二硫二丙烷磺、硫基苯并咪唑、乙烯硫脲、氨基磺酸、润湿剂中的至少一种。
可选的，还包括周期性重复步骤1-4以对所述铝合金工件进行多次抛光的步骤。
可选的，所述多次抛光的周期为2-5个。
一种铝合金工件的表面处理方法，其包括以下步骤：
1)采用上述双梯度抛光方法对铝合金工件表面进行抛光；
2)将抛光后的铝合金工件放入阳极氧化溶液中进行氧化；
3)将阳极氧化后的铝合金工件放入染料溶液中染色；
4)将染色后的铝合金工件放入封孔剂溶液中封孔处理；
5)对封孔后的铝合金工件进行水洗处理。
本发明的有益效果为：
1、通过转速梯度机械抛光工艺，由低转速到高转速的变化，可以均匀的去除基材表面的瑕疵，进而获得有一定亮度的表面，通过硫酸浓度梯度化学抛光工艺，可以使得铝金属表面通过有规则溶解达到更加光亮平滑，最终可以得到光亮、平整的表面，操作简便；后续进行阳极氧化工艺等得到的氧化膜光泽度得到明显的提高，且无需牺牲氧化层的厚度，也不会对表面颜色产生影响；
2、采用梯度机械工艺与梯度化学工艺结合，提高了产品光泽度的均匀性，避免了区域光泽度差异，尤其适用于具有凹凸表面的铝合金工件。
具体实施方式
以下具体实施例对本发明做进一步解释。
实施例1
1、转速梯度机械抛光
①对铝合金毛坯工件表面进行低速机械抛光，转速1000r/min，时间5min；
②然后对低速抛光后的工件进行中速机械抛光，转速2000r/min，时间10min；
③最后对中速抛光后的工件进行高速机械抛光，转速3000r/min，时间15min；
2、脱脂处理
将高速机械抛光后的铝合金工件放入8％的硫酸溶液中进行脱脂处理，10min后取出并放入纯水中清洗10min；
3、碱洗处理
将抛光后的铝合金工件放入NaOH溶液中进行碱洗，其工艺条件为：NaOH浓度为45-55g/L，溶液温度为45-55℃、碱洗时间为3min；抛光工件碱洗完再放入纯水中清洗10min；
4、中和处理
将碱洗后的铝合金工件放入浓度为140-150g/L的硝酸溶液中进行中和处理；抛光工件中和完再放入纯水中清洗10min；
5、硫酸浓度梯度化学抛光处理
①将清洗后的铝合金工件放入10％硫酸、70％磷酸、3％添加剂的抛光液中进行化学抛光，其中化学抛光添加剂主要包括硫酸镍、聚二硫二丙烷磺、硫基苯并咪唑、乙烯硫脲、氨基磺酸、润湿剂等。化学抛光工艺：温度为100℃，抛光时间为3min；
②将上述①化学抛光后的铝合金工件放入15％硫酸、70％磷酸、3％添加剂的抛光液中进行化学抛光，其中化学抛光添加剂主要包括硫酸镍、聚二硫二丙烷磺、硫基苯并咪唑、乙烯硫脲、氨基磺酸、润湿剂等。化学抛光工艺：温度为100℃，抛光时间为5min；
③将上述②化学抛光后的铝合金工件放入20％硫酸、70％磷酸、3％添加剂的抛光液中进行化学抛光，其中化学抛光添加剂主要包括硫酸镍、聚二硫二丙烷磺、硫基苯并咪唑、乙烯硫脲、氨基磺酸、润湿剂等。化学抛光工艺：温度为100℃，抛光时间为10min；③化学抛光完再将工件放入纯水中清洗10min；
6、阳极氧化处理
将水洗后的铝合金工件放入阳极氧化溶液中进行氧化，溶液中Al3+的浓度为8g/L，H2SO4的浓度为20％；氧化工艺：电压为15V，电流2.0A/dm2，温度为15-20℃，氧化时间为20min；
7、染色处理
将阳极氧化后的铝合金工件放入化学染料溶液中染色，温度为35-45℃；染色完将工件放入纯水中清洗10min；
8、封孔处理
将着色后的铝合金工件放入封孔剂溶液中封孔处理，其中pH值5.8-6.2，温度75-85℃，时间60min；封孔剂成分为醋酸镍75g/L、苯甲酸2g/L、苯甲酸钠1.5g/L、萘系磺酸盐18g/L、十二烷基硫酸钠2g/L和有机硅消泡剂1g/L。
9、水洗处理
将封孔后的铝合金工件用常温超纯水清洗10min；然后采用80℃超纯水热水清洗10min。
实施例2
以步骤1-5为一个周期，在进行步骤1-5后重复步骤1-5一次(即2个抛光周期)，然后再进行步骤6，其余与实施例1相同。
实施例3
以步骤1-5为一个周期，在进行步骤1-5后重复步骤1-5二次(即3个抛光周期)，然后再进行步骤6，其余与实施例1相同。
实施例4
以步骤1-5为一个周期，在进行步骤1-5后重复步骤1-5三次(即4个抛光周期)，然后再进行步骤6，其余与实施例1相同。
实施例5
以步骤1-5为一个周期，在进行步骤1-5后重复步骤1-5四次(即5个抛光周期)，然后再进行步骤6，其余与实施例1相同。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤1采用转速2000r/min的匀速对铝合金工件表面进行机械抛光30min，步骤5将铝合金工件放入15％硫酸、70％磷酸、3％添加剂的抛光液中进行化学抛光18min，其余工艺与实施例1相同。
实施例1-5和对比例1得到的氧化膜表面的光泽度测试结果如下表：
Figure BDA0002711101230000051
可见本发明的双梯度抛光方法对氧化膜表面不同区域上的光泽度均匀性具有较大的改善。且实施例2-5采用周期性重复的双梯度抛光方法，随着双梯度抛光周期的增加，基材表面的粗糙度越来越小，光泽度越来越大，氧化后的产品表面光泽度对应越来越大。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种双梯度抛光方法及其应用，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双梯度抛光方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对铝合金工件表面进行机械抛光，所述机械抛光是转速以及抛光时间梯度增加的多步机械抛光；
2)对机械抛光之后的铝合金工件依次进行脱脂处理、碱洗处理和中和处理；
3)对铝合金工件表面进行化学抛光，所述化学抛光采用含有硫酸、磷酸和添加剂的抛光液，温度为80-100℃，所述化学抛光是抛光液中的硫酸含量以及抛光时间梯度增加的多步化学抛光；
4)将化学抛光后的铝合金工件进行清洗。
2.根据权利要求1所述的双梯度抛光方法，其特征在于：步骤1)中，所述多步机械抛光包括至少两步，且每一步的转速比前一步增加500-1500r/min，抛光时间比前一步增加3-8min。
3.根据权利要求2所述的双梯度抛光方法，其特征在于：所述多步机械抛光为按序进行的三步抛光；第一步的转速为500-1500r/min，抛光时间为2-8min；第二步的转速为1500-2500r/min，抛光时间为7-13min；第三步的转速为2500-3500r/min，抛光时间为12-18min。
4.根据权利要求1所述的双梯度抛光方法，其特征在于：步骤3)中，所述多步化学抛光包括至少两步，且每一步采用的抛光液中的硫酸含量比前一步增加3-8wt％，抛光时间比前一步增加3-8min。
5.根据权利要求4所述的双梯度抛光方法，其特征在于：所述多步化学抛光为按序进行的三步抛光；第一步的抛光液含有8-12wt％硫酸、65-70wt％磷酸和1-5wt％添加剂，抛光时间2-5min；第二步的抛光液含有12-18wt％硫酸、65-70wt％磷酸和1-5wt％添加剂，抛光时间3-8min；第三步的抛光液含有18-25wt％硫酸、65-70wt％磷酸和1-5wt％添加剂，抛光时间8-12min。
6.根据权利要求1所述的双梯度抛光方法，其特征在于：步骤2)将所述机械抛光之后的铝合金工件放入5-10％的硫酸溶液中进行所述脱脂处理，5-15min后取出并放入纯水中清洗5-20min；然后将铝合金工件放入浓度为45-55g/L的NaOH溶液中进行碱洗，溶液温度为45-55℃，碱洗时间为2-5min，碱洗完再放入纯水中清洗5-20min；将碱洗后的铝合金工件放入浓度为140-150g/L的硝酸溶液中进行中和处理，然后再放入纯水中清洗5-20min。
7.根据权利要求1所述的双梯度抛光方法，其特征在于：步骤3)中，所述添加剂包括硫酸镍、聚二硫二丙烷磺、硫基苯并咪唑、乙烯硫脲、氨基磺酸、润湿剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的双梯度抛光方法，其特征在于：还包括周期性重复步骤1-4以对所述铝合金工件进行多次抛光的步骤。
9.根据权利要求8所述的双梯度抛光方法，其特征在于：所述多次抛光的周期为2-5个。
10.一种铝合金工件的表面处理方法，其特征在于包括以下步骤：
1)采用权利要求1～9任一项所述的双梯度抛光方法对铝合金工件表面进行抛光；
2)将抛光后的铝合金工件放入阳极氧化溶液中进行氧化；
3)将阳极氧化后的铝合金工件放入染料溶液中染色；
4)将染色后的铝合金工件放入封孔剂溶液中封孔处理；
5)对封孔后的铝合金工件进行水洗处理。
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