CN113005496A - 一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺 - Google Patents

一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金表面处理领域，具体涉及一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理。本发明通过先利用直流电制得一定厚度的阳极氧化膜，再利用二次交流电处理可有效去除铝合金件膜孔中残留的杂质离子并能对膜孔结构进行调整，极大程度阻碍并降低有害离子对铝合金基体腐蚀的概率，从而确保了氧化封闭后铝合金件的耐久性能。

Description

一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺
技术领域
本发明属于铝合金表面处理领域，具体涉及一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理。
背景技术
铝合金是一种可塑性强，导电性好，耐腐蚀性能好，便于表面处理的优良工业材料。
铝在地壳中分布广泛，占比仅低于氧和硅，排在第三位。铝及合金在汽车产业中的应用较广，随着汽车轻量化的潮流之下，诸如法拉利、保时捷、卡宴等超级跑车均先后采用全铝或部分铝车身以减轻重量提升性能，使汽车可以获得更好的动力并且降低油耗。此外，铝合金是非常好回收再造的一种材料，这也使得汽车的维修更为简便，当然也更加环保。全铝发动机的应用更是未来汽车产业的发展趋势。随着铝合金材料大范围应用，其相应的表面处理技术也迅速发展起来。铝的标准电位为-1.66V，金属活性很高，但通过对铝型材进行表面处理可以有效改善及提高铝及铝合金的耐腐蚀性能。目前铝合金表面处理技术主要包括：阳极氧化处理、电镀、涂装、微弧氧化、化学转化以及珐琅等，其中以阳极氧化处理技术发展最为迅速，用途也最为广泛，在铝及铝合金件的生产中占有非常重要的地位。
提升铝合金的耐久性仍然是世界诸多专家学者面临的较为棘手的问题。尤其应用于汽车零部件领域的阳极氧化铝件，面对诸如宝马、戴姆勒、特斯拉等客户高标准要求，汽车零部件的防腐性能受到越来越多的重视。因此，迫切需要开发一种具有高耐蚀性、高耐久性、高性价比的阳极氧化表面处理工艺来适应诸如酸雨、酸雾、冷凝水、高温等恶劣的环境。对于提升公司品牌竞争力、提高客户满意度、减少客户投诉等都有着重要意义。
中国专利申请文件(CN107641827A)公开了一种铝合金阳极氧化工艺，其通过，通过直流-交流电叠加的方法，并严格控制直流-交流电的比率，进而来提高电解时，氧化膜沉积的速度，虽然大大提高了铝合金型材氧化膜的生产效率，但其仅仅达到提高膜层硬度，增加耐磨的效果，无法完全满足汽车零部件行业高耐腐蚀、高耐久性要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，通过该方法极大程度阻碍并降低有害离子对铝合金基体腐蚀的概率，从而确保了氧化封闭后铝合金件的耐久性能。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，所述工艺包括如下步骤：
S1：先对铝合金制品进行脱脂除蜡，再进行超声波清洗；
S2：将铝制品在硫酸/磷酸体系中进行电化学抛光；
S3：将电化学抛光后的铝合金制品先通直流电处理，然后进行交流电处理；
S4：再对铝合金制品依次进行冷封闭处理和热封闭处理。
本发明通过直流阳极氧化工艺后再进行交流电处理，通过该方法对膜孔结构的调节，不但能大幅提高膜层硬度，而且可以去除膜孔中杂质离子，降低有害离子对铝合金基体腐蚀的概率，从而确保了氧化封闭后铝合金件的耐久性能。
在上述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺中，步骤S2硫酸/磷酸体系中硫酸与磷酸的质量比为1:(2-2.5)。其中硫酸浓度优选350-450g/L，磷酸浓度优选700-900g/L。
在上述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺中，步骤S2电化学抛光的电压为30-35V，时间为1000-1500s。
在上述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺中，步骤S3通直流电在硫酸溶液中进行，硫酸浓度为150-200g/L，温度为15-21℃。通过控制硫酸溶液的浓度和温度，可以控制成膜速度及膜层质量。
在上述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺中，步骤S3直流电通电时间为1400-2000s，电压为12-15V。如果电压过高，氧化膜成膜太快，会导致膜层粗糙不细致；氧化电压太低，则成膜效率低，膜层偏软，耐磨效果差，而且会导致工艺时间过长，影响生产效率。
在上述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺中，步骤S3二次交流电处理在硫酸溶液中进行，硫酸浓度为30-60g/L。过高的硫酸浓度会对氧化膜进行腐蚀破坏，影响后续膜孔封孔质量。本发明通过低浓度交流处理后的膜孔，既可以达到优化膜孔结构的效果，又可以最大程度降低对原膜层的破坏，极大提高耐腐蚀性能。
在上述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺中，步骤S3二次交流电处理为DC1：2-10V、AC1:3-10V；DC2：3-8V、AC2:2-8V。普通氧化膜可分为；铝基体、阻挡层、氧化膜三层结构。本发明通过二次交流电处理，对阻挡层结构进行优化，形成二次多孔氧化膜，在原氧化膜基础上增加膜层厚度及结构复杂性，减少及阻隔外界杂质离子接触铝基体。
在上述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺中，步骤S4冷封闭处理在20-25℃NiF2溶液中进行，NiF2溶液浓度为3-5g/L。氟化镍离子体积小可快速穿透并填充氧化膜孔且镍盐金属更加稳定，耐腐蚀性能优良。
在上述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺中，步骤S4热封闭处理在90-100℃的硅酸钠或硅酸钙溶液中进行，溶液浓度为50-70g/L。硅酸钠、硅酸钙具有较高的耐碱性能，经过热封闭后使得铝合金制品耐碱性能得到提升。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过先利用直流电制得一定厚度的阳极氧化膜，再利用二次交流电处理可有效去除铝合金件膜孔中残留的杂质离子并能对膜孔结构进行调整，极大程度阻碍并降低有害离子对铝合金基体腐蚀的概率，从而确保了氧化封闭后铝合金件的耐久性能。
2.本发明通过利用一定浓度的NiF2溶液和硅酸钠或硅酸钙溶液对铝合金制品进行冷封闭处理和热封闭处理使得铝合金制品的耐腐蚀得到大幅度提高。
3.本发明表面处理工艺，整体制作方法简单、操作方便、成本低、效果好，易于推广和产业化，应用前景广阔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，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：
将铝合金制品进行脱脂除蜡处理，超声波清洗，在质量比为1:2的硫酸/磷酸体系中进行电化学抛光，设置电抛电压为30V，时间为1000s，其中硫酸浓度为400g/L，磷酸浓度为800g/L。电抛完成后进行氧化处理，调节氧化槽硫酸浓度150g/L，温度15℃，通电时间为1400s，通电电压为12V；将氧化后铝件再次浸入30g/L的稀硫酸中进行2min交流通电，DC1：2V；AC1:3V；DC2：3V；AC2：2V；将交流处理后零件进行冷封闭处理，冷封闭在20℃的NiF2溶液中进行溶液浓度为3g/L，封闭时间为10min；冷封闭结束后进行热封闭处理，热封闭在100℃的硅酸钠溶液中进行溶液浓度为50g/L，封闭时间为20min；处理后样品置于中性盐雾箱中，试验标准按照ISO 9227：2017箱内温度控制在35±2℃，样品角度20±5°，溶液浓度50g/L，收集液pH值控制在6.5-7.2。试验结果显示：经盐雾腐蚀240H,480H,560H，720H后产品外观仍然保持完好，无白斑、起泡等可视变化，耐腐蚀性较好。
实施例2：
将铝合金制品进行脱脂除蜡处理，超声波清洗，在质量比为1:2.5的硫酸/磷酸体系中进行电化学抛光，设置电抛电压为35V，时间为1500s，其中硫酸浓度为450g/L，磷酸浓度为810g/L。电抛完成后进行氧化处理，调节氧化槽硫酸浓度200g/L，温度21℃，通电时间为2000s，通电电压为15V；将氧化后铝件再次浸入60g/L的稀硫酸中进行10min交流通电，DC1：10V；AC1：10V；DC2：8V；AC2：8V；将交流处理后零件进行冷封闭处理，冷封闭在20℃的NiF2溶液中进行，溶液浓度为5g/L，封闭时间为20min；冷封闭结束后进行热封闭处理，热封闭在90℃的硅酸钙溶液中进行，溶液浓度为70g/L，封闭时间为30min；将封闭后样品置于二氧化硫冷凝水试验箱中，试验标准按照DIN 50018：2013-05，加热阶段箱内温度控制在40±3℃，通风阶段温度为18-28℃，一个测试循环为24H，试样在测试柜内连续暴露24H，每隔24H更换新的水和二氧化硫。试验结果显示：经二氧化硫冷凝水腐蚀72H，120H后产品外观仍然保持完好，无白斑、起泡等可视变化，耐腐蚀性较好。
实施例3：
将铝合金制品进行脱脂除蜡处理，超声波清洗，在质量比为1:2.2的硫酸/磷酸体系中进行电化学抛光，设置电抛电压为35V，时间为1000s，其中硫酸浓度为350g/L，磷酸浓度为700g/L。电抛完成后进行氧化处理，调节氧化槽硫酸浓度150g/L，温度21℃，通电时间为2000s，通电电压为12V；将氧化后铝件再次浸入30g/L的稀硫酸中进行2min交流通电，DC1：2V；AC1：10V；DC2：3V；AC2：8V；将交流处理后零件进行冷封闭处理，冷封闭在25℃的NiF2溶液中进行，溶液浓度为3g/L，封闭时间为20min；冷封闭结束后进行热封闭处理，热封闭在100℃的硅酸钠溶液中进行，溶液浓度为50g/L，封闭时间为30min；将处理后样品分别置于pH值为10、11、12.5、13.0强碱溶液中浸泡10min中。试验结果显示：经强碱腐蚀后产品外观仍然保持完好，无发白、起泡、分界线等可视变化，耐腐蚀性较好。
实施例4：
将铝合金制品进行脱脂除蜡处理，超声波清洗，在质量比为1:2.3的硫酸/磷酸体系中进行电化学抛光，设置电抛电压为32V，时间为1200s，其中硫酸浓度为450g/L，磷酸浓度为900g/L。电抛完成后进行氧化处理，调节氧化槽硫酸浓度180g/L，温度18℃，通电时间为1800s，通电电压为13V；将氧化后铝件再次浸入50g/L的稀硫酸中进行6min交流通电，DC1：7V；AC1：7V；DC2：4V；AC2：4V；将交流处理后零件进行冷封闭处理，冷封闭在23℃的NiF2溶液中进行，溶液浓度为3g/L，封闭时间为15min；冷封闭结束后进行热封闭处理，热封闭在95℃的硅酸钙溶液中进行，溶液浓度为60g/L，封闭时间为25min。将处理后样品置于铜加速的醋酸盐喷雾试验箱中(CASS)，试验标准按照ISO 9227：2017，箱内温度控制在50±2℃，样品角度20±5°，配置溶液浓度0.26g/L CuCl2·2H2O，50g/L NaCl2，pH值控制在3.0-3.1。试验结果显示：经CASS腐蚀48H，96H后产品外观仍然保持完好，无白斑、起泡等可视变化，耐腐蚀性较好。
对比例1：
与实施例1相比，仅在于，铝合金制品在直流电氧化后直接进行封孔处理，未进行交流电扩孔。经480H盐雾腐蚀后外观即出现较大腐蚀斑点，耐盐雾腐蚀性较差。
对比例2：
与实施例2相比，仅在于，铝合金制品在直流电氧化后直接进行封孔处理，未进行交流电扩孔。经120H腐蚀后外观即出现较大腐蚀斑点，耐二氧化硫腐蚀性较差。
对比例3：
与实施例3相比，仅在于，铝合金制品在直流电氧化后直接进行封孔处理，未进行交流电扩孔。在pH值为13.0的溶液中浸泡10min，产品外观明显变白，分界线明显，耐碱性腐蚀较差。
对比例4：
与实施例4相比，仅在于，铝合金制品在直流电氧化后直接进行封孔处理，未进行交流电扩孔。经48H CASS腐蚀后外观即出现较大腐蚀斑点，耐腐蚀性较差。
从上述结果可以看出，本发明通过直流阳极氧化工艺后再单独交流处理，通过该方法对膜孔结构的调节，不但能大幅提高膜层硬度，而且可以去除膜孔中杂质离子，降低有害离子对铝合金基体腐蚀的概率，从而确保了氧化封闭后铝合金件的耐久性能。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
S1：先对铝合金制品进行脱脂除蜡，再进行超声波清洗；
S2：将铝制品在硫酸/磷酸体系中进行电化学抛光；
S3：将电化学抛光后的铝合金制品先通直流电处理，然后进行交流电处理；
S4：再对铝合金制品依次进行冷封闭处理和热封闭处理。
2.根据权利要求1所述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，步骤S2硫酸/磷酸体系中硫酸与磷酸的质量比为1:(2-2.5)。
3.根据权利要求1所述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，步骤S2电化学抛光的电压为30-35V，时间为1000-1500s。
4.根据权利要求1所述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，步骤S3通直流电在硫酸溶液中进行，硫酸浓度为150-200g/L，温度为15-21℃。
5.根据权利要求1所述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，步骤S3直流电通电时间为1400-2000s，电压为12-15V。
6.根据权利要求1所述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，步骤S3交流电处理在硫酸溶液中进行，硫酸浓度为30-60g/L。
7.根据权利要求1所述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，步骤S3交流电处理为DC1：2-10V、AC1：3-10V；DC2：3-8V、AC2:2-8V。
8.根据权利要求1所述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，步骤S4冷封闭处理在20-25℃的NiF2溶液中进行，NiF2溶液浓度为3-5g/L。
9.根据权利要求1所述的一种提高铝合金制品耐久性能的表面处理工艺，其特征在于，步骤S4热封闭处理在90-120℃的硅酸钠或硅酸钙溶液中进行，溶液浓度为50-70g/L。
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