CN113481562A - 一种铝合金门窗型材的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提供了一种铝合金门窗型材的表面处理方法，具体步骤包括前处理、阳极氧化工艺、封闭工艺、抗阻燃处理，通过阳极氧化对铝合金进行表面处理以及后续的稀土可溶性盐封闭处理赋予了合金表面良好的耐蚀性，随后稀土可溶性盐与聚丙烯酰胺阻燃剂相匹配，对铝合金门窗的阻燃性能起到关键作用，门窗燃烧等级达到A类标准，其中使用稀土可溶性盐作为阻燃剂，隔绝氧，减少了维持燃烧循环所需要的热量，具有无毒环保、耐热的特点。耐腐蚀测试结果显示经过72h的5wt.%的NaCl腐蚀试验后，白色腐蚀产物面积不超过5%。
Description
技术领域
本发明属于铝合金表面处理加工技术领域，尤其涉及一种铝合金门窗型材的表面处理方法。
背景技术
铝作为地球上元素含量最大的金属元素以化合态形式存在于矿石中，价格低廉，产量丰富。铝及其合金具有延展性高、机械加工性好、密度低等特性，广泛应用于飞机及汽车制造，建筑铝型材，日用轻工业产品，计算机及通信组件，光电和半导体零器件等多项生产制造领域。
铝的电极电位较负故在自然环境中易氧化生成一层薄且疏松的多孔膜，使其在空气中具有一定程度的稳定性。而该自生膜层机械强度低、易破损，并不能解决铝材硬度低及耐蚀性、耐磨性差等不适应实际生产的自身不足。因此，对其进行表面处理以延长使用寿命一直为业内的研究热点，常见的铝及铝合金表面处理技术有：化学转化，阳极氧化、微弧氧化、电镀等。
铝合金的制造过程中通过改变所添加合金元素的种类以产出综合性能各异的铝合金系列，1000系铝合金含铝量最高，价格较低；2000系铝合金硬度较高，而铜元素含量多，耐蚀性差；5000系铝合金又称铝镁合金，密度低、延伸率好；6000系铝合金含有镁、硅两种合金元素，加工性较好，氧化性最佳。本发明选择阳极氧化进行铝合金的表面处理以赋予铝合金优良的耐腐蚀性，同时考虑其应用于高档建筑材料领域，阻燃性也是考察的重要指标，因为近些年高层建筑物频频发生火灾，建筑材料的安全性乃重中之重，直接威胁到人身安全，所以本发明开发了一种具有抗助燃性的铝合金门窗型材，在火灾发生时可以阻隔火焰一段时间，以保证人员在有限时间内安全逃脱。
发明内容
本发明的目的是提供了一种铝合金门窗型材的表面处理方法，通过铝合金的阳极氧化赋予铝合金表面较好的耐蚀性，同时利用聚丙烯酰胺阻燃剂以及稀土可溶性盐使得铝合金表面具有较好的阻燃性能，隔绝氧，并减少维持燃烧循环所需要的热量，以达到建筑材料的燃烧安全标准。
本发明为了实现上述目的，可采用以下技术方案：
一种铝合金门窗型材的表面处理方法，包括以下具体步骤：
（1）前处理
选用砂轮或120目砂纸对铝合金门窗进行机械抛光，去毛刺，随后利用脱脂剂在90℃下除油，然后将门窗浸入加入缓蚀剂的5wt.%的硝酸溶液酸洗10分钟以及利用10 wt.%的氢氧化钠溶液于50℃碱洗10分钟以保证表面的光洁度；
（2）阳极氧化工艺
将铝合金门窗浸入阳极氧化电解槽中的电解液中，以不锈钢钢板为阴极，铝合金门窗为阳极，电解液成分为硫酸100~150g/L，草酸70~100g/L，阳极氧化过程中施加40~70V的电压以及1~7.5A/dm2的直流电流，电解液温度为30℃，电解30~60分钟；
（3）封闭工艺
将阳极氧化后的铝合金门窗浸入含有稀土的可溶性盐溶液中进行封闭处理，并于40℃下封闭30分钟，随后在120℃的烘箱中烘干1小时；
（4）抗阻燃处理：将烘干后的铝合金门窗浸入5wt.%的聚丙烯酰胺水溶液中，于40~50℃下超生15min，并在200~300℃下烘烤15~30分钟，随后冷却至室温，获得抗阻燃性的铝合金门窗。
作为优选方案地，上述机械抛光步骤，使得铝合金门窗的粗糙度为0.15~0.2微米。
作为优选方案地，上述的一种铝合金门窗型材的表面处理方法，其特征在于，所述缓蚀剂为六次甲基四胺，铬酸钠，六氟磷酸盐中的任意一种。
作为优选方案地，上述稀土的可溶性盐溶液为轻稀土可溶性酸盐，包括含La，Ce，Pr，Nd的可溶性酸盐。
作为优选方案地，采用上述表面处理方法所处理的铝合金门窗可以应用于高档建筑材料领域。
作为优选方案地，所述表面处理方法适合于1000系，2000系，3000系，4000系，5000系，6000系以及7000系铝合金的表面处理。
本发明采用上述方案，提供了一种铝合金门窗型材的表面处理方法，通过阳极氧化对铝合金进行表面处理以及后续的稀土可溶性盐封闭处理赋予了合金表面良好的耐蚀性，随后稀土可溶性盐与聚丙烯酰胺阻燃剂相匹配，对铝合金门窗的阻燃性能起到关键作用，门窗燃烧等级达到A类标准。耐腐蚀测试结果显示经过72h的5wt.%的NaCl腐蚀试验后，白色腐蚀产物面积不超过5%。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种铝合金门窗型材的表面处理方法，包括以下具体步骤：
（1）前处理
选用砂轮或120目砂纸对铝合金门窗进行机械抛光，去毛刺，随后利用脱脂剂在90℃下除油，然后将门窗浸入加入六次甲基四胺缓蚀剂的5wt.%的硝酸溶液酸洗10分钟以及利用10 wt.%的氢氧化钠溶液于50℃碱洗10分钟以保证表面的光洁度；
（2）阳极氧化工艺
将铝合金门窗浸入阳极氧化电解槽中的电解液中，以不锈钢钢板为阴极，铝合金门窗为阳极，电解液成分为硫酸100g/L，草酸70g/L，阳极氧化过程中施加40V的电压以及3.5A/dm2的直流电流，电解液温度为30℃，电解40分钟；
（3）封闭工艺
将阳极氧化后的铝合金门窗浸入含La的可溶性盐溶液中进行封闭处理，并于40℃下封闭30分钟，随后在120℃的烘箱中烘干1小时；
（4）抗阻燃处理：将烘干后的铝合金门窗浸入5wt.%的聚丙烯酰胺水溶液中，于40~50℃下超声15min，并在200~300℃下烘烤15分钟，随后冷却至室温，获得抗阻燃性的铝合金门窗。
上述的铝合金门窗型材的表面处理方法，可以应用于高档建筑材料领域。
上述表面处理方法适合于1000系，2000系，3000系，4000系，5000系，6000系以及7000系铝合金的表面处理。
发明中稀土可溶性盐有三个作用，一是封孔作用，因为经过阳极氧化后的铝合金表面会形成多孔的钝化膜，孔的存在会严重影响铝合金表面的耐蚀性，因此需要进行封闭处理，稀土可溶性盐是一种优良的封孔剂，可有效填充阳极氧化钝化膜的孔洞；二是缓蚀作用，它作为缓蚀剂可以在表面形成有效的保护膜以抑制局部腐蚀的发生；三是阻燃作用，稀土元素La，Ce，Pr，Nd等元素，因具有独特的【Xe】4f0-14-5d（0-14）-6s2电子层结构，应用于阻燃剂中，具有无毒环保、耐热等优点。相较于常用的溴系阻燃剂，虽然溴系阻燃剂阻燃效率高，但其燃烧时会产生有毒有害气体，而稀土则无毒环保。它与聚丙烯酰胺阻燃剂配合使用，可显著改善提高铝合金表面的阻燃性。添加稀土元素可促进形成致密的碳层，起到协同阻燃和抑烟的作用。
实施例2
一种铝合金门窗型材的表面处理方法，包括以下具体步骤：
（1）前处理
选用砂轮或120目砂纸对铝合金门窗进行机械抛光，去毛刺，随后利用脱脂剂在90℃下除油，然后将门窗浸入加入铬酸钠缓蚀剂的5wt.%的硝酸溶液酸洗10分钟以及利用10wt.%的氢氧化钠溶液于50℃碱洗10分钟以保证表面的光洁度；
（2）阳极氧化工艺
将铝合金门窗浸入阳极氧化电解槽中的电解液中，以不锈钢钢板为阴极，铝合金门窗为阳极，电解液成分为硫酸150g/L，草酸100g/L，阳极氧化过程中施加70V的电压以及5.5A/dm2的直流电流，电解液温度为30℃，电解30分钟；
（3）封闭工艺
将阳极氧化后的铝合金门窗浸入含有稀土的可溶性盐溶液中进行封闭处理，并于40℃下封闭30分钟，随后在120℃的烘箱中烘干1小时；
（4）抗阻燃处理：将烘干后的铝合金门窗浸入5wt.%的聚丙烯酰胺水溶液中，于40~50℃下超声15min，并在200~300℃下烘烤15~30分钟，随后冷却至室温，获得抗阻燃性的铝合金门窗。
上述的铝合金门窗型材的表面处理方法，可以应用于高档建筑材料领域。
上述表面处理方法适合于1000系，2000系，3000系，4000系，5000系，6000系以及7000系铝合金的表面处理。
实施例3
一种铝合金门窗型材的表面处理方法，包括以下具体步骤：
（1）前处理
选用砂轮或120目砂纸对铝合金门窗进行机械抛光，去毛刺，随后利用脱脂剂在90℃下除油，然后将门窗浸入加入含有六氟磷酸纳缓蚀剂的5wt.%的硝酸溶液酸洗10分钟以及利用10 wt.%的氢氧化钠溶液于50℃碱洗10分钟以保证表面的光洁度；
（2）阳极氧化工艺
将铝合金门窗浸入阳极氧化电解槽中的电解液中，以不锈钢钢板为阴极，铝合金门窗为阳极，电解液成分为硫酸125g/L，草酸90g/L，阳极氧化过程中施加50V的电压以及3A/dm2的直流电流，电解液温度为30℃，电解40分钟；
（3）封闭工艺
将阳极氧化后的铝合金门窗浸入含有稀土的可溶性盐溶液中进行封闭处理，并于40℃下封闭30分钟，随后在120℃的烘箱中烘干1小时；
（4）抗阻燃处理：将烘干后的铝合金门窗浸入5wt.%的聚丙烯酰胺水溶液中，于40~50℃下超声15min，并在200~300℃下烘烤15~30分钟，随后冷却至室温，获得抗阻燃性的铝合金门窗。
性能测试
耐腐蚀性测试可采用盐雾实验来进行测试，首先将铝合金门窗切成100mm×100mm×5mm的小块，除了100mm×100mm的一个测试面裸露在外边，其余四周均用透明胶带封上，然后将试样置于腐蚀盐雾箱中，腐蚀溶液为5wt.%的NaCl溶液，温度为25℃，腐蚀时间为72h，盐雾沉降量为1ml/cm2。以腐蚀面积的百分比（%）作为耐腐蚀性评价指标，即腐蚀区域的面积占整个测试面积的百分比。
阻燃性测试根据GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》进行燃烧性能分级。利用水平燃烧器和垂直燃烧器进行测试，测试参数包括热释放、产烟量、火焰横向传播和燃烧滴落物及颗粒物，以确定燃烧性能等级，燃烧性能等级可分为A（不燃材料），B1（难燃材料），B2（可燃材料）以及B3（易燃材料）。
耐腐蚀性和阻燃性的测试结果见表1。空白例选择未进行表面处理的铝合金门窗作为调查对象。
表1实施例1-3中经表面处理后铝合金门窗的耐腐蚀性以及阻燃性能测试结果
| 案例 | 耐腐蚀性（腐蚀面积百分比，%） | 燃烧性能等级 |
| 实施例1 | 4.8% | A |
| 实施例2 | 3.2% | A |
| 实施例3 | 4.1% | A |
| 空白例 | 55% | B3 |
表1显示了实施例1-3中经表面处理后铝合金门窗的耐腐蚀性以及阻燃性能测试结果。结果显示本发明的铝合金门窗经过72h腐蚀实验后，生成的白色腐蚀产物腐蚀面积不超过5%，说明本发明工艺生成的钝化膜具有优良的耐腐蚀性，而且经过抗阻燃性处理后建筑材料燃烧等级为A级。
本发明提供了一种铝合金门窗型材的表面处理方法，可以获得以下有益效果：
通过阳极氧化对铝合金进行表面处理以及后续的稀土可溶性盐封闭处理赋予了合金表面良好的耐蚀性，随后稀土可溶性盐与聚丙烯酰胺阻燃剂相匹配，对铝合金门窗的阻燃性能起到关键作用，门窗燃烧等级达到A类标准。耐腐蚀测试结果显示经过72h的5wt.%的NaCl腐蚀试验后，白色腐蚀产物面积不超过5%。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铝合金门窗型材的表面处理方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
前处理
选用砂轮或120目砂纸对铝合金门窗进行机械抛光，去毛刺，随后利用脱脂剂在90℃下除油，然后将门窗浸入加入缓蚀剂的5wt.%的硝酸溶液酸洗10分钟以及利用10 wt.%的氢氧化钠溶液于50℃碱洗10分钟以保证表面的光洁度；
阳极氧化工艺
将铝合金门窗浸入阳极氧化电解槽中的电解液中，以不锈钢钢板为阴极，铝合金门窗为阳极，电解液成分为硫酸100~150g/L，草酸70~100g/L，阳极氧化过程中施加40~70V的电压以及1~7.5A/dm2的直流电流，电解液温度为30℃，电解30~60分钟；
封闭工艺
将阳极氧化后的铝合金门窗浸入含有稀土的可溶性盐溶液中进行封闭处理，并于40℃下封闭30分钟，随后在120℃的烘箱中烘干1小时；
抗阻燃处理：将烘干后的铝合金门窗浸入5wt.%的聚丙烯酰胺水溶液中，于40~50℃下超声15min，并在200~300℃下烘烤15~30分钟，随后冷却至室温，获得抗阻燃性的铝合金门窗。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金门窗型材的表面处理方法，其特征在于，
所述缓蚀剂为六次甲基四胺，铬酸钠，六氟磷酸盐中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金门窗型材的表面处理方法，其特征在于，所述机械抛光步骤，使得铝合金门窗的粗糙度为0.15~0.2微米。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的一种铝合金门窗型材的表面处理方法，其特征在于，所述稀土的可溶性盐溶液为轻稀土可溶性酸盐，包括含La，Ce，Pr，Nd的可溶性酸盐。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的一种铝合金门窗型材的表面处理方法，其特征在于，采用该表面处理方法所处理的铝合金门窗可以应用于高档建筑材料领域。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的一种铝合金门窗型材的表面处理方法，其特征在于，所述表面处理方法适合于1000系，2000系，3000系，4000系，5000系，6000系以及7000系铝合金的表面处理。
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