CN114293238B - 铝合金的阳极氧化层染色的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金的阳极氧化层染色的方法，包括以下步骤：步骤一，对铝合金进行除油处理；步骤二，对铝合金进行化学抛光；步骤三，对铝合金进行阳极氧化；步骤四，使用染料溶液对氧化后的铝合金的表面染上颜色；步骤五，使用封孔溶液对铝合金进行封孔处理，封孔溶液包括如下质量份的组分：20‑30份的聚(乙烯醇‑co‑乙烯)、20‑30份的聚(乙烯‑co‑1,2‑丁烯)二醇、10‑20份的丙烯酸类的共聚物乳液RM8、10‑20份的羧甲基纤维素钠、40‑50份的乙醇、800‑1000份的水，封孔溶液的温度为20‑40℃，铝合金置于封孔溶液中的时间为1‑2min。

Description

铝合金的阳极氧化层染色的方法

技术领域

本发明提供了一种铝合金的阳极氧化层染色的方法，具体而言，在铝合金的阳极氧化层表面进行染色，获得一定的外观颜色，相较于传统的合成染料，本发明使用的植物染料对环境友好。

背景技术

现有的铝合金的阳极氧化层染色的技术方案包括电解着色和化学溶液染色。铝合金的阳极氧化层进行电解着色较多采用一步电解法或二步电解法，但电解着色需要引入相应的金属盐，重金属离子处理不当容易污染环境，而且电解着色处理后的铝合金表面色彩较为单一。铝合金的阳极氧化层进行化学溶液染色时较多采用合成染料对铝合金的阳极氧化层进行氧化染色，而合成染料大部分属于金属络合型弱酸染料，并带有特定的化学官能团，常用的合成染料包括偶氮类、蒽醌类、二氨基二苯乙烯二磺酸类等，合成染料对人体和环境都有很大的危害。

为了减少合成染料的使用，目前的技术方案包括使用植物染料代替合成染料应用于铝合金的阳极氧化层染色，植物染料是指利用自然界之花、草、树木、茎、叶、果实、种子、皮、根提取色素作为染料，目前植物染料广泛用于棉、麻、丝、毛纤维织物的染色，相较于传统的合成染料，植物染料具有来源广泛、无毒环保的优势。

但目前将植物染料应用于铝合金的阳极氧化层染色存在以下技术问题：

1.铝合金的阳极氧化层染色时，植物染料吸附并进入铝合金的阳极氧化层中，但植物染料和阳极氧化层的附着力较差；。

2.染色铝件的耐候性较差，使得染色铝件在长期使用过程中又易出现色泽变化现象。

术语定义

本发明中记载的植物染料主要成分是植物本身的色素类，采用的植物的花卉、果壳、果实及叶子等为原料，经粉碎、溶剂浸提、超声处理、减压浓缩、低温风干等工序提取而成。

本发明中记载的“深蓝色”是经过浸泡发酵的蓝色系列植物染料，植物原料包括蓼蓝、菘蓝、马蓝的一种或多种组合。

本发明中记载的“玫瑰红”是红色系列植物染料，植物原料包括茜草、苏木、红花中的一种或者多种组合。

本发明中记载的“亮黄”是黄色系列植物染料，植物原料包括大黄、姜黄、黄连、栀子、槐花中的一种或多种组合

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种铝合金的阳极氧化层染色的方法，该方使用植物染料对铝合金的阳极氧化层进行染色，使用该方法得到的染色铝件具有优异的耐候性，染色铝件在长期使用过程中不会出现色泽变化。

一种铝合金的阳极氧化层染色的方法，包括以下步骤：

步骤一，对铝合金进行除油处理；

步骤二，对铝合金进行化学抛光；

步骤三，对铝合金进行阳极氧化；

步骤四，使用染料溶液对氧化后的铝合金的表面染上颜色，染料溶液包括2-12g/L的植物染料，植物染料为深蓝色、玫瑰红、亮黄中的一种或几种混合，染料溶液的pH值为5-6，染料溶液的温度为55-60℃，铝合金置于染料溶液中的时间不少于10min；

步骤五，使用封孔溶液对铝合金进行封孔处理，封孔溶液包括如下质量份的组分：20-30份的聚(乙烯醇-co-乙烯)、20-30份的聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇、10-20份的丙烯酸类的共聚物乳液RM8、10-20份的羧甲基纤维素钠、40-50份的乙醇、800-1000份的水，封孔溶液的温度为20-40℃，铝合金置于封孔溶液中的时间为1-2min。

上述相邻步骤之间还包括水洗工序，即使用40-50℃的流动去离子水冲洗铝合金的表面不少于30s。

在一实施例中，阳极氧化的使用的阳极氧化溶液包括180-210mL/L的硫酸，阳极氧化溶液的温度为18-20℃，阳极氧化的电压为11-14V。铝合金进在进行阳极氧化时：将铝合金浸泡在阳极氧化溶液中作为阳极，在直流电压为11-14V(电流密度约为1.5A/dm²)、温度为18-20℃的条件下进行电解，电解时间为30min，可在铝合金表面形成厚度约为12-15μm的均匀阳极氧化层，阳极氧化层上存在众多微孔，可以吸附容纳植物染料分子。

在一实施例中，染料溶液还包括5-10g/L的pH稳定剂，pH稳定剂用于进行染料溶液的pH值调节，优选的，pH稳定剂采用醋酸钠。

本发明中所记载的除油处理和化学抛光属于本领域的常规技术，可以采用现有技术实现，只需要满足铝合金经过除油处理和化学抛光后表面光亮平整、无油污、无划痕即可。

铝合金经过阳极氧化处理的后浸入染料溶液中染色，最后将经过染色的铝合金进行封闭处理即得染色铝合金成品。需要说明的是，本发明同样适用于纯铝材料的阳极氧化层染色。

在一实施例中，铝合金完成封孔处理后需要在110-130℃的环境下干燥不少于30min，该干燥过程能促进封孔溶液在铝合金表面形成薄膜。

相比于现有技术，本发明提供的技术方案至少存在以下有益效果：

1.铝合金染色时通过控制染料溶液的组分参数、pH值、温度以及铝合金浸入染料溶液中的时间，来综合提升铝合金的阳极氧化层的染色效果；

2.通过对封孔溶液的组分参数控制，使得染料后的铝合金经过封孔处理后获得状态稳定且耐久的染色效果，铝合金进行封孔处理后会在铝合金表面形成一层透光率为86％以上的透明薄膜，该透明薄膜的附着力优异并且会将植物染料固定在铝合金的阳极氧化层上，从而提升了植物染料和阳极氧化层的附着力；

3.本发明提供的封孔溶液为水性封孔溶液，其中：水为主要的溶剂；聚(乙烯醇-co-乙烯)和聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇为主要成膜物质；丙烯酸类的共聚物乳液RM8为粘结剂用于提升透明薄膜和铝合金表面的附着力；羧甲基纤维素钠为增稠剂，用于提升封孔溶液的粘稠度；乙醇为助溶剂，用于使得其它组分在水中稳定均匀分散；

4.发明人意外发现：封孔溶液中不含有聚(乙烯醇-co-乙烯)时，铝合金进行封孔处理后形成的薄膜的致密性较差，导致染色铝合金的耐候性较差；封孔溶液中不含有聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇时，铝合金进行封孔处理后形成的薄膜的致密性较差并且薄膜的透光率低于80％；封孔溶液中同时具有聚(乙烯醇-co-乙烯)和聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇时，铝合金进行封孔处理后聚(乙烯醇-co-乙烯)和聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇能在铝合金表面固化时产生协同作用来提升透明薄膜的交联致密性，使得透明薄膜的膜结构的致密性提升，使得透明薄膜表现出耐高湿性和抗冷热冲击性能的显著提升，从而提升染色铝合金的的耐候性，并且透明薄膜的透光率为86％以上并且透光率变化率小于3％。

具体实施方式

下面将更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

本实施例提供了一种铝合金的阳极氧化层染色的方法，包括以下步骤：

步骤一，对铝合金进行除油处理，所述铝合金为15mm×15mm×10mm规格的2024铝合金方块；

步骤二，对铝合金进行化学抛光；

步骤三，对铝合金进行阳极氧化，阳极氧化溶液包括200mL/L的硫酸，将铝合金浸泡在阳极氧化溶液中作为阳极，在直流电压为12V、电流密度为1.5A/dm²、温度为20℃的条件下进行电解，电解时间为30min；

步骤四，使用染料溶液对氧化后的铝合金的表面染上颜色，染料溶液包括6g/L的深蓝色，染料溶液的pH值为5，染料溶液的温度为58℃，铝合金置于染料溶液中的时间为10min；

步骤五，使用封孔溶液对铝合金进行封孔处理，封孔溶液包括如下质量份的组分：25份的聚(乙烯醇-co-乙烯)、25份的聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇、15份的丙烯酸类的共聚物乳液RM8、15份的羧甲基纤维素钠、45份的乙醇、900份的水，封孔溶液的温度为30℃，铝合金置于封孔溶液中的时间为1min；

步骤六，将封孔处理后的铝合金在120℃的环境下干燥30min。

实施例2

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，染料溶液包括10g/L的玫瑰红。

实施例3

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，染料溶液包括12g/L的秋香黄。

实施例4

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，染料溶液包括6g/L的深蓝色和4g/L的玫瑰红。

实施例5

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，染料溶液包括6g/L的深蓝色、4g/L的玫瑰红和2g/L的亮黄。

对比例1

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，铝合金染色后不进行封孔处理。

对比例2

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，使用封孔溶液对铝合金进行封孔处理，封孔溶液为去离子水，封孔溶液的温度为100℃，铝合金置于封孔溶液中的时间为5min。

对比例3

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，使用封孔溶液对铝合金进行封孔处理，封孔溶液的组分含量为：醋酸镍1.5-2.5g/L、醋酸锌2.2-3.5g/L、氟化镍1.3-1.5g/L、柠檬酸9.0-10.0g/L、氟硅酸钠8-10g/L、三乙醇胺3.5-5.5g/L、甘油2.5-3.5g/L，封孔溶液的pH值为5.0，封孔溶液的温度为60℃，铝合金置于封孔溶液中的时间为5min。

对比例4

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，封孔溶液不含有聚(乙烯醇-co-乙烯)。

对比例5

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法与实施例1提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法的区别仅在于：本实施例中，封孔溶液不含有聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇。

对实施例1、对比例1-5提供的染色后的铝合金成品进行耐晒测试，具体的，将实施例1、对比例1-5提供的染色后的铝合金成品置于标准氙灯(辐照度1.20±0.02W/(m²·nm))下进行暴晒96h后，再次将染色后的铝合金成品与标准色板在标准光源下进行对比，铝合金的蓝色符合标准色板上的蓝色色光为合格，铝件的颜色偏离标准色板上的蓝色为不合格。结果发现，对比例1和对比例4提供的染色后的铝合金成品的耐晒测试结果为不合格，实施例1、对比例2、对比例3提供的染色后的铝合金成品的耐晒测试结果为合格，对比例5提供的染色后的铝合金成品虽然在暴晒后未出现色泽变化，但对比例5提供的染色后的铝合金成品在暴晒前与标准色板上的蓝色对比出现色差(铝合金成品表面的色泽较暗淡)。该测试说明染色后的铝合金经过封孔处理可以有效提升其耐晒性能；而实施例1和对比例4的测试结果比较说明，当封孔溶液中不含有聚(乙烯醇-co-乙烯)时，对于染色后的铝合金的耐晒性能没有显著提升；而实施例1和对比例5的测试结果比较说明，当封孔溶液中同时具有聚(乙烯醇-co-乙烯)和聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇时，可以获得高透光率的透明薄膜，从而获得具有较高的产品色光和耐晒性能的染色铝合金，而封孔溶液中不含有聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇时由于产生的薄膜透光率降低会使得染色的铝合金有色光偏差。

对实施例1、对比例1-5提供的染色后的铝合金成品进行耐候性测试，具体的，按照GB/T12976.4的规定，对实施例1、对比例1-5提供的染色后的铝合金成品采用313B荧光紫外灯人工加速老化试验测试，测试时间为300小时，若染色后的铝合金成品表面颜色无明显变化则符合GB/T5237.2着色型材要求。结果发现：实施例1提供的染色后的铝合金成品经过耐候性测试后表面颜色无明显变化，还依旧保持艳丽的色泽，毫无褪色迹象；对比例1-5提供的染色后的铝合金成品经过耐候性测试后表面颜色均出现褪色迹象，而且对比例1提供的染色后的铝合金成品表面颜色的褪色迹象最为严重。

综上所述，由本发明提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法使得染色后的铝合金成品具有良好的耐候性和耐晒性，能够承受和抵挡室内或室外的长期光照、高温、大气暴露的破坏作用，在长久的使用过程中，依旧保持艳丽的色泽，且色膜颜色均匀、稳定，在长期的使用过程中也不存在褪色问题，具有较强的耐候性，具有良好的推广价值，能够形成批量生产。而且使用的植物染料环保无毒，对人体和环境的伤害较小。

本实施例提供的一种铝合金的阳极氧化层染色的方法，该方法可以避免铝合金的阳极氧化层染色过程中的废水处理污染问题及操作人员健康问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种铝合金的阳极氧化层染色的方法，包括以下步骤：

步骤一，对所述铝合金进行除油处理；

步骤二，对所述铝合金进行化学抛光；

步骤三，对所述铝合金进行阳极氧化；

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

步骤四，使用染料溶液对氧化后的所述铝合金的表面染上颜色，所述染料溶液包括2-12g/L的植物染料和5-10g/L的醋酸钠，所述植物染料为深蓝色、玫瑰红、亮黄中的一种或几种混合，所述染料溶液的pH值为5-6，所述染料溶液的温度为55-60℃，所述铝合金置于所述染料溶液中的时间不少于10min；

步骤五，使用封孔溶液对所述铝合金进行封孔处理，所述封孔溶液包括如下质量份的组分：20-30份的聚(乙烯醇-co-乙烯)、20-30份的聚(乙烯-co-1,2-丁烯)二醇、10-20份的丙烯酸类的共聚物乳液RM8、10-20份的羧甲基纤维素钠、40-50份的乙醇、800-1000份的水，所述封孔溶液的温度为20-40℃，所述铝合金置于所述封孔溶液中的时间为1-2min；

步骤六，所述铝合金在110-130℃的环境下干燥不少于30min；

所述深蓝色是经过浸泡发酵的蓝色系列植物染料，植物原料包括蓼蓝、菘蓝、马蓝的一种或多种组合；

所述玫瑰红是红色系列植物染料，植物原料包括茜草、苏木、红花中的一种或者多种组合；

所述亮黄是黄色系列植物染料，植物原料包括大黄、姜黄、黄连、栀子、槐花中的一种或多种组合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，所述阳极氧化的使用的阳极氧化溶液包括180-210mL/L的硫酸，所述阳极氧化溶液的温度为18-20℃，所述阳极氧化的电压为11-14V。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，所述染料溶液包括6g/L的深蓝色。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，所述染料溶液包括10g/L的玫瑰红。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，所述染料溶液包括6g/L的深蓝色和4g/L的玫瑰红。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，所述染料溶液包括6g/L的深蓝色、4g/L的玫瑰红和2g/L的亮黄。